DE69402221T2 - Bipolartransistoren und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Anordnungen und insbesondere bipolare Transistoren.
• Bipolare Transistoren werden in digitalen und analogen schaltungen einschließlich Computerprozessoren, Speichern Stromversorgungen, usw. in weitem Umfang verwendet. Bipolare Transistoren werden zum Verstärken, zum Schalten, zum Erzeugen von Vorspannungen und für andere Zwecke verwendet. Während bipolare Transistoren im allgemeinen größer sind und eine geringere Leistungsfähigkeit als ihre MOS-Gegenstücke besitzen, sind bipolare Transistoren gewöhnlich schneller und folglich sind bipolare Transistoren häufig Auswahlanordnungen in schnellen Speichern, schnellen Logikarrays und viele anderen superschnellen Erzeugnissen für Daten- und Telekommunikationen.
• Die typischen Ziele in einer bipolaren Transistorsausführung schließen einen hohen Frequenzbereich (welcher eine hohe Geschwindigkeit erlaubt), eine hohe Strom- und Leistungsverstärkung (welche zu einem niedrigen Leistungsverbrauch führt) und ein niedriges Rauschen des Transistors ein. Ein weiteres Ziel ist eine gute Anpassung der elektrischen Eigenschaften ähnlicher Transistoren, und insbesondere eine gute VBE-Anpassung, die als Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen bei gleichen Kollektorströmen gemessen wird. Die VBE-Anpassung ist für eine monolithische Schaltungsausführung, welche sich auf ähnliche Transistoren mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften stützt, besonders wichtig.
• Um einen hohen Frequenzbereich zu erhalten, ist es wünschenswert, das Verhältnis der Emitterfläche zur Basisfläche zu vergrößern und den Kollektorwiderstand zu verringern, weil die Frequenz fτ des Stromverstärkungsfaktors und die Frequenz fmax des Leistungsverstärkungsfaktors des Transistors proportional dem Verhältnis der Emitterfläche zur Basisfläche und umgekehrt proportional zum Kollektorwiderstand ist. Siehe zum Beispiel W. Burger u.a., BCTM Proceedings, BCTM 1990, Seiten 78 - 81. Desweiteren dient die Verringerung des Kollektorwiderstandes der Verringerung des durch den Transistor erzeugten Rauschens und der Erhöhung der Stromverstärkung und der Leistungsverstärkung. Außerdem verbessert die Verringerung des Emitterwiderstandes insbesondere bei hohen Transistorströmen die VBE-Anpassung. Folglich sind die Vergrößerung des Verhältnisses der Emitterfläche zur Basisfläche und die Verringerung des Kollektor- und Emitterwiderstandes wichtige Ziele bei der Konstruktion bipolarer Transistoren.
• Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Transistor 110 nach dem Stand der Technik. Der Emitter 120 verläuft über der Basis 130. Die Emitterbreite WE ist klein gewählt, um den Basiswiderstand zu verringern, weil der Basiswiderstand zum Rauschen beiträgt und den Frequenzbereich verkleinert. Siehe die US-Patentanmeldung mit dem Titel "TRANSISTORS AND METHODS FOR FABRICATION THEREOF" angemeldet von A. Iranmanesh u.a. am 25. September 1992 (US-5,387,813). Der Basiskontaktbereich 140 kontaktiert die Basis an beiden Seiten des Emitters so, daß der Basiswiderstand verringert wird. Der Kollektor (nicht gezeigt) liegt unter der Basis und erzeugt einen elektrischen Kontakt mit den Kollektorkontaktbereichen 150-1, 150-2. Auf der Isolationsschicht, die über dem Transistor liegt, sind Kollektorkontaktöffnungen 160-1 bis 160-8, Baiskontaktöffnungen 170-1 und 170-2 und Emitterkontaktöffnungen 180-1 und 180-2 ausgebildet, damit der Kollektor, die Basis und der Emitter durch die leitenden Schichten, die über der Isolationsschicht liegen, in Kontakt gebracht werden können.
