DE4445345A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines BipolartransistorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Halbleiterschaltung, und
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors, unter
Verwendung einer erhöhten Grabenisolierung, so daß seine Integrationsfähigkeit
und sein Leistungsvermögen erhöht wird.
Zur Verbesserung der Betriebskennlinien einer Halbleiterschaltung
wurden verschiedene Bipolartransistoren mit Hetero-Übergang entwickelt. Ein
typischer Bipolartransistor hat eine SiGe-Basis, anstelle einer Silizium-Basis, und
verwendet die Merkmale des sich einengenden Energiebandabstands und der
Abstufung, abhängig vom Ge-Gehalt der SiGe-Basis.
Ähnlich wie ein herkömmlicher Transistor mit Homo-Übergang,
verwendet ein derartiger Bipolartransistor mit Hetero-Übergang ein Polysilizium als
Bauteilwerkstoff zur Bildung einer störstellenleitenden Basis und einer
Emitterelektrode zusätzlich zu einer Störstellendiffusionsquelle der
Emitterelektrode und einen SiGe-Werkstoff als Bauteilwerkstoff zur Bildung einer
eigen leitenden Basis, wodurch die Effektivität der Emitterinjektion erhöht wird. Da
die eigen leitende Basis von einer ultradünnen Schicht gebildet wird, die mit hoher
Störstellenkonzentration dotiert ist, kann in dem Bipolartransistor die
Stromverstärkung und die Schaltgeschwindigkeit verbessert werden.
Da die Integration einer Halbleiterschaltung immer mehr erhöht, d. h. da
eine Halbleiterschaltung in der Größe vermindert werden soll, wurde ein selektives
epitaktisches Aufwachsverfahren entwickelt, um eine epitaktische dünne Schicht
bzw. Film zu bilden. Es wurde auch erforscht, daß ein metallischer Silicidfilm,
beispielsweise ein TiSi₂-Film anstelle eines Polysiliziumfilms als dünner Film für
die Basiselektrode verwendet wird.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines bekannten npn-Bipolartransistors mit
Heteroübergang, bei dem eine eigenleitende SiGe-Basis durch Selbstjustierung
und selektives epitaktisches Aufwachsen hergestellt wird.
Die Herstellung des Bipolartransistors wird nun anhand von Fig. 1 kurz
beschrieben.
Nach der aufeinanderfolgenden Ausbildung eines n⁺-Subkollektors 2
und eines n--Kollektors 3 auf einem Siliziumsubstrat i wird eine Grabenisolierung
durch Ausbildung eines Grabens und Füllen eines Isoliermaterials in den Graben
vorgenommen, wodurch eine Trenn-Isolierschicht 4 gebildet wird.
Danach wird nacheinander eine Isolierschicht 5 in Form eines Musters
eine p⁺-Polysiliziumschicht 6, eine Isolierschicht 7 und eine Seitennitridschicht 8
darauf ausgebildet, wodurch ein n-Kollektorbereich 9 bestimmt wird. Danach
werden Fremdatome selektiv in den n-Kollektorbereich 9 implantiert. Die p⁺-
Polysiliziumschicht 6 dient als Dünnfilm-Basiselektrode.
Danach wird auf einem definierten aktiven Bereich durch Gasquellen-
Molekularstrahlepitaxie (MBE) eine eigenleitende SiGe-Basis 10 gebildet und eine
Polysiliziumschicht 11 wird durch selektives epitaktisches Aufwachsen gebildet.
Die Polysiliziumschicht 11 dient zur elektrischen Verbindung der p⁺-
Polysiliziumschicht 6 mit der SiGe-Basis 10. Damit ist der Bereich, in dem eine
parasitäre Kapazität zwischen dem Kollektor und der Basis auftritt, lediglich durch
die Polysiliziumschicht 11 begrenzt.
Schließlich wird nach Bildung einer Seitenwand-Isolierschicht 12 an der
eigenleitenden SiGe-Basis ein Emitter 13 durch Selbstjustierung ausgebildet und
die Elektroden 15 werden durch Metallisierung gebildet. Dies ergibt den in Fig. 1
dargestellten Bipolartransistor mit Hetero-Übergang.
Wie oben beschrieben wurde, wird die eigenleitende Basis 10 aus
einem SiGe-Werkstoff gebildet, wodurch die Effektivität der Emitterinjektion erhöht
wird. Zusätzlich dazu sind der Kollektor und die Basis sowie der Emitter und die
Basis jeweils selbstjustierend ausgebildet.
Da der Bereich, in dem eine parasitäre Kapazität auftreten kann, auf
einen Musterbereich beschränkt ist, der durch die Seitennitridschicht 8 und die
Seitenwand-Isolierschicht 12 gebildet wird, kann der parasitäre Widerstand der
Basis durch Einstellung der Dicke des Musterbereichs reduziert werden.
Da jedoch der Bereich mit der parasitären Kapazität zwischen den
Kollektor und der Basis durch ein Muster der Polysiliziumschicht 11 unter
Verwendung eines lateralen Trockenätzens bestimmt wird, wird die Stabilität des
Bestimmungsverfahrens hinsichtlich der Einheitlichkeit und der Wiederholbarkeit
vermindert, so daß ein solcher Bipolartransistor in seinem Leistungsvermögen
vermindert ist.
