DE69413860T2

DE69413860T2 - Transistoren und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69413860T2
Application number: DE69413860T
Authority: DE
Inventors: Ali A. Sunnyvale California 94087 Iranmanesh
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-01-18
Also published as: EP0609000A3; EP0609000B1; US5572063A; JPH077010A; CN1094189A; JP3564160B2; US5389552A; DE69413860D1; EP0609000A2; KR100320392B1

Description

Transistoren und Verfahren zur Herstellung

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Vorrichtungen und insbesondere Bipolar-Transistoren.
Bipolar-Transistoren werden sowohl in digitalen als auch analogen Schaltungen, wie beispielsweise Computerprozessoren, Speichern, Netzgeräten und anderen, in breitem Umfang verwendet. Bipolar-Transistoren werden für Signalverstärkung, Schalten, Vorspannungserzeugung und andere Zwecke verwendet. Wegen ihrer hohen Geschwindigkeit werden Bipolar-Transistoren in großem Umfang in schnellen Speichern, schnellen Logikarrays und vielen anderen superschnellen Produkten für Daten- und Telekommunikation verwendet.
Typische Ziele bei einem Bipolar-Transistordesign sind ein geringes transistor-erzeugtes Rauschen, eine hohe Strom- und Leistungsverstärkung (die einen Betrieb mit niedriger Leistung erlauben) und ein hoher Frequenzbereich (der eine hohe Geschwindigkeit erlaubt). Ein weiteres Ziel ist eine gute Anpassung an elektrische Charakteristika ähnlicher Transistoren und insbesondere eine gute VBE-Anpassung, gemessen als Differenz zwischen den Basis-Emitterspannungen bei gleichen Kollektorströmen. Die VBE-Anpassung ist insbesondere für das monolithische Schaltungsdesign wichtig, das auf ähnlichen Transistoren mit ähnlichen elektrischen Charakteristika beruht.
Eine Annäherung an diese Ziele erfolgte durch ein Reduzieren der Transistor-, Basis-, Emitter- und Kollektorwiderstände und der Basis-Kollektor-Kapazität und durch Erhöhen des Verhältnisses von Emitter- zu Basisfläche. Insbesondere der Basiswiderstand leistet einen Hauptbeitrag zu dem transistor erzeugten Rauschen. Darüber hinaus senkt der Basiswiderstand den Frequenzbereich des Transistors, da die Frequenz fmax der Transistoreinheitsleistungsverstärkungsfaktor umgekehrt proprotional zum Basiswiderstand ist. Siehe: G. Gonzales, Microwave Transistor Amplifiers (Prentice-Hall, 1984), Seite 33. Die Emitter- und Kollektorwiderstände tragen ebenfalls zum Rauschen bei und Reduzieren weiterhin die Stromverstärkung und Leistungsverstärkung. Zusätzlich macht der Emitterwiderstand die Erzielung einer guten VBE-Anpassung schwieriger, insbesondere bei hohen Transistorströmen. Weiterhin senken die Emitter- und Kollektorwiderstände und die Basis-Kollektor-Kapazität den Transistorfrequenzbereich, da sie sowohl fmax als auch die Frequenz fT senken. Die Reduktion des Verhältnisses von Emitterfläche zu Basisfläche reduziert auch die fT- und fmax-Parameter. Siehe beispielsweise W. Burger u. a., BCTM Proceedings, BCTM 1990, Seiten 78-81. Somit sind die Reduzierung der Basis-, Emitter- und Kollektorwiderstände und der Basis-Kollektor-Kapazität und die Erhöhung des Verhältnisses von Emitterfläche zur Basisfläche wichtige Ziele des Transistordesigns.
Ein weiteres Ziel ist eine kleine Größe, die benötigt wird, um eine hohe Integrationsdichte zu erzielen. Zusätzlich senkt die Reduzierung der Basisgröße die Basis-Kollektor- Kapazität.
Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht einen Transistor 110 gemäß dem Stand der Technik, mit drei Emittern 120-1, 120-2, 120-3, die sich über die darunterliegende Basis 130 erstrecken. Der Kollektor (nicht dargestellt) liegt unter der Basis und kontaktiert elektrisch die Kollektorkontaktbereiche 140-1, 140-2. Der Emitterkontaktbereich 150 mit geringem Widerstand verbindet die Emitter. Der Basiskontaktbereich 160 mit geringem Widerstand liegt über der Basis, umgibt die Emitter und erstreckt sich zwischen den Emittern. Die Kontaktöffnungen 164-1 bis 164-6, 170-1 bis 170-8, 180- 1 bis 180-6 in einer Isolierschicht liegen über dem Transistor und erlauben, daß die Emitter, die Basis und der Kollektor durch leitfähige Schichten kontaktiert werden, die über der Isolierschicht liegen.
Die Emitter 120-i sind eng ausgebildet, das heißt, die Emitterbreite WE ist klein, um den eigenleitenden Basiswiderstand RBI, das heißt den Widerstand gegenüber dem Basisstrom der Basisteile, die unter den Emittern liegen, zu reduzieren. Anzumerken ist, daß die Basisteile, welche unter den Emittern liegen (die "intrinsische Basis"), typischerweise im Vertikalschnitt dünner sind und daß sie typischerweise leichter dotiert sind als der verbleibende ("extrinisische") Basisteil und daher ist der intrinsische Basiswiderstand eine signifikante Komponente des Gesamtbasiswiderstandes. Die Anzahl der Emitter - drei - ist ausgewählt worden, um eine gewünschte Basis-Emitter-Übergangsfläche gemäß dem gewünschten Emitterstrom zu erzielen. Die Emitterkontaktöffnungen 164-i sind von den Emittern entfernt positioniert, um die Emitterbreite nicht zu begrenzen - die Kontaktöffnungen sind breiter als die Emitter, um einen geringen Kontaktwiderstand in den Öffnungen zu erzielen. Die Basiskontaktbereichsteile 160-1, 160-2 erstrecken sich zwischen den Emittern 120-i, um den Basiswiderstand zu verringern.