• Das Verhältnis der Emitterfläche zur Basisfläche im Transistor 110 ist gleich dem Verhältnis WE/WB, der Emitterbreite zur Basisbreite. Dieses Verhältnis kann durch Vergrößerung der Emitterbreite WE oder durch Verkleinerung der Basisbreite WB vergrößert werden. Die Vergrößerung der Emitterbreite WE ist jedoch unerwünscht, da die Emitterbreite zum Basiswiderstand beiträgt. Andererseits kann die Basisbreite WB nicht unter die Grenzen verringert werden, die durch die Konstruktionsregeln festgesetzt werden, welche einen minimalen Raum zwischen dem Emitter 120 und der Basiskontaktbereich 140 erfordern. Demzufolge besteht das Bedürfnis nach einem Transistor mit einem größeren Verhältnis von Emitterfläche zur Basisfläche bei derselben Emitterbreite und denselben Konstruktionsregeln.
• Die Emitterkontaktöffnungen 180-i, i=1,2 werden in seitlichem Abstand von der Basis 130 und dem Emitter 120 erzeugt, und nicht über dem Emitter 120, damit der Emitter 120 schmaler als die Kontaktöffnungen werden kann. Weil der Emitter schmaler wird, wird der Basiswiderstand verringert jedoch der Emitterwiderstand vergrößert, weil die Emitterteile in der Mitte der Basis weit weg von den Emitterkontaktöffnungen liegen. Es ist deshalb wünschenswert, den Emitterwiderstand zu verringern, wobei der Emitter noch schmaler als die Kontaktöffnungen werden kann. Es ist ebenfalls wünschenswert, den Kollektorwiderstand zu verringern.
• Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 21, No. 2, Juli 1978, das dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, beschreibt eine bipolare Transistorstruktur mit einem Basiskontakt, der teilweise oder vollständig vom Emitter eingeschlossen ist.
• Das Europäische Patent 0337720 beschreibt eine bipolare Struktur mit einem fingerartig ineinandergreifenden Kollektor an jeder Seite eines selbstausgerichteten Emitters mit Kollektorkontakten in enger Nähe zur aktiven Anordnung. Diese Spezifikation beschreibt ebenfalls das Verfahren nach dem Stand der Technik, durch welches die Fernkollektorkontakte erzeugt werden.
• Entsprechend der Erfindung wird eine Transistoranordnung, die in einem Halbleitersubstrat mit einer oberen Oberfläche erzeugt wird, bereitgestellt, wobei der Transistor Kollektor-, Basis- und Emitterbereiche von wechselndem Leitungstyp enthält, der Basisbereich den Kollektorbereich überdeckt und kontaktiert und der Emitterbereich die äußere Begrenzung des Basisbereiches überdeckt und kontaktiert, gekennzeichnet dadurch, daß sich ein Teil eines Kollektorsinkerbereiches in elektrischem Kontakt mit dem Kollektorbereich zur Oberfläche des Substrates erstreckt und seitlich von dem Basisbereich umgeben und von diesem isoliert ist.
• Die Erfindung stellt auch eine Transistoranordnung bereit, in welcher ferner Kollektorsinkerbereiche angeordnet sind, die den Emitterbereich und den Basisbereich im wesentlichen seitlich umgeben.
• Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Erzeugung einer Halbleitertransistoranordnung vor, wie im Anspruch 6 angegeben.
• Der Transistor entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt ein großes Verhältnis der Emitterf läche zur Basisfläche, einen niedrigen Emitterwiderstand und einen niedrigen Kollektorwiderstand und gleichzeitig eine kleine Emitterbreite. Diese Vorteile werden erreicht, indem der Emitter entlang der äußeren Begrenzung der oberen Basisoberfläche angeordnet wird. Das Verhältnis der Emitterfläche zur Basisfläche ist groß, weil der Emitter lang ist - so lang wie die Basisbegrenzung - und weil deshalb auch bei einer kleinen Emitterbreite eine große Emitterfläche erhalten wird.
• Bei einigen Ausführungsbeispielen enthält der Emitter einen Teil einer leitenden Schicht, wobei sich die Schicht über der Begrenzung der oberen Basisoberfläche hinaus erstreckt. Dieser Teil der leitenden Schicht, welcher sich jenseits der Begrenzung erstreckt, verbreitert den Emitterstrompfad, ohne den Emitter zu verbreitern. Als Folge davon wird bei derselben Emitterbreite ein kleinerer Emitterwiderstand erhalten.
• Bei einigen Ausführungsbeispielen umgeben Kollektorkontaktbereiche ebenfalls im wesentlichen den Emitter, um einen niedrigen Kollektorwiderstand bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGEN
• Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen bipolaren Transistor entsprechend dem Stand der Technik.
• Fign. 2 und 3 sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines bipolaren Transistors.
• Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen bipolaren Transistor.