Da beim bekannten Verfahren ein selektives epitaktisches Aufwachsen
das extrem langsam ausgeführt wird, zweimal verwendet wird, um die Basis 10 und
die Polysiliziumschicht 11 zu bilden, und die Bauelementwerkstoffe der Basis und
der Polysiliziumschicht voneinander verschieden sind, ist die Herstellungsfolge
kompliziert und der Herstellungsertrag beträchtlich vermindert.
Wenn zusätzlich Polysilizium auf der ultradünnen Basis 10 aufwächst
und zwar selbst dann, wenn dies nur zu einem sehr geringen Maße erfolgt, so hat
dies auf den Bipolartransistor eine gravierend schlechte Auswirkung, so daß dieser
fehlerhaft arbeitet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
eines Bipolartransistors zu schaffen, bei dem die Integration und sein
Leistungsvermögen unter Verwendung einer erhöhten Grabenisolierung verbessert
werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zur Herstellung
eines Bipolartransistors die folgenden Verfahrensschritte auf:
aufeinanderfolgendes Abätzen von, einem Graben entsprechenden Bereichen, unter Verwendung einer Grabenbildungsmaske, bis zu einer vorbestimmten Tiefe des vergrabenen Kollektors, um den Graben zu bilden; Füllen einer Trenn- Isolierschicht in den Graben; Isolieren der Trenn-Isolierschicht bis zur Oberfläche einer Siliziumoxidschicht; danach Ausbilden einer zweiten Isolierschicht auf der Trenn-Isolierschicht und der Siliziumoxidschicht; Entfernen einer ersten Polysiliziumschicht und einer ersten Isolierschicht, die auf einem inaktiven Bereich, außerhalb eines aktiven, durch den Graben definierten Bereich ausgebildet sind; thermische Oxidation der auf dem inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht zur Bildung einer thermischen Oxidschicht; Entfernen der zweiten Isolierschicht und danach Ausbilden einer zweiten Polysiliziumschicht, einer dritten Isolierschicht und einer Nitridschicht; Wegätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht ausgebildeten Schichten zur Bildung eines Fensters in den aktiven Bereich; Ausbilden einer ersten Seitenwand an beiden Seiten des Fensters und Entfernen der ersten Isolierschicht; Ausbilden einer eigenleitenden Basis an einem Bereich, an dem die erste Isolierschicht entfernt ist, um die eigen leitende Basis mit einer störstellenleitenden Basis selbstjustierend elektrisch zu verbinden; Ausbilden einer zweiten Seitenwand an beiden Seiten der ersten Seitenwand; und Ausbilden einer Emitterschicht auf der eigenleitenden Basis.
aufeinanderfolgendes Abätzen von, einem Graben entsprechenden Bereichen, unter Verwendung einer Grabenbildungsmaske, bis zu einer vorbestimmten Tiefe des vergrabenen Kollektors, um den Graben zu bilden; Füllen einer Trenn- Isolierschicht in den Graben; Isolieren der Trenn-Isolierschicht bis zur Oberfläche einer Siliziumoxidschicht; danach Ausbilden einer zweiten Isolierschicht auf der Trenn-Isolierschicht und der Siliziumoxidschicht; Entfernen einer ersten Polysiliziumschicht und einer ersten Isolierschicht, die auf einem inaktiven Bereich, außerhalb eines aktiven, durch den Graben definierten Bereich ausgebildet sind; thermische Oxidation der auf dem inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht zur Bildung einer thermischen Oxidschicht; Entfernen der zweiten Isolierschicht und danach Ausbilden einer zweiten Polysiliziumschicht, einer dritten Isolierschicht und einer Nitridschicht; Wegätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht ausgebildeten Schichten zur Bildung eines Fensters in den aktiven Bereich; Ausbilden einer ersten Seitenwand an beiden Seiten des Fensters und Entfernen der ersten Isolierschicht; Ausbilden einer eigenleitenden Basis an einem Bereich, an dem die erste Isolierschicht entfernt ist, um die eigen leitende Basis mit einer störstellenleitenden Basis selbstjustierend elektrisch zu verbinden; Ausbilden einer zweiten Seitenwand an beiden Seiten der ersten Seitenwand; und Ausbilden einer Emitterschicht auf der eigenleitenden Basis.
Bei diesem Verfahren hat die Isolierschicht eine Dicke von 300 bis 500
Å, die erste Polysiliziumschicht eine Dicke von etwa 2000 Å, wobei die Dicke der
zweiten Polysiliziumschicht und der Nitridschicht jeweils bestimmt wird in
Abhängigkeit von einem Polierauswahlverhältnis der Grabentiefe zur Trenn-
Isolierschicht.
Bei diesem Verfahren wird die Trenn-Isolierschicht gebildet aus SI₃N₄,
SIO2, Silikatglas, das Bor und Phosphor enthält.
Bei diesem Verfahren wird die Emitterschicht gebildet von einer aus
einschichtigen Siliziumschicht, die mit einer Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰
cm-3 oder mehr dotiert ist.