Die Verringerung der Basis-Emitter-Kollektor-Widerstände und das Schaffen einer kleinen Größe und einer niedrigen Basis-Kollektor-Kapazität sind oft einander widerstrebende Ziele, die eine sorgfältige Balance erfordern. Beispielsweise verringert das enge Ausbilden der Emitter den Basiswiderstand, erhöht jedoch den Emitterwiderstand. Die Basisgröße wird ebenfalls erhöht, je mehr Emitter benötigt werden, um die gewünschte Basis-Emitter-Fläche zu erhalten. Die Basiskontaktbereichsteile 160-1, 160-2, die sich zwischen den Emittern erstrecken, verringern den Basiswiderstand, erhöhen jedoch die Basisgröße. Eine erhöhte Basisgröße führt zu einer höheren Basis-Kollektor-Kapazität. Die Basis- und Kollektorwiderstände können verringert werden, indem die Basis- und Kollektorabmessungen in Richtung entlang der Emitter vergrößert werden, aber darunter leiden die Basisgröße, die Basis-Kollektor-Kapazität und der Emitterwiderstand. Somit besteht eine Notwendigkeit für einen Transistor, der gleichzeitig niedrige Basis-, Emitter- und Kollektorwiderstände, eine kleine Basisgröße, eine kleine Gesamtgröße und eine niedrige Basis-Kollektor-Kapazität schafft.
Das Verhältnis der Emitterfläche zur Basisfläche in dem Transistor 110 ist gleich dem Verhältnis n*WE/WB der Gesamtemitterbreite zur Basisbreite, wobei n = 3 die Anzahl der Emitter ist. Dieses Verhältnis kann durch Erhöhen der Gesamtemitterbreite n*WE oder durch Verringern der Basisbreite WB erhöht werden. Das Erhöhen der Gesamemitterbreite n*WE ist jedoch unerwünscht, da dies den Basiswiderstand erhöhen würde. Die Basisbreite WB kann andererseits nicht unterhalb der Grenzen verringert werden, die durch die Designregeln gesetzt sind, welche einen Mindestabstand zwischen Emittern 120-i und Basiskontaktbereich 160 erfordern. Somit besteht eine Notwendigkeit nach einem Transistor, der ein größeres Verhältnis von Emitterfläche zu Basisfläche für die gesamte Emitterbreite und die gleichen Designregeln hat.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft einen Transistor mit niedrigen Basis-, Emitter- und Kollektorwiderständen, einer kleinen Basisgröße, einer kleinen Gesamtgröße, einer niedrigen Basis-Kollektor-Kapazität und einem großen Verhältnis von Emitterfläche zu Basisfläche. Diese und andere Vorteile werden bei einigen Ausführungsformen erzielt, indem die Emitter sich entlang der Begrenzung der Basisoberfläche erstrecken und indem die Emitter so geformt sind, daß ihr Umfang und die Anzahl der Seiten, welche für den Basisstromfluß zur Verfügung stehen, erhöht sind. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen die Basisoberfläche ein Kreis oder ein reguläres Polygon mit fünf oder mehr Seiten. Jeder Emitter ist im wesentlichen L-förmig, wobei ein Teil sich von der Basisoberflächenbegrenzung radial zur Mitte der Basisoberfläche erstreckt und der andere Teil sich entlang der Begrenzung der Basisoberfläche erstreckt und nahe an der Begrenzung liegt. Ein derartiger Emitter hat fünf Seiten, die über dem Inneren der Basis liegen, und einen langen Umfang. Die große Anzahl der Seiten und der lange Umfang verringern die Basis- und Kollektorwiderstände. Jeder Emitter kann relativ kurz ausgebildet sein, um den Emitterwiderstand zu verringern. Gleichzeitig ist die kombinierte Emitterlänge aller Emitter groß, weil die Emitter entlang der Begrenzung der Basisoberfläche liegen und die Begrenzung lang ist. Aus der großen kombinierten Emitterlänge resultiert eine große Emitterfläche und daher ein großes Verhältnis von Emitterfläche zu Basisfläche.
In einigen Ausführungsformen hat die extrinsische Basis an ihrer Oberseite ein Material mit geringem Widerstand, beispielsweise Titansilizid. Weil die Basis-Emitter-Verbindun gen sich nicht quer zur Basis erstrecken, schneidet das Material mit geringem Widerstand die Basisfläche zwischen den Emittern und dadurch ist es unnötig, daß der Basiskontaktbereich sich zwischen den Emittern erstreckt. Die Basisgröße kann daher verringert werden, mit der Folge der Erhöhung der Integrationsdichte und der Verringerung der Basis- Kollektor-Kapazität.
In dem IBM-Technical Disclosure Bulletin, Vol. 21, Nr. 2 (1978), Seiten 846-849, ist entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Emitterstruktur offenbart, die die Basis ganz oder teilweise umgibt. Der Emitter hat Teile in rechten Winkeln, die der Kontur der äußeren Begrenzung der Basis folgen und mit dieser in Kontakt bleiben.