• Fign. 5 und 6 sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines bipolaren Transistors entsprechend der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Transistor 210, der für Hochfrequenz-Anwendungen geeignet ist. Fig. 3 stellt eine Schnittansicht des Transistors 210 dar. Der Transistor 210 ist ein npn-Transistor, durch Umkehrung der Leitungstypen im Transistor 210 werden jedoch gleichartige pnp-Transistoren erhalten.
• Wie in Fig. 2 gezeigt wird, verläuft der Emitter 120 des Transistors 210 entlang der äußeren Begrenzung 130B der oberen Oberfläche der Basis 130. Die obere Oberfläche der Basis ist in der Draufsicht ein Kreis. Die Basis 130 enthält einen im wesentlichen kreisförmigen p-dotierten Bereich 220 (Fig. 3) aus einem Siliziumeinkristallsubstrat 230, und die Basis 130 enthält ebenfalls den Teil eines hitzebeständigen Metallsilizids 240 (d.h. Titansilizid), welcher den Bereich 220 überdeckt und kontaktiert. Bei einigen Beispielen ist die Begrenzung 130B in der Draufsicht ein Polygon anstatt ein Kreis, zum Beispiel ein 20-seitiges Polygon. In noch anderen Beispielen ist die Begrenzung 130B eine Ellipse. Weitere Formen werden in anderen Beispielen verwendet.
• Der Emitter 120 überdeckt die gesamte Begrenzung 130B und einen Teil der oberen Oberfläche der Basis entlang der Begrenzung. Der Emitter 120 enthält den Teil der zusammenhängenden leitenden Schicht 250, welcher die Basis 130 überdeckt. Die innere und äußere Begrenzung der Schicht 250 sind jeweils bei 250B-1 und 250-2 in Fig. 2 gezeigt. Die Schicht 250 besteht aus einem n+-Teil einer Polysiliziumschicht 260 (Fig. 3) uns aus Metallsilizid 240, das den n+Polysiliziumteil überdeckt. Der Emitter 120 enthält ebenfalls einen n+-Bereich 370 des Substrates 230, wobei der Bereich unter dem Polysiliziumteil der Schicht 250 und über der Basis liegt. Abstandshalter 376 aus Siliziumdioxid auf den Polysiliziumseitenwänden des Emitters 120 isolieren den Emitter von dem Metallsilizidteil der Basis 130.
• Die innere Begrenzung 250B-1 des Emitters 120 ist in Draufsicht ein Kreis oder eine Ellipse oder ein 20-seitiges Polygon oder irgendein anderes Polygon oder besitzt irgendeine andere Form. Die Emitterbreite WE wird klein gewählt, in einigen Beispielen 0,8 µm, um einen kleinen Basiswiderstand zu erhalten.
• Die äußere Begrenzung 250B-2 der zusammenhängenden leitenden Schicht 250 ist in Draufsicht kreisförmig, ausgenommen an den Stellen der Emitterkontaktöffnungen 180-1, 180-2, wo die Schicht 250 Vorsprünge 250-1, 250-2 bildet, um die Kontaktöffnungen eng zusammen zu bringen. Nit Ausnahme der Vorsprünge ist die Schicht 250 schmal, in einem Beispiel 1,6 µm, damit die Kollektorkontaktbereiche 150-1, 150-2 nahe an den Emitter 120 gebracht werden können. Als Ergebnis wird eine geringe Transistorgröße erhalten. Der Kollektorwiderstand wird ebenfalls klein, wie unten erläutert wird.
• Bei einigen Beispielen ist die äußere Begrenzung 250B-2 eine Ellipse oder ein Polygon, ausgenommen an den Stellen der Emitterkontaktöffnungen. Bei anderen Beispielen werden andere Formen verwendet.
• Die Kontaktöffnungen 180-1, 180-2 enden an der Schicht 250, jedoch nicht am Emitter 120, so daß der Emitter schmaler sein kann als die Kontaktöffnungen. In einem Beispiel beträgt die Emitterbreite WE 0,8 µm und jede Kontaktöffnung 180-i, i = 1, 2, ist in der Draufsicht ein Quadrat mit 1, X 1,0 µm.