Bei diesem Verfahren wird die Emitterschicht von einer
Mehrschichtstruktur gebildet, die besteht aus einer unteren Schicht, die von einem
Einkristallsilizium von 10¹⁸ cm-3 oder weniger gebildet wird, und einer auf der
unteren Schicht ausgebildeten oberen Schicht aus Polysilizium, die mit einer
Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3 und mehr dotiert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zur
Herstellung eines Bipolartransistors die folgenden Verfahrensschritte auf: Injizieren
von Fremdatomen in ein Siliziumsubstrat zum Ausbilden eines leitenden
vergrabenen Kollektors; Ausbilden einer Kollektorschicht über dem
Siliziumsubstrat; danach Ausbilden einer ersten Isolierschicht, einer ersten
Polysiliziumschicht, einer Siliziumoxidschicht, einer ersten Nitridschicht und einer
zweiten Polysiliziumschicht auf der Kollektorschicht; Bestimmen von aktiven und
inaktiven Bereichen, unter Verwendung einer gemusterten Fotolackschicht, die auf
der zweiten Polysiliziumschicht ausgebildet ist; Entfernen der auf der ersten
Polysiliziumschicht des inaktiven Bereichs ausgebildeten Schichten; Ausbilden
einer Seitenwand-Nitridschicht an beiden Seiten der auf dem aktiven Bereich
ausgebildeten Schichten; Aufbringen einer zweiten Isolierschicht; Entfernen der
Seitenwand-Nitridschicht und Durchführung eines Ätzvorgangs zur Ausbildung
eines Grabens; Füllen einer Trenn-Isolierschicht in dem Graben; Polieren der
Trenn-Isolierschicht bis zur Oberfläche der Siliziumoxidschicht; danach Ausbilden
einer zweiten Isolierschicht auf der Trenn-Isolierschicht und der
Siliziumoxidschicht; Entfernen der ersten Polysiliziumschicht und der erste
Isolierschicht, die auf einem inaktiven Bereich außerhalb eines aktiven, durch den
Graben definierten Bereichs ausgebildet sind; thermische Oxidation der auf dem
inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht zur Ausbildung einer thermischen
Oxidschicht; Entfernen der zweiten Isolierschicht und danach Ausbilden einer
dritten Polysiliziumschicht, einer dritten Isolierschicht und einer zweiten
Nitridschicht; Abätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht
ausgebildeten Schichten zur Bildung eines Fensters in den aktiven Bereich;
Ausbildung einer ersten Seitenwand an beiden Seiten des Fensters und Entfernen
der ersten Isolierschicht; Ausbilden einer eigen leitenden Basis an einem Bereich
an dem die erste Isolierschicht entfernt ist, um die eigenleitende Basis mit einer
störstellenleitenden Basis selbstjustierend elektrisch zu verbinden; Ausbilden einer
zweiten Seitenwand an beiden Seiten der ersten Seitenwand; und Ausbilden einer
Emitterschicht auf der eigenleitenden Basis.
Bei diesem Verfahren wird die Isolierschicht gebildet von SI₃N₄, einem
Polyimid oder einem Silikatglas, das Bor und Phosphor enthält.
Bei diesem Verfahren wird die Emitterschicht gebildet aus einer
einschichtigen Polysiliziumschicht, die mit einer hohen Störstellenkonzentration
von 1 × 10²⁰ cm-3 oder mehr dotiert ist.
Bei diesem Verfahren wird die Emitterschicht gebildet von einer
Mehrschichtstruktur, die gebildet wird von einer unteren Schicht, die aus einem
Einkristallsilizium mit 10¹⁸ cm-3 oder weniger gebildet wird, und einer auf der
unteren Schicht ausgebildeten oberen Schicht, die von einem Polysilizium gebildet
wird, das mit einer hohen Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3- oder mehr
dotiert ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Aufbaus eines
Bipolartransistors mit Hetero-Übergang, der nach einem bekannten Verfahren
hergestellt wird;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht zur Darstellung des Aufbaus eines
Bipolartransistors, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird;
Fig. 3A bis 3N Querschnittsansichten zur Veranschaulichung der
einzelnen Verfahrenschritte zur Herstellung des Bipolartransistors nach Fig. 2,
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4A bis 4H Querschnittsansichten zur Veranschaulichung der
Verfahrenschritte zur Herstellung des Bipolartransistors nach Fig. 2., gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt den Aufbau des Bipolartransistors, der entsprechend dem
erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt wird.
Der Bipolartransistor nach Fig. 2 weist ein Siliziumsubstrat 21 mit einem
darin vergrabenen Kollektor 22, einen Kollektor 23, der durch Gräben definiert ist,
die mit einer Isolierschicht gefüllt sind, eine auf dem Kollektor 23 ausgebildete
eigenleitende Basis 30, eine störstellenleitende Basis 26, die, mit einer
Thermooxidschicht 25 dazwischen, von dem Siliziumsubstrat 21 elektrisch isoliert
ist, eine leitende Polysiliziumschicht 31, die in Selbstjustierung ausgebildet ist, um
die eigenleitende Basis mit der störstellenleitenden Basis elektrisch zu verbinden,
und einen Emitter auf, der auf einem Bereich der eigenleitenden Basis ausgebildet
ist und von einem mit Fremdatomen dotierten Polysilizium gebildet wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Bipolartransistors nach Fig. 2
kann die Integration des Bipolartransistors beträchtlich erhöht werden, da die
laterale Fläche des Grabens im Verhältnis zur Tiefe des Grabens erhöht wird.