Gemäß der Erfindung wird eine Transistorvorrichtung geschaffen, mit Halbleiterbereichen abwechselnden Leitfähigkeitstyps zur Bildung von Kollektor-, Basis- und Emitterbereichen, wobei der Basisbereich über dem Kollektorbereich liegt und diesen kontaktiert und der Emitterbereich über zumindest einem Teil des Basisbereichs und der äußeren Begrenzung des Basisbereichs liegt und diesen kontaktiert und in welchem der Emitter einen ersten Teil aufweist, der sich nach innen über die Basis von der äußeren Begrenzung erstreckt, und einen zweiten Teil aufweist, der sich in einem seitlichen Winkel mit Bezug auf den ersten Teil erstreckt und nicht mit der äußeren Begrenzung in Kontakt steht.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Transistors, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden eines Kollektors, Ausbilden einer über dem Kollektor liegenden Basis, und Ausbilden eines Emitterbereichs, der zumindest über einem Teil der Basis und einer äußeren Begrenzung der Basis liegt, wobei der Emitterbereich einen ersten Teil aufweist, der sich in Aufsicht von der äußeren Begrenzung der Basis nach innen erstreckt, und einen zweiten Teil aufweist, der in Aufsicht sich in einem seitlichen Winkel zum ersten Teil erstreckt und nicht in Kontakt mit der äußeren Begrenzung steht.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Es zeigt:
Fig. 1 einen Transistor gemäß dem Stand der Technik in einer Draufsicht;
Fig. 2 den Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht;
Fig. 3 den Transistor gemäß Fig. 2 in einem Vertikalschnitt;
Fig. 4 einen Teil des Transistors gemäß Fig. 2 in einer Draufsicht;
Fig. 5 einen Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht;
Fig. 6 den Transistor gemäß Fig. 5 im Vertikalschnitt, und
Fig. 7 einen Teil eines Transistors gemäß eines Beispiels in der Draufsicht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 2 zeigt einen Transistor 210 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Fig. 3 zeigt die linke Hälfte des Transistors 210 im Schnitt. Obwohl der Transistor 210 ein npn-Transistor ist, können ähnliche pnp-Transistoren durch Umkehren der Leitfähigkeitstypen in dem Transistor 210 erzielt werden.
Wie in der Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich jeder Emitter 120-1 bis 120-5 seitlich ausgehend von der äußeren Begrenzung 130B der Oberfläche der Basis 130 innerhalb der Oberfläche und endet innerhalb der Oberfläche. Die Basisoberfläche ist in der Draufsicht ein Kreis. Die Basis 130 hat einen im wesentlichen zylindrischen p-dotierten Bereich 220 (Fig. 3) aus monokristallinem Siliziumsubstrat 230, und die Basis 130 enthält auch den Teil des feuerfesten Metallsilizids 240 (beispielsweise Titansilizid), der über dem Bereich 220 liegt und diesen kontaktiert. Bei einigen Ausführungsformen ist die Begrenzung 130B in der Draufsicht ein Polygon anstatt eines Kreises. Bei einigen Ausführungsformen hat das Polygon fünf oder mehr Seiten. Bei einigen Ausführungsformen ist das Polygon regelmäßig. Bei anderen Ausführungsformen ist die Begrenzung 130B eine Ellipse. Bei anderen Ausführungsformen können noch andere Formen verwendet werden.
Der Emitter 120-1 ist im wesentlichen L-förmig. Der Teil 120-1-1 des Emitters 120-1 erstreckt sich seitlich, ausgehend von der Begrenzung der Basisoberfläche innerhalb der Basisoberfläche. Der Teil 120-1-2 des Emitters 120-1 erstreckt sich seitlich in einem Winkel zum Teil 120-1-1. Bei einigen Ausführungsformen schneiden sich die zwei Teile nicht, wie sie dies in der Fig. 2 tun. Beispielsweise liegen bei einigen Ausführungsformen die zwei Teile in einem Winkel zueinander und sind über einen dritten Teil miteinander verbunden, der sich beispielsweise entlang einer gleichmäßigen Kurve erstreckt und die Teile 120-1-1 und 120-1-2 miteinander verbindet.
Jeder Emitter 120-2 bis 120-5 hat eine ähnliche Form wie der Emitter 120-1.
Jeder Emitter 120-i enthält den Teil der zusammenhängenden leitfähigen Schicht 250, der über der Basis 130 liegt. Die Schicht 250 besteht aus einem n+-Teil der Polysiliziumschicht 260 (Fig. 3) und aus Metallsilizid 240, welches über dem n+-Polysiliziumteil liegt. Jeder Emitter 120-i enthält auch den n+-Bereich 370 des Substrats 230, wobei dieser Bereich unter dem Polysiliziumteil der Schicht 250 liegt und über der Basis liegt. Die Siliziumdioxid-Abstandstücke 376 auf den Polysilizium-Seitenwänden der Emitter 120 isolieren die Emitter von dem Metallsilizidteil der Basis 130.
Die äußere Begrenzung 250B der zusammenhängenden leitfähigen Schicht 250 ist in der Draufsicht kreisförmig, mit Ausnahme an der Stelle der Emitterkontaktöffnungen 174-1, 174-2, wo die Schicht 250 Vorsprünge 250-1, 250-2, bildet, um die Kontaktöffnungen aufzunehmen. Mit Ausnahme der Vorsprünge ist die Schicht 250 schmal, mit einer Breite von 0,8 um bei einer Ausführungsform, wodurch erlaubt wird, daß Kollektorkontaktbereiche 140-1, 140-2 nahe an die Emitter 120 gebracht werden. Eine kleine Transistorgröße wird als Ergebnis erhalten. Der Kollektorwiderstand wird ebenfalls wegen des kurzen Kollektorstrompfades zwischen den Emittern und den Kollektorkontaktbereichen klein.