• Die Basis 130 und der n-Kollektor 382, der unter der Basis liegt, sind von Feldoxid 386 umgeben, welches die Basis und den Kollektor von dem Rest der integrierten Schaltung isoliert. Die eingebettete n+-Schicht 390 liegt unter dem Kollektor 382 und dem umgebenden Feldoxid 386 und liefert von dem Kollektor zu den n+-Sinkerbereichen 394-1, 394-2 einen niedrigen Widerstandspfad. Die eingebettete Schicht und die Sinkerbereiche besitzen einen kleineren spezifischen Widerstand als der Kollektor. Die Sinkerbereiche 394-i, i = 1, 2 verlaufen zur oberen Oberfläche des Substrates 230, damit der Kollektor 382 mit der oberen Oberfläche einen elektrischen Kontakt herstellen kann. Die Sinkerbereiche 394-i umgeben im wesentlichen den Emitter, die Basis und den Kollektor, ausgenommen, daß die Sinkerbereiche unterbrochen sind, um den Platz für die Vorsprünge 250-1, 250-2 zu schaffen. Das Feldoxid 386 umgibt die Sinkerbereiche und verläuft durch den Transistor außerhalb des Basis/Kollektorbereiches und der Sinkerbereiche.
• In der Draufsicht sind die innere Begrenzung 394-1B-1 und die äußere Begrenzung 394-1B-2 der oberen Oberfläche des Sinkerbereiches 394-1 kreisförmig oder elliptisch oder polygonförmig oder besitzen irgendeine andere Form. Die innere Begrenzung 394-2B-1 und die äußere Begrenzung 394-2B-2 der oberen Oberfläche des Sinkerbereiches 394-2 sind ebenfalls kreisförmig oder elliptisch oder polygonförmig oder besitzen irgendeine andere Form.
• Die Kollektorkontaktbereiche 150-1, 150-2 werden über den entsprechenden Sinkerbereichen 394-1, 394-2 aus n+-Teilen der Polysiliziumschicht 260 und aus der darüber liegenden Metallsilizidschicht 240 gebildet. Der Basiskontaktbereich 140 in der Mitte der Basis wird aus einem p+-Teil des Polysiliziums 260 und aus dem darüber liegenden Metallsilizid 240 gebildet. Der Isolator 396, welcher in einem Beispiel Siliziumdioxid darstellt, liegt über der Basis, dem Emitter und dem Kollektor. Die Basiskontaktöffnung 170, die Kollektorkontaktöffnungen 160-1 bis 160-4 und die Emitterkontaktöffnungen 180-1, 180-2 werden in dem Isolator 396 gebildet, damit der Basiskontaktbereich 140, die Kollektorkontaktbereiche 150-1, 150-2 und die zusammenhängende leitende Schicht 250 kontaktiert werden können. Die Metallkontakte 397, 398-1 bis 398-4 und 408-1, 408-2 werden in den entsprechenden Kontaktöffnungen erzeugt.
• Wie oben erläutert, erlaubt das Anbringen des Emitters entlang der Begrenzung der oberen Oberfläche der Basis die Vergrößerung der Emitterlänge und dadurch der Emitterfläche ohne Anstieg der Emitterbreite WE. Die sich ergebende Verbesserung im Verhältnis der Emitterfläche AB zur Basisfläche AB wird in dem folgenden Beispiel gezeigt. Es wird ein Beispiel betrachtet, in welchem die Basisbegrenzung 130B und die innere Emitterbegrenzung 250B-1 in der Draufsicht jeweils einen Kreis oder ein stark an einen Kreis angenähertes Polygon (zum Beispiel ein 20-seitiges Polygon) darstellen. Das Beispiel wird mit den folgenden Abmessungen hergestellt, die die minimalen Abmessungen darstellen, die durch die Konstruktionsregeln erlaubt werden: die Basiskontaktöffnung 170 beträgt 1,0 µm im Durchmesser, der Basiskontaktbereich 140 besitzt einen Radius von 0,4 µm größer als der Radius der Basiskontaktöffnung 170, der Abstand zwischen dem Basiskontaktbereich 140 und dem Emitter 120 beträgt 1,0 µm und die Emitterbreite WE beträgt 0,8 µm. Der äußere Radius R&sub2; des Emitters beträgt dann 1,0/2 + 0,4 + 1,0 + 0,8 = 2,7 µm, und der innere Radius R&sub1; beträgt 1,0/2 + 0,4 + 1,0 = 1,9 µm. Die Emitterfläche beträgt AE = π(R22 -R12) = 11,56 µm2. Die Basisfläche beträgt AB = πR22 = 22,9 µm2. Das Verhältnis AE/AB = 0,5.