Darüber hinaus kann auch die Zahl der Gräben vermindert werden, da
der gesamte Kollektorbereich außerhalb des aktiven Bereichs einer thermischen
Oxidation unterzogen wird.
Da bei den erfindungsgemäßen Verfahren weder eine Trenn-
Isolierschicht 4, die durch ein bekannten Grabenisolationsverfahren (wie in Fig. 1
dargestellt) hergestellt wird, noch eine Isolierschicht 5 zur Bestimmung eines
aktiven Bereichs erforderlich sind, kann der Bipolartransistor in seiner Größe
vermindert und die zwischen dem Unterkollektor und dem Substrat auftretende
parasitäre Kapazität vermindert werden.
Zusätzlich kann die Dicke einer Isolierschicht zur Bestimmung der
eigenleitenden und störstellenleitenden Basen 30, 26 beliebig gesteuert werden
ähnlich wie bei einem flachen Graben, wodurch die parasitäre Kapazität der
Metallverbindung vermindert werden kann.
Emitter, Basis und Kollektor sind alle selbstjustierend ausgebildet,
wodurch die Folge der Verfahrensschritte zur Herstellung des Bipolartransistors
vereinfacht werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 3a ist ein Siliziumsubstrat 21 mit n--
Störstellenionen implantiert. Danach wird ein Aufheizungs- bzw. Glühverfahren zur
Bildung eines leitenden vergrabenen Kollektors 22 im Siliziumsubstrat 21
durchgeführt. Danach wird eine Kollektorschicht 23 über dem Siliziumsubstrat 21
ausgebildet.
Wie aus Fig. 3b zu ersehen ist, werden auf der Kollektorschicht 23
nacheinander verschiedene Schichten ausgebildet, nämlich eine Isolierschicht 4′
eine erste Polysiliziumschicht 5′ eine Siliziumoxidschicht 6′, eine Nitridschicht 7′
und eine zweite Polysiliziumschicht 8′. Die Isolierschicht 4′ hat eine Dicke von 300
bis 500 Å; und die erste Polysiliziumschicht 5′ hat eine Dicke von 2000 Å.
Insbesondere wird die Dicke der zweiten Polysiliziumschicht 8′ und der
Nitridschicht 7′ bestimmt in Abhängigkeit von einem Polierauswahlverhältnis
(polishing selection rate) einer Grabentiefe zu einer Trenn-Isolierschicht, die nach
dem folgenden Verfahren ausgebildet wird.
Wie aus Fig. 3c zu ersehen ist, wird ein Ätzverfahren unter Verwendung
einer Grabenbildungsmaske zur Ausbildung eines Grabens durchgeführt. Genauer
gesagt werden, nach Bestimmung eines aktiven Bereichs unter Verwendung der
Grabenbildungsmaske, die dem Graben entsprechenden Bereiche nacheinander
bis zu einer vorbestimmten Tiefe des vergrabenen Kollektors 22 weggeätzt. Es ist
zu sehen, daß die Tiefe des in Fig. 3c dargestellten Grabens von der des in Fig. 1
dargestellten Grabens unterschiedlich ist. Der Graben nach Fig. 3c ist bis zu einer
bestimmten Tiefe der vergrabenen Schicht 22 ausgebildet, während der Graben
nach Fig. 1 bis zu einer bestimmten Tiefe des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet ist.
Eine Trenn-Isolierschicht 24′ wird in den Graben gefüllt und auf der
zweiten Polysiliziumschicht 8′ ausgebildet. Die Trenn-Isolierschicht 24′ wird
gebildet aus Si₃N₄, SiO₂ oder einem Silikatglas, das Bor und Phosphor (BPSG)
enthält.
Wie aus Fig. 3d zu ersehen ist, wird ein chemisch-mechanisches
Polieren bezüglich der Trenn-Isolierschicht 24′ durchgeführt, bis die Oberfläche
der zweiten Polysiliziumschicht 8′ freigelegt ist. Dann wird die zweite
Polysiliziumschicht 8′ als Polierstoppmittel verwendet.
Danach wird, wie in Fig. 3e dargestellt ist, nach Entfernen der
freigelegten zweiten Polysiliziumschicht 8′ unter Verwendung eines Trockenätz-
oder Naßätzverfahrens, eine Planarisierung der Trenn-Isolierschicht 24′ durch das
chemisch-mechanische Polieren durchgeführt, wobei die Nitridschicht 7′ als
Polierstoppmittel verwendet wird. Die Nitridschicht 7′ wird auch entfernt, wie aus
Fig. 3e zu ersehen ist.
Wie aus Fig. 3f zu ersehen ist, wird auf die Siliziumoxidschicht 6′ und
die Trenn-Isolierschicht 24′ eine doppelschichtige Isolierschicht 9′, 10′ aufgebracht.
Die doppelschichtige Isolierschicht 9′, 10′ dient zum Schutz des aktiven Bereichs
gegen Beschädigung durch die nachfolgende thermisch Oxidation.