In einigen Ausführungsformen ist die äußere Begrenzung 250B eine Ellipse oder ein Polygon mit Ausnahme der Orte der Emitterkontaktöffnungen. In anderen Ausführungsformen werden andere Formen verwendet.
Die Emitterkontaktöffnungen 174-1, 174-2 enden an der Schicht 250, jedoch nicht an den Emittern 120, um zu erlauben, daß die Emitter enger als die Kontaktöffnungen sind. Bei einer Ausführungsform hat jeder Emitter 120-i eine Breite von 0,8 um und jede Kontaktöffnung 174-i hat in der Draufsicht ein Quadrat von 1,0 · 1,0 um.
Die Basis 130 und der n-Kollektor 382 (Fig. 3), die unter der Basis liegen, sind von Feldoxid 386 umgeben, welches die Basis um den Kollektor gegenüber dem Rest der integrierten Schaltung isoliert. Die versenkte n+-Schicht 390 liegt unter dem Kollektor 382 und dem umgebenden Feldoxid 386 und schafft einen Pfad mit geringem Widerstand vom Kollektor zu den n+-Absenk- oder Entnahmebereichen 394-1, 394- 2. Die versenkte Schicht und die Entnahmebereiche haben einen niedrigeren Widerstandswert als der Kollektor. Die Entnahmebereiche 394-i, i = 1, 2, erstrecken sich bis zur Oberfläche des Substrats 230, um zu ermöglichen, daß der Kollektor 382 elektrisch von der Oberseite her kontaktiert wird. Die Entnahmebereiche 394-i umgeben im wesentlichen den Emitter, die Basis und den Kollektor mit Ausnahme, daß die Entnahmebereiche unterbrochen sind, um Raum für Vorsprünge 250-1, 250-2 zu schaffen. Feldoxid 386 umgibt die Entnahmebereiche und erstreckt sich durch den Transistor außerhalb des Basis-/Kollektorbereiches und der Entnahmebereiche.
In der Draufsicht sind die innere Begrenzung 394-1B-1 (Fig. 2) und die äußere Begrenzung 394-1B-2 der Oberseite des Entnahmebereiches 394-1 kreisförmig oder elliptisch oder polygonförmig oder mit irgendeiner anderen Form. Die innere Begrenzung 394-2B-1 und die äußere Begrenzung 394-2B-2 der Oberfläche des Entnahmebereichs 394-2 sind ebenfalls kreisförmig, elliptisch oder irgendwie anders geformt.
Die Kollektorkontaktbereiche 140-1, 140-2 sind über den jeweiligen Entnahmebereichen 394-1, 394-2 aus n+-Teilen der Polysiliziumschicht 260 und aus dem darüberliegenden Metallsilizid 240 gebildet. Der Basiskontaktbereich 160 in der Mitte der Basis ist aus einem p+-Teil der Polysiliziumschicht 260 und aus dem darüberliegenden Metallsilizid 240 gebildet. Der Isolator 396, der aus Siliziumdioxid besteht, liegt bei einer Ausführungsform über der Basis, den Emittern und dem Kollektor. Die Basiskontaktöffnung 170, die Kollektorkontaktöffnungen 180-1 bis 180-4 und die Emitterkontaktöffnungen 174-1, 174-2 sind im Isolator 396 ausgebildet, um einen Kontakt zum Basiskontaktbereich 160, zu den Kollektorkontaktbereichen 140-1, 140-2 und zu der zusammenhängenden leitfähigen Schicht 250 zu erlauben.
Der Transistor 210 hat einen niedrigen Basiswiderstand, weil der Transistor 210 für eine gegebene Emitterfläche und Emitterbreite einen langen fünfseitigen Emitterumfang hat, der für den Basisstromfluß zur Verfügung steht. Beispielsweise hat, wie in der Fig. 4 dargestellt, der Emitter 120-1 fünf Seiten 120B-1 bis 120B-5, über welche und unter welchen der Basisstrom in den Emitter fließt, verglichen mit nur zwei Seiten bei dem Transistor 110 gemäß dem Stand der Technik, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Basisstrompfade im Transistor 210 erstrecken sich von unterhalb der fünf Seiten 120B-1 bis 120B-5 seitlich weg von der Basis-Emitter- Verbindung.
Die Erhöhung des Emitterumfangs bei dem Transistor 210 pro gegebener Emitterfläche und die Emitterbreite können aus dem folgenden Beispiel ersehen werden. Es sei angenommen, daß die Basis 130 in der Draufsicht ein Kreis mit einem Radius von R3 = 3,4 um ist. Die Seite 120B-4 des Emitters 120-1 ist ein Kreisbogen mit dem Radius R1 = 1,9 um. Die Seite 120B-3 ist ein Radialsegment mit der Länge 0,9 um. Die Seite 120B-2 ist ein Kreisbogen mit dem Radius R2 = R1 + 0,9 = 2,8 um. Die Seite 120B-6, die sich entlang der Basisoberflächenbegrenzung 130B erstreckt, ist 0,8 um. Die Seite 120B-1 ist ein Radialsegment der Länge R3 - R2 = 0,6 um. Die Seite 120B-5 ist ein Radialsegment mit der Länge R3 - R1 = 1,5 um. Es sei ebenfalls angenommen, daß, wenn die Seite 120B-3 entlang dem Radius fortgeführt würde, sie die Begrenzung 130B an einem Punkt 120B-3C schneiden würde, der von der Seite 120B-6 0,8 um entfernt ist.
Unter diesen Annahmen beträgt die Länge der Seite 120B-2 0,8/R3*R2 = 0,66 um. (In dieser und allen folgenden Berechnungen sind alle Zahlen auf die zweite Stelle nach dem Komma abgerundet.) Die Länge der Seite 120B-4 ist 0,8*2/R3*R1 = 0,89 um.
Diese Abmessungen schaffen eine Emitterbreite von ungefähr 0,8 um. Insbesondere ist die Breite des Teils 120-1-1 (Fig. 2) des Emitters kleiner als die Länge der Seite 120B-6 und damit kleiner als 0,8 um. Die Breite des Teils 120-1-2 ist gleich der Länge der Seite 120B-3, die 0,9 um beträgt. Die kleine Emitterbreite ist gewählt, um einen geringen Basiswiderstand zu erzielen.
Der Emitterumfang, der für den Basisstromfluß zur Verfügung steht, das heißt die Gesamtlänge der Seiten 120B-1 bis 120B-5 beträgt 0,6 + 0,66 + 0,9 + 0,89 + 1,5 = 4,55 um.