• Im Gegensatz dazu wird unter Verwendung derselben Emitterbreite, derselben Konstruktionsregeln und den Minimalabmessungen das Verhältnis AE/AB bei einem Transistor 110 nach dem Stand der Technik entsprechend Fig. 1 nur 0,21. Es wird nämlich vorausgesetzt, daß in Fig. 1 die Emitterbreite WE = 0,8 µm beträgt und daß der Basisteil an jeder Seite des Emitters 1,5 µm breit ist, damit der Basiskontaktbereich 140 die Basis an beiden Seiten des Emitters kontaktieren kann. Die gesamte Basisbreite WB beträgt dann 0,8 + 1,5 * 2 = 3,8 µm. Das Verhältnis AE/AB = WE/WB = 0,21, welches fast 2,4 mal kleiner als das Verhältnis von 0,5 im Transistor 210 ist. Der 240-%-Anstieg im AE/AB-Verhältnis führt zu einem signifikanten Anstieg in den Parametern fτ und fmax und dadurch zu einer signifikanten Verbesserung im Frequenzbereich des Transistors.
• Der Transistor 210 besitzt einen niedrigen Emitterwiderstand, weil der Emitter 120 den Teil der leitenden Schicht 250 kontaktiert, welche seitlich außerhalb der Basisbegrenzung 130B verläuft und den Emitterstrompfad verbreitert. Das ist von Bedeutung, weil der Teil der Schicht 250 außerhalb der Basisbegrenzung keinen Teil des Emitters bildet und der Emitterstrompfad ohne Anstieg der Emitterbreite und folglich ohne Anstieg des Emitterwiderstandes erweitert wird.
• Ein weiterer Faktor, der den niedrigen Emitterwiderstand im Transistor 210 erklärt, besteht darin, daß der gesamte Emitter nahe an den Kontaktöf fnungen 180-i liegt. Insbesondere liegt die gesamte obere Hälfte des Emitters 120, wie in Fig. 2 zu sehen ist, innerhalb des Abstandes von etwa LE/4 von der Kontaktöffnung 180-1, wobei LE die Emitterlänge darstellt, die entlang der Mitte des Emitters gemessen wird. In gleicher Weise liegt die untere Hälfte des Emitters innerhalb des Abstandes von etwa LE/4 von der Kontaktöffnung 180-2. Demzufolge liegt jeder Punkt des Emitters innerhalb des Abstandes von etwa LE/4 von den Emitterkontaktöffnungen.
• Im Gegensatz dazu liegt in Fig. 1 die Mitte des Emitters 120 entsprechend dem Stand der Technik in einem Abstand von etwa LE/2 von der Emitterkontaktöffnung. Der kleinere Abstand von etwa LE/4 wird in den Fign. 2, 3 erhalten, weil der Emitter 120 der Fign. 2, 3 von jeder Emitterkontaktöffnung 180-i in zwei Richtungen verläuft -- im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn. Im Gegensatz dazu verläuft der Emitter 120 in Fig. 1 entsprechend dem Stand der Technik von jeder Kontaktöffnung 180-i nur in eine Richtung, wenn jede Kontaktöffnung 180-i in Fig. 1 an einem Ende des Emitters angeordnet ist. Dadurch wird bei gegebener Emitterlänge LE und Emitterbreite WE (und deshalb bei gegebener Emitterfläche AE = LE X WE) der Reihenwiderstand des Emitterteiles, der über dem Substrat liegt, etwa zweimal kleiner im Transistor 210 als im Transistor 110 nach dem Stand der Technik.
• Bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 4 wird der Emitterwiderstand durch zusätzliche Emitterkontaktöffnungen entlang der Begrenzung 130B weiter verringert. Weil der gesamte Emitter 120 nahe der Begrenzung 130B liegt, liegt der gesamte Emitter nahe an den Emitterkontaktöffnungen 180-i, was zu einem kleinen Emitterwiderstand führt.
• Außer für die Anzahl der Emitterkontaktöffnungen 180-i, den Vorsprüngen 250-i, den Kollektorkontaktbereichen 150-i und den Sinkerbereichen 394-i gleicht das Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 4 dem Beispiel der Fign. 2 und 3.
• Ein kleiner Emitterwiderstand erlaubt eine hohe Stromverstärkung, eine hohe Leistungsverstärkung, ein niedriges durch den Transistor erzeugtes Rauschen und eine gute VBE- Anpassung zu erreichen.
