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Zwei Ausführungsformen derartiger Bipolartransistoren sind in der US-Patentschrif 5,962,879 offenbart, die im folgenden im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen npn Si/SiGe Bipolartransistor mit selbst-justiertem Kollektor-Basis-Übergang. In ein p-dotiertes Siliziumsubstrat 1-1 wurde durch Implantation eine vergrabene n+-Schicht 1-2 erzeugt. Die isolierende Schicht 1-3, die Polysiliziumschicht 1-4 und eine weitere isolierende Schicht 1-5 sind über der vergrabenen n+-Schicht geöffnet, um dort Kollektor 1-6, Basis 1-7 und Emitter 1-8 durch selektive Epitaxie, bevorzugt in einem Prozeßschritt, aufzuwachsen .
Während des AufWachsens der Schichten 1-6, 1-7 und 1-8 in dem geöffneten Bereich bilden sich jedoch an der Seitenwand der Polysiliziumschicht 1-4 ungewollt dünne polykristalline oder amorphe Siliziumschichten 1-6-1, 1-7-1 und 1-8-1, die wie in Fig. 1 gezeigt auch in die Bereich von Emitter und Kollektor hineinreichen können. Diese ungewollten Schichten können einen Kurzschluß zwischen Emitter und Kollektor verursachen, was den Transistor unbrauchbar mach .
Fig. 2 zeigt einen weiteren Bipolartransistor nach Stand der Technik, bei dem der oben beschriebene Nachteil der Kurz- schlußbildung umgangen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Polysiliziumschicht, welche den Anschluß der Basis gewährleistet, durch eine Seitenwandisolation räumlich von dem Basis/Kollektor-Bereich abgetrennt und die Basis nicht durch eine selektive sondern durch eine ganzflächige Abscheidung erzeugt wird. Dementsprechend entstehen keine polykristallinen oder amorphen Siliziumschichten im Bereich der Basis, so daß ein Kurzschluß zwischen Emitter und Kollektor verhindert wird.
Zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Bipolartransistors wird ein p-Siliziumsubstrat 2-1 mit einer vergrabenen n+-
Schicht 2-2 bereitgestellt. Eine Oxidschicht 2-3, eine p+- Polysiliziumschicht 2-4 und ein weiteres Zwischenoxid (nicht gezeigt) werden auf das Substrat aufgebracht und mittels eines photolithographischen Verfahrens im Bereich des aktiven Transistorbereiches bis zur Oxidschicht 2-3 geöffnet. Anschließend wird die Wand des geöffneten Bereichs durch einen ersten Oxidspacer 2-6 und einem zweiten Nitridspacer 2-7 abgedeckt. Dann wird auch das Oxid 2-3 geöffnet und das Zwischenoxid auf der Polysiliziumschicht 2-4 soweit geätzt, daß es dieselbe Dicke wie das Oxid 2-3 hat. Es folgt ein erster selektiver Epitaxieschritt, mit dem eine monokristalline Siliziumschicht, die den Kollektor 2-8 darstellt, auf das geöffnete Silizium aufgewachsen wird.
Nach der Erzeugung des Kollektors 2-8 wird das Zwischenoxid auf der Polysiliziumschicht 2-4 weggeätzt. Auch der Nitrid- Spacer 2-7 wird an der Oberkante soweit abgeätzt, bis er die Höhe der Oberkante der Polysiliziumschicht 2-4 erreicht. Danach wird die Basis monokristallin auf den Kollektor aufgewachsen, wobei die Basis in dieser Ausführung aus den monokristallinen Schichten Silizium 2-9, nichtdotiertem SiGe 2- 10, p-dotiertem SiGe 2-11 und wieder Silizium 2-12 besteht. Die Schichten 2-10,2-11 und 2-12 können aber auch aus p- dotiertem Silizium bestehen, die während des Aufwachsprozes- ses dotiert werden. Das Aufwachsen der Basis geschieht ganz- flächig und nicht selektiv, d.h. die Schichten überdecken den Kollektor und die Polysiliziumschicht 2-4, über welche die Basis nach außen kontaktiert wird.
Im weiteren wird auf die Siliziumschicht 2-12 eine Metall oder Silicide-Schicht 2-13 aufgebracht, um den Leitungswiderstand zu der Basis zu reduzieren, und zusammen mit den Basisschichten 2-9, 2-10, 2-11 und 2-12 strukturiert. Dann folgt eine weitere Oxidschicht 2-14 und die Erzeugung einer Öffnung mit den Spacern 2-15. In der Öffnung wird der Emitter 2-16 erzeugt, d.h. Silizium, das in-situ dotiert wird, wird selektiv und monokristallin auf die Basis aufgewachsen. Um den
Prozeß abzuschließen werden noch die Polysiliziumschicht 2- 17, die den Emitter kontaktiert, eine Passivierungschicht 2- 18 aufgebracht und die intermetallischen Verbindungen 2-19 zu Basis und Kollektor und Emitter erzeugt.
Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß Kollektor, Basis und Emitter in separaten Epitaxieschritten aufgebracht werden müssen, was prozeßtechnisch sehr aufwendig und daher sehr teuer ist. Weiterhin ist auch die Erzeugung der verschiedenen Spacer 2-6, 2-7 und 2-15 sehr aufwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors anzugeben, das die oben gezeigten Schwierigkeiten nicht oder nur vermindert aufweist und mit dem die Anzahl der Prozeßschritte möglichst gering gehalten oder sogar zu reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird von dem Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors gemäß der unabhängigen Patentansprüche 1, 6 sowie 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist :
a) ein Halbleitersubstrat mit einem leitenden Gebiet wird bereitgestellt,
b) zumindest eine erste isolierende Schicht, zumindest eine leitende Schicht und zumindest eine zweite isolierende Schicht werden nacheinander auf das Halbleitersubstrat aufgebracht ,
c) eine Maske wird aufgebracht,
d) eine im wesentlichen anisotrope Ätzung der zweiten isolierenden Schicht, eine im wesentlichen isotrope Ätzung der leitenden Schicht und eine im wesentlichen anisotrope Ätzung der ersten isolierenden Schicht wird durchgeführt, so daß eine Öffnung zu dem leitenden Gebiet erzeugt wird,
e) ein Kollektor und eine Basis, welche mit der leitenden Schicht verbunden ist, werden durch selektive Epitaxie in der Öffnung erzeugt, und
f) ein Emitter wird erzeugt.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist :
a) ein Halbleitersubstrat mit einem leitenden Gebiet wird bereitgestellt,
b) zumindest eine erste isolierende Schicht, zumindest eine leitende Schicht und zumindest eine zweite isolierende Schicht werden nacheinander auf das Halbleitersubstrat aufgebracht ,
c) eine Maske wird aufgebracht,
d) eine im wesentlichen anisotrope Ätzung der zweiten isolierenden Schicht und der leitenden Schicht wird durchgeführt,
e) eine thermische Oxidation der Seitenwand der leitenden Schicht wird durchgeführt, so daß an der Seitenwand der leitenden Schicht eine Oxidschicht erzeugt wird,
f) eine im wesentlichen anisotrope Ätzung der ersten isolierenden Schicht wird durchgeführt, so daß eine Öffnung zu dem leitenden Gebiet erzeugt wird,
g) ein Kollektor wird durch selektive Epitaxie in der Öffnung erzeugt,
h) die Oxidschicht an der Seitenwand der leitenden Schicht wird abgeätzt,
i) eine Basis, welche mit der leitenden Schicht verbunden ist, wird durch selektive Epitaxie in der Öffnung erzeugt, und
j) ein Emitter wird erzeugt.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist :
a) ein Halbleitersubstrat mit einem leitenden Gebiet wird bereitgestellt ,
b) zumindest eine erste isolierende Schicht, zumindest eine leitende Schicht und zumindest eine zweite isolierende Schicht werden nacheinander auf das Halbleitersubstrat aufgebracht ,
c) eine Maske wird aufgebracht,
d) eine anisotrope Ätzung der zweiten isolierenden Schicht und der leitenden Schicht wird durchgeführt,
e) eine thermische Oxidation der Seitenwand der leitenden Schicht wird durchgeführt, so daß an der Seitenwand der leitenden Schicht eine Oxidschicht erzeugt wird,
f) eine anisotrope Ätzung der ersten isolierenden Schicht wird durchgeführt, so daß eine Öffnung zu dem leitenden Gebiet erzeugt wird,
g) die Oxidschicht an der Seitenwand der leitenden Schicht wird abgeätzt,
h) ein Kollektor und eine Basis, welche mit der leitenden Schicht verbunden ist, werden durch selektive Epitaxie in der Öffnung erzeugt, und
i) ein Emitter wird erzeugt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl für die Herstellung von npn-Transistoren als auch von pnp-Transistoren verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Verfahren besitzen den Vorteil, daß durch die isotrope Ätzung der leitenden Schicht bzw. die Oxidation der leitenden Schicht und anschießende Entfernung der Oxidschicht der Bereich der Basis verbreitert wird, so daß bei der nachfolgenden Erzeugung der Basis keine Kurzschlüsse zwischen Emitter und Kollektor auftreten können. In dieser Hinsicht besitzen die erfindungsgemäßen Verfahren den gleichen Vorteil wie das in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Verfahren. Jedoch wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren dieser Vorteil mit Hilfe eines wesentlich einfacheren und damit kostengünstigeren Verfahrensablauf erzielt .