Die Fläche des Emitters 120-1 ist gleich:
π(R3²-R2²) · 0,8/(27π · R3) + π(R2²-R1²) · 1,6/(2π · R3) = 1,43 um²
Somit hat der Transistor 210 bei diesem Beispiel für den Basisstromfluß einen Emitterumfang von 4,55 im pro 1,3 um² Emitterfläche zur Verfügung. (Obwohl der Transistor 210 andere Emitter haben kann, sind sie bei dieser Berechnung nicht enthalten, weil, wenn sie enthalten wären, das Verhältnis von Emitterumfang zu Emitterfläche dasselbe bleiben würde, vorausgesetzt, daß die anderen Emitter die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie der Emitter 120-1 haben.)
Zum Vergleich wird auf den Transistor 110 (Fig. 1) gemäß dem Stand der Technik Bezug genommen und mit der Annahme, daß der Transistor 110 die gleiche Emitterfläche von 1,43 um² und ungefähr die gleiche Emitterbreite WE = 0,8 im hat, so stehen dem Transistor 110 nur 1,43/0,8 · 2 = 3,58 um Emitterumfang für den Basisstromfluß zur Verfügung. Diese Zahl ist ungefähr 27% niedriger als die Zahl 4,55 um für den Transistor 210. Darüber hinaus hat in dem Transistor 210 jeder Emitter fünf Seiten für den Basisstromfluß zur Verfügung gegenüber nur zwei Seiten bei dem Transistor 110 gemäß dem Stand der Technik.
Der große Emitterumfang, der für den Basisstromfluß zur Verfügung steht, und die große Anzahl der Emitterseiten, die für den Basisstromfluß zur Verfügung stehen, verursachen eine signifikante Verringerung der Basis- und Kollektorwiderstände, wie in der US-PS 5,508,552 von A. A. Iranmanesh u. a. erläutert.
Der niedrige Basiswiderstand führt zu einem niedrigen transistor erzeugten Rauschen und einem hohen Frequenzbereich, wie dies vorstehend erläutert ist. Weiterhin erlaubt die Eigenschaft des niedrigen Basiswiderstandes ein Erfüllen der Rausch- und Frequenzbereichsanforderungen für eine vorgegebene Anwendung bei einer verringerten Basisfläche, wodurch wiederum eine höhere Integrationsdichte und eine niedrigere Basis-Kollektor-Kapazität möglich sind. Der niedrige Kollektorwiderstand läßt zu, daß ein hoher Transistorfrequenzbereich, eine hohe Stromverstärkung, eine hohe Leistungsverstärkung und ein geringes transistor-erzeugtes Rauschen, wie vorstehend erläutert, erzielt werden.
Der Emitterwiderstand ist in einigen Ausführungsformen niedrig, weil jeder Emitter 120-i dieser Ausführungsformen kurz ist und daher jeder Emitter nahe den Emitterkontaktöffnungen 174-1, 174-2 (Fig. 2) ist. Darüber hinaus hat der Transistor 210 fünf Emitter, die parallel geschaltet sind, und so ist der Gesamtwiderstand des Silizidteils der Emitter nur ein Fünftel des Widerstandes des Silizidteils eines einzelnen Emitters.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Emitterwiderstand noch weiter reduziert durch zusätzliche Emitterkontaktöffnungen, die entlang der Schicht 250 vorgesehen sind. In einigen derartigen Ausführungsformen ist die Schicht 250 mit zusätzlichen Vorsprüngen versehen, um die zusätzlichen Kontaktöffnungen aufzunehmen und die Entnahmebereiche 394-1 sind unterbrochen, um für die Vorsprünge Raum zu schaffen. Ähnliche Emitterkontaktöffnungen sind in der US-Patentanmeldung "TRANSISTORS AND METHODS FOR FABRICATION THEREOF", angemeldet von A. A. Iranmanesh mit der Anwaltsdocket-Nr. NS-2052, beschrieben.
Ein niedriger Emitterwiderstand erlaubt die Erzielung eines hohen Stromtreibung, einer hohen Leistungsverstärkung, guter VBE-Anpassung und eines niedrigen transistorerzeugten Rauschena, wie vorstehend erläutert.
Die Basisgröße und die Gesamtgröße des Transistors 210 sind bei einigen Ausführungsformen reduziert, weil die Basiskontaktbereichsteile zwischen den Emittern - beispielsweise Basiskontaktbereichsteile 160-1, 160-2 gemäß dem Stand der Technik in Fig. 1 - eliminiert sind. Der Basiskontaktbereich 160 im Transistor 210 muß sich nicht zwischen den Emittern erstrecken, weil die Basisbereiche zwischen den Emittern durch Metallsilizid 240 mit niedrigem Widerstand mit dem Basiskontaktbereich 160 verbunden sind. (Bei einer Ausführungsform ist das Metallsilizid 240 Titansilizid mit einem Widerstandswert von 2 Ω pro Quadrat.) Eine kleine Basisgröße erlaubt die Erzielung einer niedrigen Basis-Kollektor-Kapazität, eines hohen Frequenzbereiches und einer hohen Integrationsdichte, wie dies vorstehend erläutert ist.
Der Transistor 210 hat ein großes Verhältnis von Emitterfläche zu Basisfläche, weil die Emitter 120 sich entlang der Begrenzung der Basisoberseite erstrecken. Insbesondere erstreckt sich der Emitterteil 120-1-2 entlang der Begrenzung 130B nahe der Begrenzung. Die Anordnung der Emitter entlang der Begrenzung anstatt quer zur Begrenzung, wie in der Fig. 1, erlaubt eine Erhöhung der Emitterlänge und da her der Emitterfläche, ohne daß die Emitterbreite vergrößert wird.