• Die Transistoren 210 der Fign. 2 - 4 besitzen wegen des verbreiterten Kollektorstrompfades durch die eingebettete Schicht und die Sinkerbereiche einen niedrigen Kollektorwiderstand. Bezieht man sich zum Vergleich auf den Stand der Technik entsprechend Fig. 1, geht der Kollektorstrom zwischen dem Emitter 120 und den Kollektorkontaktbereichen 150-1, 50-2 durch die eingebettete Schicht (in Fig. 1 nicht gezeigt) und die Sinkerbereiche (ebenfalls nicht gezeigt), die unter den Kollektorkontaktbereichen liegt, hindurch. Die Breite des Kollektorstrompfades durch die eingebettete Schicht und die Sinkerbereiche ist etwa gleich der Emitterlänge LE.
• Im Gegensatz dazu ist im Transistor 210 der Fig. 2 die Breite des Kollektorstrompfades an mindestens einem Teil der eingebetteten Schicht 390 und in den Sinkerbereichen 394-i größer als LE. In der Nähe des Emitters ist die Breite des Kollektorstrompfades in der eingebetteten Schicht etwa gleich LE. Wenn sich jedoch der Kollektorstrompfad seitlich von dem Emitter zu den Sinkerbereichen weg bewegt, vergrößert sich die Breite des Kollektorstrompfades auf etwa die Länge der inneren Begrenzung 394-1B-1, 394-2B-1 der Sinkerbereiche. Die Breite des Strompfades durch die Sinkerbereiche ist ebenfalls gleich oder größer als die Länge der inneren Begrenzung. Weil die innere Begrenzung im wesentlichen den Emitter umgibt, ist die Länge der inneren Begrenzung in einigen Beispielen größer als die Emitterlänge LE. Der Kollektorwiderstand ist im Transistor 210 entsprechend kleiner.
• Aus ähnlichen Gründen besitzt der Transistor 210 der Fig. 4 ebenfalls einen niedrigen Kollektorwiderstand. Der kleine Kollektorwiderstand der Transistoren 210 der Fign. 2-4 erlaubt einen hohen Frequenzbereich des Transistors, eine hohe Stromverstärkung und ein niedriges durch den Transistor erzeugtes Rauschen zu erhalten.
• Wenn man die Schicht 250 zwischen den Vorsprüngen 250-i schmal macht, kann der Kollektorwiderstand weiter verringert werden, weil möglich wird, die Sinkerbereiche 394-i näher an den Emitter 120 heran zu bringen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Die Fign. 5 und 6 zeigen jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines Hochleistungstransistors 510. Fig. 6 zeigt nur die linke Hälfte des Querschnitts. Die rechte Hälfte ist ein Spiegelbild der linken Hälfte. Der Transistor 510 gleicht dem Transistor 210 der Fign. 2, 3, der Transistor 510 besitzt jedoch einen zusätzlichen Kollektorkontaktbereich 150-3 in der Mitte der Basis 130. Ein zusätzlicher Sinkerbereich 394-3 (Fig. 6) verbindet die eingebettete Schicht 390 mit der Substratoberfläche an der Stelle des Kollektorkontaktbereiches 150-3. Eine zusätzliche Kollektorkontaktöffnung 160-5 endet am Kollektorkontaktbereich 150-3. Der zusätzliche Kollektorkontaktbereich und der zusätzliche Sinkerbereich ermöglicht die weitere Verringerung des Kollektorwiderstandes.
• Die obere Oberfläche des Transistor 510 besitzt eine innere Begrenzung 130B-1 und eine äußere Begrenzung 130B-2. Jede Begrenzung 130B-i ist ein Kreis oder reine Ellipse oder ein Polygon oder besitzt eine andere Form. Die innere Begrenzung 250B-1 und die äußere Begrenzung 250B-2 der zusammenhängenden leitenden Schicht 250 und die innere Begrenzung 140B-1 und die äußere Begrenzung 140B-2 des Basiskontaktbereiches 140 sind ebenfalls kreisförmig, elliptisch polygonförmig oder besitzen eine andere Form, mit der Ausnahme, daß die äußere Begrenzung 250B-2 an den Stellen der Vorsprünge 250-1, 250-2 rechteckig ist.
• Die Basiskontaktöffnungen werden bei 170-1 bis 170-4 gezeigt.