Nach Ausbildung einer gemusterten Fotolackschicht lediglich auf dem,
durch die Gräben definierten aktiven Bereich werden die doppelschichtige
Isolierschicht 9′, 10′, die erste Polysiliziumschicht 5′ und die Isolierschicht 4′, die
auf einem inaktiven Bereich ausgebildet sind, nacheinander entfernt, wie es in den
Fig. 3g und 3h dargestellt ist.
Wie in Fig. 3i dargestellt, wird als nächstes eine thermische Oxidschicht
25 einer thermischen Oxidation unterzogen. Während der thermischen Oxidation
wird die thermische Oxidschicht 25 durch Oxidation der Kollektorschicht 23
gebildet. Die innerhalb des durch die Trenn-Isolierschicht 24 definierten aktiven
Bereichs liegende Kollektorschicht 23 oxidiert wegen der doppelschichtige
Isolierschicht 9′, 10′ und der Trenn-Isolierschicht 24′ nicht.
Nach Entfernen der lediglich auf dem aktiven Bereich ausgebildeten
doppelschichtige Isolierschicht 9′, 10′, wie es in Fig. 3j dargestellt ist, werden
nacheinander eine dritte, mit Fremdatomen dotierte Polysiliziumschicht 11′, eine
Isolierschicht 12′ und eine Nitridschicht 13′ aufgebracht.
In Fig. 3k ist dargestellt, wie eine Musterbildung durchgeführt wird, um
einen Teil des aktiven Bereichs zu definieren. Danach wird ein Ätzvorgang
durchgeführt, um mehrere auf der Isolierschicht 4′ innerhalb des Teils des aktiven
Bereichs ausgebildeten Schichten zu entfernen. Danach wird eine erste
Seitenwand 28 aus einer Nitridschicht auf beiden Seiten des entfernten Teils
ausgebildet, um eine störstellenleitende Basis 26 zu bilden, und die Isolierschicht
4′ wird entfernt, um eine eigen leitende Basis 30 zu bilden, wie es in Fig. 3l
dargestellt ist. Gleichzeitig wird in Selbstjustierung eine
Verbindungspolysiliziumschicht 31 ausgebildet, um die störstellenleitende Basis 26
mit der eigenleitenden Basis 30 zu verbinden.
Wie aus Fig. 3l zu ersehen ist, wird die eigenleitende Basis 30 in einem
Bereich gebildet, wo die Nitridschicht 4′ entfernt wurde. Danach wird eine zweite
Seitenwand 32 auf der ersten Seitenwand 28 ausgebildet, um einen Emitterbereich
zu definieren.
Außerdem wird eine leitende Polysiliziumschicht aus einer einzigen
Schicht auf der eigenleitenden Basis 30 aufgebracht, um den Emitter 33 zu bilden
wie es aus Fig. 3m zu ersehen ist. Die leitende Polysiliziumschicht ist mit einer
hohen Störstellenkonzentration von beispielsweise 1 × 10²⁰ cm-3 oder mehr dotiert.
Andererseits wird der Emitter von einer Mehrschichtstruktur gebildet, die
eine untere Schicht aus einem Einkristallsilizium mit 10¹⁸ cm-3 oder weniger und
eine auf der unteren Schicht ausgebildeten obere Schicht aus einem mit einer
hohen Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3 und mehr dotierten Polysilizium
aufweist, und zwar anstelle der einschichtigen leitenden Polysiliziumschicht.
Schließlich werden, wie aus Fig. 3n zu ersehen ist, Elektroden 35 über
entsprechende Kontaktöffnungen ausgebildet.
Im folgenden wird das Herstellungsverfahren des Bipolartransistors
nach Fig. 2 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung anhand
der Fig. 4a bis 4h beschrieben. Dabei werden die Bauelemente, die ähnliche
Funktionen wie die Bauelemente des Bipolartransistors haben, der gemäß der in
den Fig. 3a bis 3n dargestellten ersten Ausführungsform hergestellt wurde, mit den
gleichen Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung wird der
Übersichtlichkeit halber weggelassen.
Beim Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform wird
der aktive Bereich durch ein Grabenätzverfahren unter Verwendung einer
Grabenbildungsmaske definiert. Bei dem Herstellungsverfahren nach der zweiten
Ausführungsform wird, im Unterschied zur ersten Ausführungsform, ein aktiver
Bereich durch einen relativ flachen Graben definiert, der durch eine Seitenwand-
Nitridschicht gebildet wird.
Wie aus Fig. 4a, ähnlich wie Fig. 3a, zu ersehen ist, werden in einem
Siliziumsubstrat 21 n--Störstellenionen implantiert und danach wird ein
Aufheizungs- bzw. Glühverfahren durchgeführt, um in dem Siliziumsubstrat 21 eine
leitende vergrabene Schicht 22 auszubilden. Danach wird über dem
Siliziumsubstrat 21 eine Kollektorschicht 23 ausgebildet.
Wie aus Fig. 4b zu ersehen ist, werden auf der Kollektorschicht 23
nacheinander verschiedene Schichten ausgebildet, nämlich eine Isolierschicht 4′,
eine erste Polysiliziumschicht 5′, eine Siliziumoxidschicht 6′, eine Nitridschicht 7′
und eine zweite Polysiliziumschicht 8′. Dabei hat die Isolierschicht 4′ eine Dicke
von 300 bis 500 Å und die erste Polysiliziumschicht 5′ eine Dicke von etwa 2000 Å.