Die Verbesserung im Verhältnis von Emitterfläche AE zur Basisfläche AB ist als Beispiel in der Fig. 4 dargestellt. Ausgehend davon, daß die Basisoberseitenbegrenzung 130B ein Kreis ist, sind die Emitterseiten 120B-2 und 120B-4 Kreisbögen und die Seiten 120B-1, 120B-3 und 120B-5 sind Radialsegmente. Ebenfalls angenommen wird, daß die Basiskontaktöffnung 170 ein Kreis ist, der Basiskontaktbereich 160 ebenfalls ein Kreis ist und daß die folgenden Abmessungen die Mindestabmessungen sind, die von den Designregeln zugelassen werden. Basiskontaktöffnung: 170 gleich 1,0 um Durchmesser; der Basiskontaktbereich 160 hat einen Radius, der 0,4 um größer als der Radius der Basiskontaktöffnung 170 ist; der Radialabstand zwischen dem Basiskontaktbereich 160 und den Emittern 120 ist 1,0 um; die Länge der Seite 120B-6 ist 0,8 um; die Länge der Seite 120B-3 ist 0,9 um; und der Punkt 1,20B-3C hat einen Abstand von 0,8 um zur Seite 120B-6. Diese Minimalabmessungen schaffen die Abmessungen des vorstehend aufgeführten Umfangsberechnungsbeispiels. Insbesondere ist R1 = 1,9 um, R2 = 2,8 um und R3 = 3,4 um. Die Fläche des Emitters 120-1 beträgt 1,43 um², wie vorstehend in dem Umfangsberechnungsbeispiel gezeigt.
Angenommen, daß die Designregeln einen Mindestabstand von 0,8 um zwischen den Emittern entlang der Begrenzungen 130B erfordern, so daß insbesondere der Punkt 120B-3C vom entgegen dem Uhrzeigersinn am nächsten liegenden Emitter (der nicht dargestellt ist) einen Abstand von wenigstens 0,8 um haben muß, gemessen entlang der Begrenzung. Somit besetzt jeder Emitter 120-i 0,8 · 3 = 2,4 um entlang der Begrenzung 130B. Die Länge der Begrenzung 130B beträgt 2π · R3 = 21,36 um. Daher kann der Transistor 210 bis zu acht Emitter der gleichen Form und mit den gleichen Abmessungen wie der Emitter 120-1 haben. Die gesamte Emitterfläche AE ist in diesem Fall 1,43 · 8 = 11,44 um².
Die Basisfläche AB = π · R3²-36,32 gm². Das Verhältnis von AE/AB = 0,31.
Unter Verwendung der gleichen Emitterbreite, der gleichen Designregeln und Mindestabmessungen beträgt im Gegensatz hierzu das Verhältnis AE/AB bei dem Transistor 110 gemäß dem Stand der Technik aus der Fig. 1 nur 0,22. Wenn nun angenommen wird, daß in der Fig. 1 die Emitterbreite WE = 0,8 um ist, dann ist die Breite jedes der Basiskontaktbereichsteile 160-1, 160-2 ebenfalls 0,8 um; der Abstand zwischen benachbarten Basiskontaktbereichteilen 160-i und Emitter 120-j gleich 1,0 um; und die Basisteile links vom Emitter 120-1 und rechts vom Emitter 120-3 haben jeweils eine Breite von 1,5 um, um zuzulassen, daß der Basiskontaktbereich 160 die Basis an beiden Seiten der Emitter kontaktiert. Die Gesamtbasisbreite WB beträgt dann 3 · 0,8 + 2 · 0,8 + 4 · 1,0 + 2 · 1,5 = 11,0 um. Das Verhältnis AE/AB = 3*WE/WB = 0,22, was ungefähr um das 1,4-fache kleiner als das Verhältnis 0,31 für den Transistor 210 ist. Die 140%ige Erhöhung im AE/AB-Verhältnis führt zu einer signifikanten Erhöhung der fT- und fmax-Parameter und damit zu einer signifikanten Verbesserung des Transistorfrequenzbereiches.
Weil die Entnahmebereiche 394-1, 394-2 im wesentlichen die Emitter umgeben, hat der Transistor 210 einen niedrigen Kollektorwiderstand, wie in der vorstehend genannten US-Patentanmeldung mit dem Titel "TRANSISTORS AND METHODS FOR FABRICATION THEREOF", angemeldet von A. A. Iranmanesh, mit der Anwaltsdocket-Nr. NS-2052, erläutert.
Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils in einer Draufsicht und einem Schnitt einen Hochleistungstransistor 510. Die Fig. 6 zeigt nur die linke Hälfte des Querschnitts. Der Transistor 510 ist ähnlich wie der Transistor 210 gemäß den Fig. 2 bis 4, hat jedoch einen zusätzlichen Kollektorkontaktbereich 140-3 in der Mitte der ringförmigen Basis 130. Ein zusätzlicher Entnahmebereich 394-3 (Fig. 6) verbindet die versenkte Schicht 390 mit der Substratoberfläche an dem Ort des Kollektorkontaktbereichs 140-3. Die zusätzliche Kollektorkontaktöffnung 180-5 endet an dem Kollektorkontaktbereich. Der zusätzliche Kollektorkontaktbereich und der zusätzliche Entnahmebereich reduzieren weiterhin den Kollektorwiderstand.
Die Basisoberseite des Transistors 510 hat eine innere Begrenzung 130B-1 und eine äußere Begrenzung 130B-2. Jede Begrenzung 130B-i ist ein Kreis oder ein Ellipse oder ein Polygon oder hat irgendeine andere Form, ähnlich wie die Grenze 130B des Transistors 210. Insbesondere sind in einigen Ausführungsformen die Grenze 130B-1 oder 130B-2 oder beide Grenzen ein regelmäßiges Polygon mit fünf oder mehr Seiten.
Die Basiskontaktöffnungen sind von 170-1 bis 170-4 gezeigt.
Fig. 7 zeigt in einer Draufsicht ein Beispiel eines Teils eines Transistors 710, bei dem jeder Emitter 120-1 bis 120-4 drei Seiten hat - zwei Seiten, die sich radial ausgehend von der Basisoberseitenbegrenzung 130B erstrecken, und eine Seite, die die zwei Seiten schneidet. Die Entnahmebereiche und die Kollektorkontaktbereiche sind nicht dargestellt, sind jedoch ähnlich wie jene bei dem Transistor 210. Die Emitterkontaktöffnungen (nicht dargestellt) enden an der zusammenhängenden leitfähigen Schicht 250. In einigen Beispielen hat die Schicht 250, wie beim Transistor 210, Vorsprünge, an welchen die Emitterkontaktöffnungen enden.