• Die Transistoren 210 und 510 der Fign. 2-6 werden unter Verwendung eines in den folgenden Dokumenten beschriebenen Verfahrens in vielen Exemplaren hergestellt: der US-Patentanmeldung mit dem Titel "TRANSISTORS AND METHODS FOR FABRICATION THEREOF", angemeldet am 25. September 1992, von A.Iranmanesh u.a.; der US-Patentanmeldung Nr. 07/502,943 mit dem Titel "BICMOS DEVICE AND METHOD OF FABRICATION" angemeldet am 2. April 1990, von V.Ilderem u.a. (US- 5,338,696); der US-Patentanmeldung Nr. 07/503,498 mit dem Titel "high PERFORMANCE SEMICONDUCTOR DEVICES AND THEIR MANUFACTURE" angemeldet am 2. April 1990, von A.G.Solheim u.a. (US-5,139,961); und dem Artikel von A.Iranmanesh u.a., Total System Solution with Advanced BiCMOS, Solid State Technology, Juli 1992, Seiten 37-40. Die Transistoren 210 und 510 werden zum Beispiel wie folgt hergestellt.
• Ein Substrat 520, welches den unteren Teil des Substrates 230 bildet, wird mit einer Maske bedeckt, um die eingebettete Schicht 390 zu definieren. Es wird ein n-Dotant implantiert, um die eingebettete Schicht zu erzeugen.
• Auf dem Substrat 520 wird eine n-Epitaxalschicht 530 gezüchtet, um den oberen Teil des Substrates 230 zu schaffen. In der Epitaxialschicht 530 werden die Feldoxidbereiche 386 erzeugt. Die eingebettete n+-Schicht verläuft wegen des Herausdiffundierens des Dotanten teilweise in der Epitaxialschicht.
• In die Sinkerbereiche 394 wird ein n-Dotant implantiert. Dann wird die Polysiliziumschicht 260 abgeschieden und mit einem p-Dotanten dotiert. Der p-Dotant diffundiert heraus in die Epitaxialschicht 530 und wandelt den Bereich 220 der Epitaxialschicht in ein p-Leitungstyp. Außerdem werden die p- und n-Dotanten selektiv so in die Polysiliziumschicht eingeführt, daß das Polysilizium an der Stelle der zusammenhängenden leitenden Schicht 250 und den Kollektorkontaktbereichen 150 n+-dotiert werden, und das Polysilizium an der Stelle des Basiskontaktbereiches 140 p+-dotiert wird. Die Polysiliziumschicht 260 wird dann mit einer Maske bedeckt und geätzt, um eine zusammenhängende leitende Schicht 250, den Basiskontaktbereich 140 und die Kollektorkontaktbereiche 150 zu definieren.
• Die Dotanten aus der Polysiliziumschicht 260 diffundieren heraus in die Epitaxialschicht 530, um einen n+ -Emitterbereich 370 zu bilden und die p-Dotantkonzentration im Basisbereich 220 nahe dem Basiskontaktbereich 140 zu erhöhen. Das Überätzen der Polysiliziumschicht 260 wird so gesteuert, daß es größer als die Tiefe des Emitterbereiches 370 wird, um die Emitter-Basis-Kapazität zu verringern. Die Tiefe des Bereiches 370 beträgt etwa 50 nm (500Å), während das Polysilizium um etwa 120 nm (1200Å) von der Oberfläche der Epitaxialschicht 530 überätzt wird.
• Außerdem wird ein p-Dotant in die störstellenleitende Basis (das heißt, den Basisteil, der nicht von dem Emitter bedeckt ist) eingeführt. Um den Emitter herum werden Abstandshalter 376 aus Siliziumdioxid gebildet. Das Metallsilizid 240, das Siliziumdioxid 396, die Kontaktöffnungen 180-i, 170 und 160-i, die Metallkontakte 397, 398-i und 408-i und die darüberliegenden Metallschichten werden dann, wie zum Beispiel in der vorher erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 07/503,498 (Solheim u.a.) US-5,139,961 beschrieben wird, hergestellt.