Insbesondere wird die Dicke der zweiten Polysiliziumschicht 8′ und der
Nitridschicht 7′ jeweils in Abhängigkeit von einem Polierauswahlverhältnis der
Grabentiefe zu einer Trenn-Isolierschicht bestimmt, die nach dem im folgenden
beschriebenen Verfahren ausgebildet wird.
Gemäß Fig. 4c sind aktive und inaktive Bereiche durch eine auf der
zweiten Polysiliziumschicht 8′ ausgebildete gemusterte Fotolackschicht (nicht
dargestellt) definiert, und einige Schichten auf der ersten Polysiliziumschicht 5′ des
inaktiven Bereichs werden entfernt. Danach wird, nach Aufbringung einer
Nitridschicht, ein Musterverfahren durchgeführt, um eine Seitenwand-Nitridschicht
54 auszubilden, und eine Siliziumoxidschicht 9′ wird selektiv auf einer
freiliegenden Oberfläche der ersten Polysiliziumschicht 5′ und auf der zweiten
Polysiliziumschicht 8′ als Isolierschicht ausgebildet.
Die Breite des durch den folgenden Prozeß auszubildenden Grabens
wird bestimmt in Abhängigkeit von der Breite der Seitenwand-Nitridschicht 54 und
die Tiefe des Grabens wird bestimmt in Abhängigkeit von der der auf dem Kollektor
23 ausgebildeten verschiedenen Schichten.
Wie aus Fig. 4d zu ersehen ist, wird, nach Entfernen der Seitenwand-
Nitridschicht 54, ein Ätzverfahren durchgeführt, wobei ein Muster der entfernten
Seitenwand-Nitridschicht 54 als Grabenbildungsmaske verwendet wird, um einen
Graben zu bilden. Danach werden die dem Graben entsprechenden Bereiche
aufeinanderfolgend bis zu einer vorbestimmten Tiefe des vergrabenen Kollektors
22 weggeätzt.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, ist zu ersehen, daß die
Tiefe des in Fig. 4d dargestellten Grabens von der des in Fig. 1 dargestellten
Grabens unterschiedlich ist. Der in Fig. 4d dargestellte Graben wird bis zu einer
bestimmten Tiefe der vergrabenen Schicht 22 ausgebildet, während der Graben
nach Fig. 1 bis zu einer bestimmten Tiefe des Siliziumsubstrats ausgebildet wird.
Es wird nun eine Isolierschicht 44′ in den Graben gefüllt und eine
Siliziumoxidschicht 9 gebildet. Die Isolierschicht 44′ besteht aus SI₃N₄, einem
Polyimid oder einem Silikatglas, das Bor und Phosphor (BPSG) enthält.
Wie aus Fig. 4e zu ersehen ist, werden durch einen Ätzvorgang die
Siliziumoxidschicht 9′ und die Isolierschicht 44′ entfernt.
Wie aus Fig. 4f zu ersehen ist, werden die Polysiliziumschichten 5′ und
8′ der aktiven und inaktiven Bereiche entfernt.
Danach wird eine thermische Oxidation durchgeführt, um den Kollektor
23 des inaktiven Bereichs so zu oxidieren, daß eine thermische Oxidschicht 45
ausgebildet werden kann, wie es in Fig. 4d dargestellt ist.
Da bei dieser Ausführungsform die Dicke der thermischen Oxidschicht
45 beliebig gleich der Tiefe des Grabens gesteuert werden kann, kann eine
während der Metallisation auftretende parasitäre Kapazität vermindert werden.
Die folgenden Verfahrensschritte in der zweiten Ausführungsform sind
identisch mit den in den Fig. 3i bis 3n dargestellten Verfahrensschritten der ersten
Ausführungsform, so daß ihre Beschreibung weggelassen werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, kann beim erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahren für einen Bipolartransistor ein aktiver Bereich unter
Verwendung eines flachen Grabens definiert werden, wodurch die Abfolge der
Herstellungsschritte vereinfacht werden kann.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird auch der
Isolierbereich in seiner Breite vermindert, wodurch die Integrationsfähigkeit und
der Herstellungsertrag beträchtlich erhöht werden.
Da außerdem die Verbindungskapazität zwischen Emitter und Basis
oder zwischen Basis und Kollektor minimisiert wird, kann die Betriebskennlinie der
Bipolarschaltung in ihrem Hochfrequenzband verbessert werden.
Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen
Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in
den Rahmen der Erfindung.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit den
Verfahrensschritten:
aufeinanderfolgendes Abätzen von, einem Graben entsprechenden Bereichen, unter Verwendung einer Grabenbildungsmaske, bis zu einer vorbestimmten Tiefe des vergrabenen Kollektors (22), um den Graben zu bilden;
Füllen einer Trenn-Isolierschicht (24′) in den Graben;
Polieren der Trenn-Isolierschicht (24′) bis zur Oberfläche einer Siliziumoxidschicht (8′);
danach Ausbilden einer zweiten Isolierschicht (9′, 10′) auf der Trenn- Isolierschicht (24′) und der Siliziumoxidschicht (8′);
Entfernen einer ersten Polysiliziumschicht (5′) und einer ersten Isolierschicht (4′), die auf einem inaktiven Bereich ausgebildet sind, der außerhalb eines durch den Graben definierten aktiven Bereichs liegt;
thermische Oxidation der auf dem inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht (23) zur Bildung einer thermischen Oxidschicht (25);
Entfernen der zweiten Isolierschicht (9′, 10′) und danach Ausbilden einer zweiten Polysiliziumschicht (11′), einer dritten Isolierschicht (12′) und einer Nitridschicht (13′);
Wegätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht (4′) ausgebildeten Schichten zur Bildung eines Fensters in den aktiven Bereich;
Ausbilden einer ersten Seitenwand (28) an beiden Seiten des Fensters und Entfernen der ersten Isolierschicht (4′);
Ausbilden einer eigenleitenden Basis (30) an einem Bereich, an dem die erste Isolierschicht (4′) entfernt ist, um die eigenleitende Basis (30) mit einer störstellenleitenden Basis (26) selbstjustierend elektrisch zu verbinden;
Ausbilden einer zweiten Seitenwand (32) an beiden Seiten der ersten Seitenwand (28);
und Ausbilden einer Emitterschicht (33) auf der eigenleitenden Basis (30).
aufeinanderfolgendes Abätzen von, einem Graben entsprechenden Bereichen, unter Verwendung einer Grabenbildungsmaske, bis zu einer vorbestimmten Tiefe des vergrabenen Kollektors (22), um den Graben zu bilden;
Füllen einer Trenn-Isolierschicht (24′) in den Graben;
Polieren der Trenn-Isolierschicht (24′) bis zur Oberfläche einer Siliziumoxidschicht (8′);
danach Ausbilden einer zweiten Isolierschicht (9′, 10′) auf der Trenn- Isolierschicht (24′) und der Siliziumoxidschicht (8′);
Entfernen einer ersten Polysiliziumschicht (5′) und einer ersten Isolierschicht (4′), die auf einem inaktiven Bereich ausgebildet sind, der außerhalb eines durch den Graben definierten aktiven Bereichs liegt;
thermische Oxidation der auf dem inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht (23) zur Bildung einer thermischen Oxidschicht (25);
Entfernen der zweiten Isolierschicht (9′, 10′) und danach Ausbilden einer zweiten Polysiliziumschicht (11′), einer dritten Isolierschicht (12′) und einer Nitridschicht (13′);
Wegätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht (4′) ausgebildeten Schichten zur Bildung eines Fensters in den aktiven Bereich;
Ausbilden einer ersten Seitenwand (28) an beiden Seiten des Fensters und Entfernen der ersten Isolierschicht (4′);
Ausbilden einer eigenleitenden Basis (30) an einem Bereich, an dem die erste Isolierschicht (4′) entfernt ist, um die eigenleitende Basis (30) mit einer störstellenleitenden Basis (26) selbstjustierend elektrisch zu verbinden;
Ausbilden einer zweiten Seitenwand (32) an beiden Seiten der ersten Seitenwand (28);
und Ausbilden einer Emitterschicht (33) auf der eigenleitenden Basis (30).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Isolierschicht eine Dicke von
300 bis 500 Å und die erste Polysiliziumschicht eine Dicke von etwa 2000 Å hat
und bei dem die Dicke der zweiten Polysiliziumschicht und der Nitridschicht jeweils
abhängig von einem Polierauswahlverhältnis der Grabentiefe zur Trenn-
Isolierschicht bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trenn-Isolierschicht aus
SI₃N₄, SIO₂ oder Silikatglas, Bor und Phosphor enthaltend gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Emitterschicht von einer
einschichtigen Polysiliziumschicht gebildet wird, die mit einer hohen
Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3 oder mehr dotiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Emitterschicht von einer
Mehrschichtstruktur gebildet wird, die besteht aus einer unteren Schicht, die von
einem Einkristallsilizium mit 10¹⁸ cm-3 oder weniger gebildet wird, und einer auf der
unteren Schicht ausgebildeten oberen Schicht, die von einem mit einer hohen
Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3 und mehr dotiertem Polysilizium gebildet
wird.
6. Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors mit den
Verfahrensschritten:
Injizieren von Fremdatomen bzw. Störstellen in ein Siliziumsubstrat (21), um eine leitende vergrabene Schicht (22) zu bilden;
Ausbilden einer Kollektorschicht (23) über dem Siliziumsubstrat (21);
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer ersten Isolierschicht (4′), einer ersten Polysiliziumschicht (5′), einer Siliziumoxidschicht (6′), einer ersten Nitridschicht (7′) und einer zweiten Polysiliziumschicht (8′) auf der Kollektorschicht (23);
Bestimmen von aktiven und inaktiven Bereichen, unter Verwendung einer auf der zweiten Polysiliziumschicht (8′) ausgebildeten gemusterten Fotolackschicht;
Entfernen der auf der ersten Polysililiziumschicht (5′) des inaktiven Bereichs ausgebildeten Schichten;
Ausbilden einer Seitenwand-Nitridschicht (54) an beiden Seiten der auf dem aktiven Bereich ausgebildeten Schichten;
Aufbringen einer zweiten Isolierschicht (9′);
Entfernen der Seitenwand-Nitridschicht (54) und Durchführung eines Ätzvorgangs zur Ausbildung eines Grabens;
Füllen einer Trenn-Isolierschicht (44′) in den Graben;
Polieren der Trenn-Isolierschicht (44′) bis zur Oberfläche der Siliziumoxidschicht (6′);
danach Ausbilden einer zweiten Isolierschicht (9′) auf der Trenn- Isolierschicht (44′) und der Siliziumoxidschicht (6′);
Entfernen der ersten Polysiliziumschicht (5′) und der ersten Isolierschicht (4′), die auf einem inaktiven Bereich außerhalb eines aktiven, durch den Graben definierten Bereichs ausgebildet sind;
thermische Oxidation der auf dem inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht (23) zur Bildung einer thermischen Oxidschicht (45);
Entfernen der zweiten Isolierschicht (9′) und danach Ausbilden einer zweiten Polysiliziumschicht, einer dritten Isolierschicht und einer zweiten Nitridschicht;
Abätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht ausgebildeten Schichten zur Ausbildung eines Fensters in den aktiven Bereich;
Ausbilden einer ersten Seitenwand an beiden Seiten des Fensters und Entfernen der ersten Isolierschicht;
Ausbilden einer eigenleitenden Basis an einem Bereich, in dem die erste Isolierschicht entfernt ist, um die eigenleitende Basis mit einer störstellenleitenden Basis selbstjustierend elektrisch zu Verbinden;
Ausbilden einer zweiten Seitenwand an beiden Seiten der ersten Seitenwand; und
Ausbilden einer Emitterschicht auf der eigenleitenden Basis.
Injizieren von Fremdatomen bzw. Störstellen in ein Siliziumsubstrat (21), um eine leitende vergrabene Schicht (22) zu bilden;
Ausbilden einer Kollektorschicht (23) über dem Siliziumsubstrat (21);
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer ersten Isolierschicht (4′), einer ersten Polysiliziumschicht (5′), einer Siliziumoxidschicht (6′), einer ersten Nitridschicht (7′) und einer zweiten Polysiliziumschicht (8′) auf der Kollektorschicht (23);
Bestimmen von aktiven und inaktiven Bereichen, unter Verwendung einer auf der zweiten Polysiliziumschicht (8′) ausgebildeten gemusterten Fotolackschicht;
Entfernen der auf der ersten Polysililiziumschicht (5′) des inaktiven Bereichs ausgebildeten Schichten;
Ausbilden einer Seitenwand-Nitridschicht (54) an beiden Seiten der auf dem aktiven Bereich ausgebildeten Schichten;
Aufbringen einer zweiten Isolierschicht (9′);
Entfernen der Seitenwand-Nitridschicht (54) und Durchführung eines Ätzvorgangs zur Ausbildung eines Grabens;
Füllen einer Trenn-Isolierschicht (44′) in den Graben;
Polieren der Trenn-Isolierschicht (44′) bis zur Oberfläche der Siliziumoxidschicht (6′);
danach Ausbilden einer zweiten Isolierschicht (9′) auf der Trenn- Isolierschicht (44′) und der Siliziumoxidschicht (6′);
Entfernen der ersten Polysiliziumschicht (5′) und der ersten Isolierschicht (4′), die auf einem inaktiven Bereich außerhalb eines aktiven, durch den Graben definierten Bereichs ausgebildet sind;
thermische Oxidation der auf dem inaktiven Bereich ausgebildeten Kollektorschicht (23) zur Bildung einer thermischen Oxidschicht (45);
Entfernen der zweiten Isolierschicht (9′) und danach Ausbilden einer zweiten Polysiliziumschicht, einer dritten Isolierschicht und einer zweiten Nitridschicht;
Abätzen der auf einem Bereich der ersten Isolierschicht ausgebildeten Schichten zur Ausbildung eines Fensters in den aktiven Bereich;
Ausbilden einer ersten Seitenwand an beiden Seiten des Fensters und Entfernen der ersten Isolierschicht;
Ausbilden einer eigenleitenden Basis an einem Bereich, in dem die erste Isolierschicht entfernt ist, um die eigenleitende Basis mit einer störstellenleitenden Basis selbstjustierend elektrisch zu Verbinden;
Ausbilden einer zweiten Seitenwand an beiden Seiten der ersten Seitenwand; und
Ausbilden einer Emitterschicht auf der eigenleitenden Basis.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Isolierschicht gebildet wird
von SI₃N₄, einem Polyimid oder Silikatglas, das Bor und Phosphor enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Emitterschicht gebildet wird
von einer einschichtigen Polysiliziumschicht, die mit einer hohen
Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3 oder mehr dotiert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Emitterschicht gebildet wird
von einer Mehrschichtstruktur, die gebildet wird von einer unteren Schicht, die von
einem Einkristallsilizium mit 10¹⁸ cm-3 oder weniger gebildet wird, und einer auf der
unteren Schicht ausgebildeten oberen Schicht, die von einem mit einer hohen
Störstellenkonzentration von 1 × 10²⁰ cm-3 und mehr dotierten Polysiliziumschicht.
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