Bei einigen Beispielen hat der Transistor 710 eine ringförmige Basis und zusätzliche Entnahme- und Kollektorkontaktbereiche in der Mitte der Basis, ähnlich wie beim Transistor 510.
Die Transistoren 210, 510 und 710 gemäß den Fig. 2 bis 7 sind bei einigen Ausführungsformen unter Verwendung eines der Prozesse hergestellt, der in den folgenden Veröffentlichungen, die hier als Bezug genannt werden, beschrieben ist: US-PS 5,508,552 mit dem Titel "TRANSISTORS AND METHODS FOR FABRICATION THEREOF" vom 25. September 1992 mit dem Anmelder A. A. Iranmanesh u. a.; US-PS 5,338,696 mit dem Titel "BICMOS - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG" vom 2. April 1990, angemeldet von V. Ilderem u. a.; US-PS 5,139,961 mit dem Titel "HIGH PERFORMANCE SEMICONDUCTOR DEVICES AND THEIR MANUFACTURE" vom 2. April 1990, angemeldet von A. G. Solheim u. a.; und in dem Artikel von A. Iranmanesh u. a. mit dem Titel "Total System Solution with Advanced BiCMOS", Solid State Technology, Juli 1992, Seiten 37-40. Bei einer Ausführungsform werden die Transistoren 210, 510 und 710 wie folgt hergestellt.
Ein p-Substrat 520, das den unteren Teil des Substrats 230 bildet, wird maskiert, um die versenkte Schicht 390 zu definieren. Es wird ein n-Dotiermittel implantiert, um die versenkte Schicht zu bilden.
Auf das Substrat 520 wird eine n-Schicht 530 epitaktisch aufgewachsen, um den oberen Teil des Substrats 230 zu bilden. Die Feldoxidbereiche 386 werden in der epitaktischen. Schicht 530 ausgebildet. Die versenkte n+-Schicht erstreckt sich teilweise in die epitaktische Schicht infolge der Ausdiffusion von Dotiermittel.
Ein n-Dotiermittel wird in den Entnahmebereichen 394 implantiert. Dann wird eine Polysiliziumschicht 260 abge schieden und durch ein p-Dotiermittel dotiert. Das p-Dotiermittel diffundiert in die epitaktische Schicht 530 aus und wandelt den Bereich 220 der epitaktischen Schicht in den p-Leitfähigkeitstyp. Zusätzlich werden p- und n-Fremdatome selektiv in die Polysiliziumschicht eingeleitet, so daß das Polysilizium am Ort der zusammenhängenden leitfähigen Schicht 250 und den Kollektorkontaktbereichen 140 mit n+ dotiert wird und das Polysilizium am Ort des Basiskontaktbereiches mit p+ dotiert wird. Die Polysiliziumschicht 260 wird dann maskiert und geätzt, um die zusammenhängende leitfähige Schicht 250, den Basiskontaktbereich 160 und die Kollektorkontaktbereiche 140 zu definieren.
Die Fremdatome aus der Polysiliziumschicht 260 diffundieren in die epitaktische Schicht 530 aus, um einen n+ -Emitterbereich 370 zu bilden und die p-Fremdatomkonzentration in dem Basisbereich 220 in der Nähe des Basiskontaktbereiches zu erhöhen. Das Überätzen der Polysiliziumschicht 260 wird gesteuert, um größer als die Tiefe des Emitterbereiches 370 zu sein, um die Emitter-Basis-Kapazität zu verringern. Bei einer Ausführungsform ist die Tiefe des Bereiches 370 ungefähr 500 Å, während das Polysilizium ausgehend von der Oberfläche der epitaktischen Schicht 530 um ungefähr 1200 Å überätzt wird.
Zusätzlich wird in die extrinsische Basis (das heißt den Basisteil, der nicht vom Emitter abgedeckt ist) p-Fremdatom eingeleitet. Um den Emitter werden Siliziumdioxidabstandsstücke 376 ausgebildet. Das Metallsilizid 240, das Siliziumdioxid 396, die Kontaktöffnungen 180, 170 und 174 und die darüber liegenden Metallschichten (nicht dargestellt) werden dann, wie beispielsweise in der vorstehend genannten US-PS 5,139,961 (Solheim u. a.) beschrieben, ausgebildet.
Obwohl die Erfindung anhand der Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, erläutert worden ist, liegen andere Ausführungsformen und Variationen, die hier nicht beschrieben sind, innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung. Die Erfindung ist nicht durch die Anzahl und besondere Form der Emitter begrenzt. Bei einigen Ausführungsformen sind beispielsweise einer oder mehrere Emitter T-förmig. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen die Teile 120-1-2 in Fig. 2 sich sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn, ausgehend vom Teil 120-1-1, erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Teil 120-1-1 in Richtung auf den Basismittelpunkt über den Teil 120-1-2 hinaus. Weiterhin umgeben in einigen Ausführungsformen ein Kollektorkontaktbereich und ein Entnahmebereich vollständig die Basis und den Kollektor. Die Erfindung deckt auch pnp-Transistoren ab, die durch Umkehren der Leitfähigkeitstypen in den npn-Transistoren erhalten werden. Es sind auch pnip- und npin-Transistoren abgedeckt. Die Erfindung ist nicht auf die bestimmten Materialien begrenzt. Die Erfindung deckt auch Nicht-Silizium-Vorrichtungen ab, die beispielsweise Germanium- und Galliumarsenid- Vorrichtungen umfassen. Die Erfindung ist nicht auf die Kristallstruktur der Materialien begrenzt. Andere Ausführungsformen und Variationen liegen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, wie er durch die folgenden Patentansprüche definiert ist.