• Während die Erfindung in bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert wurde, liegen auch andere Ausführungsbeispiele und Variationen, die hier nicht beschrieben werden, innerhalb des Umfangs der Erfindung. Bei einigen Ausführungsbeispielen besitzt zum Beispiel die zusammenhängende leitende Schicht 250 eine gleichmäßige Breite. Bei einigen Ausführungsbeispielen umgeben ein Kollektorkontaktbereich und ein Sinkerbereich vollständig die Basis und den Kollektor. Die Erfindung umfaßt pnp-Transistoren, die durch Umkehrung der Leitungstypen von npn-Transistoren erhalten werden. Ferner ist die Erfindung nicht auf spezielle Materialien beschränkt. Polysilizium 260 und Metallsilizid können zum Beispiel in einigen Ausführungsbeispielen durch andere Materialien ersetzt werden oder in Verbindung mit anderen Materialien verwendet werden. Die Erfindung deckt auch nicht aus Silizium bestehende Anordnungen ab, die zum Beispiel aus Germanium- und Galliumarsenidanordnungen bestehen. Die Erfindung ist nicht auf die Kristallstruktur der Materialien, auf die Dimensionen der Emitterlänge und -breite oder auf andere Abmessungen des Emitters, der Basis oder anderer Bereiche beschränkt. Andere Ausführungsbeispiele und Variationen liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert wird.
• Am gunstigsten sind die umschlossenen Teile vollständig umschlossen. Es sind jedoch kleine Unterbrechungen möglich. Bei einem besonderen Beispiel kann eine Mehrfach-Emitterstruktur vorgesehen werden, welche im wesentlichen die Basisbegrenzung umgebend angeordnet ist. Es wird auf unsere gleichzeitig hinterlegte Anmeldung, die auf der am 29.Januar 1993 angemeldeten US-Anmeldung 010,919 beruht, verwiesen.

Claims (7)

1. Transistoreinrichtung, die auf einem Halbleitersubstrat (25) mit einer Oberfläche ausgebildet ist, wobei der Transistor-Kollektor (382), Basis-(130) und Emitterbereiche (370) vom abwechselnden Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der Basisbereich (130} den Kollektorbereich (382) überlappt und kontaktiert und der Emitterbereich (370) die äußere Begrenzung des Basisbereichs (130) überlappt und kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Teil eines Kollektor-Sinker-Bereiches (394-3) in elektrischem Kontakt mit dem Kollektorbereich (382) zur Oberfläche des Substrats erstreckt und seitlich von dem Basisbereich (130) umgeben und von diesem isoliert ist.

2. Transistoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der weitere Kollektor-Sinker-Bereiche (394-1; 394-2) so angeordnet sind, daß sie den Basisbereich (130) und Emitterbereich (370) im wesentlichen seitlich umgeben.

3. Transistoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kollektor-Sinker-Bereich (394-3) zusammenhängt mit einer vergrabenen Schicht (390), die unter dem Kollektorbereich (382) liegt und diesen kontaktiert, wobei der Kollektor-Sinker-Bereich (394-3) und die vergrabene Schicht (390) vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind und einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Kollektorbereich (382) haben.

4. Transistoreinrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die vergrabene Schicht (390) sich seitlich über den Kollektorbereich (382) hinaus erstreckt.

5. Transistoreinrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem der Emitter (120) einen Teil einer zusammenhängenden leitfähigen Schicht (260) umfaßt, die auf dem Emitterbereich (370) vorgesehen ist und sich seitlich über die äußere Grenze der Oberfläche des Basisbereichs (130) hinaus erstreckt.

6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Transistoreinrichtung, mit den Schritten:

Ausbilden in einem Halbleitersubstrat (520) einer vergrabenen Schicht (390) und eines Kollektorbereichs (282), der bis auf die Oberfläche reicht und die vergrabene Schicht überlappt und kontaktiert, wobei die vergrabene Schicht (390) und der Kollektorbereich (382) vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind;

Ausbildung eines Kollektor-Sinker-Bereichs (394-3), der sich von der Oberfläche des Substrats nach unten zu der vergrabenen Schicht (390) erstreckt;

gekennzeichnet durch die Dotierung eines oberen Bereichs des Kollektor-Bereichs (382), der den Kollektor-Sinker-Bereich (394-3) umgibt, zur Bildung eines Basisbereichs (130), der den Kollektor-Sinker-Bereich (394-3) im wesentlichen seitlich umgibt und von dem Kollektor-Sinker- Bereich (394-3) isoliert ist und

Ausbilden eines Emitterbereichs (370) über der äußeren Grenze des Basisbereichs (130) und in Kontakt mit diesem.

7. Verfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt des Ausbildens mindestens eines weiteren Kollektor-Sinker-Bereichs (394-1; 394-2), der im wesentlichen seitlich dem Basisbereich (130) umgibt.