Claims

1. Transistorvorrichtung mit Halbleiterbereichen abwechselnden Leitfähigkeitstyps zur Bildung von Kollektor-(382), Basis-(220) und Emitter-Bereichen (260), wobei der Basisbereich über dem Kollektorbereich liegt und diesen kontaktiert und der Emitterbereich über zumindest einem Teil des Basisbereichs und der äußeren Begrenzung (130B) des Basisbereichs liegt und diesen kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter einen ersten Teil (120-1-1) aufweist, der sich nach innen über die Basis von der äußeren Begrenzung erstreckt, und einen zweiten Teil (120-1-2), der sich in einem seitlichen Winkel mit Bezug auf den ersten Teil erstreckt und nicht mit der äußeren Begrenzung in Kontakt steht.

2. Transistorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Anzahl von Emitterbereichen (120-n) vorhanden ist mit jeweils einem jeweiligen ersten Teil, der sich nach innen über die Basis von der äußeren Begrenzung erstreckt, und einem jeweiligen zweiten Teil, der sich in einem seitlichen Winkel mit Bezug auf seinen jeweiligen ersten Teil erstreckt.

3. Transistorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Basis, in Aufsicht, im wesentlichen kreisförmig oder polygon mit zumindest fünf Seiten ist.

4. Transistorvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die oder der erste Teil sich im wesentlichen radial nach innen von der Begrenzung aus erstreckt und der zweite Teil sich von dem radial inneren Ende des ersten Teils erstreckt.

5. Transistorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

bei der die oder der Emitterbereich im wesentlichen L-förmig ist.

6. Transistorvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Emitterbereiche elektrisch parallel durch eine benachbarte leitende Schicht (250) verbunden sind.

7. Transistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kollektor in einem Halbleitersubstrat (230) gebildet ist, das eine obere Fläche aufweist, wobei das Substrat einen leitfähigen Bereich (394-1) aufweist, der den Kollektor mit der oberen Fläche des Substrats derart verbindet, daß zumindest ein Teil des leitfähigen Bereichs im wesentlichen seitlich den Kollektor umgibt.

8. Transistor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kollektor in einem Halbleitersubstrat (230) gebildet ist, das eine obere Fläche aufweist, und wobei das Substrat einen leitfähigen Bereich aufweist, der den Kollektor mit der oberen Fläche des Substrats derart verbindet, daß zumindest ein Teil des leitfähigen Bereichs (394- 3) lateral von dem Kollektor umgeben ist.

9. Verfahren der Herstellung eines Transistors, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Ausbilden eines Kollektors,

Ausbilden einer über dem Kollektor liegenden Basis und

Ausbilden eines Emitterbereichs, der zumindest über einem Teil der Basis und einer äußeren Begrenzung der Basis liegt,

wobei der Emitterbereich einen ersten Teil aufweist, der sich in Aufsicht von der äußeren Begrenzung der Basis nach innen erstreckt, und

einen zweiten Teil, der in Aufsicht sich in einem seitlichen Winkel zum ersten Teil erstreckt und nicht in Kontakt mit der äußeren Begrenzung steht.