Bevorzugt ist das leitende Gebiet eine implantierte Schicht, die auch vergrabene Schicht genannt wird. Das leitende Gebiet dient dazu, eine möglichst niederohmige leitende Verbindung zwischen dem Kollektor und dem seitlich versetzten Kollektor- Kontaktloch herzustellen.
Die erste isolierende Schicht, die leitende Schicht und die zweite isolierende Schicht dienen als zu strukturierendes Maskenmaterial für die Platzierung des Transistors auf das
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rial , das durch den selektiven Epitaxieschritt zur Erzeugung des Kollektors sich dort ablagert, nicht in den aktiven Bereich der Basis hineinreicht. Ist z.B. die leitende Schicht eine Polysiliziumschicht, so lagert sich das Silizium samt dem Dotierungsmaterial polykristallin an der Seitenwnad der Polysiliziumschicht ab. Würde dieses Material in den aktiven Basisbereich hineinreichen, so würden dort Leckstromregionen oder sogar ein Kurzschluß zwischen Basis und Kollektor wie im Fall von Fig. 1 entstehen.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Seitenwand der leitenden Schicht anschließend oxidiert oder mit einer Oxidschicht versehen. Diese Oxidation verhindert, daß sich das beim epitaktischen Wachsen des Kollektors angebotene Silizium samt seinem Dotierungsmaterial an der Wandfläche der Polysiliziumschicht ablagert. Später wird die Oxidation mit den aufgewachsenen Materialien wieder entfernt.
Durch selektive Epitaxie werden erst der Kollektor und dann die Basis in der Öffnung erzeugt. Die Kollektorschicht ist dabei so dick zu wählen, daß sie nicht in den Bereich der leitenden Schicht reicht. Die Schichtdicke der Basis ist so zu wählen, daß ihre Seitenwand die Seitenwand der leitenden Schicht überdeckt .
Ist die Seitenwand der leitenden Schicht nicht oxidiert oder mit Oxid beschichtet worden, so werden Kollektor- und Basisschicht bevorzugt in einem Prozeßschritt hergestellt, wobei das Dotierungsprofil von Kollektor und Basis bevorzugt während des Aufwachsens, in-situ, eingestellt wird. Dieses Verfahren läßt die Herstellung komplexer Dotierungsprofile zu, die auf diese Weise für verschiedene Anwendungen und Spezifikationen problemlos optimiert und eingestellt werden können. Weiterhin reduziert dieses Verfahren die Anzahl der Prozeßschritte und damit die Fehleranfälligkeit und Kosten.
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bei diesem Prozeß sich ablagernde Silizium und seine Dotierung aufzunehmen und es nicht zum dem aktiven Bereich der Basis reichen zu lassen. Weiterhin läßt sich durch eine Oxidation und anschließende Entfernung der Oxidschicht die Öffnung in der leitenden Schicht häufig genauer und reproduzierbarer einstellen als dies durch eine einfache Ätzung der leitenden Schicht möglich ist.
Wird die Oxidschicht erst nach der Erzeugung des Kollektors wieder entfernt, so schützt die Oxidschicht die leitende Schicht vor der Ablagerung während der Erzeugung des Kollektors . Wird die Oxidschicht vor der Erzeugung des Kollektors wieder entfernt, so können Kollektor und Basis durch eine gemeinsame selektive Epitaxie erzeugt werden. Dabei kann die Oxidschicht kann bereits entfernt werden bevor die erste isolierende Schicht geöffnet wird.
Bevorzugt wird das Verfahren angewandt auf ein Halbleitersubstrat, das keine Epitaxieschicht aufweist. Dies erspart Kosten und Zeit, da das Aufbringen von Epitaxieschichten aufwendig ist. Da im erfindungsgemäßen Verfahren der Kollektor epitaktisch in isolierenden Schichten eingebettet ist, sind vergrabene Schicht und Basis durch mindestens die Dicke der ersten isolierenden Schicht voneinander räumlich getrennt.
Die Einbettung des Kollektors in die isolierende Schicht reduziert ferner die Randkapazitäten zwischen Basis und Kollektor. Durch die geeignete Wahl des Materials mit niedriger Dielektrizitätskonstante können die Randkapazität weiter reduziert werden. Bevorzugt umfaßt die erste isolierende Schicht ein Siliziumoxid und eine darauf aufliegende Siliziumnitridschicht .
Bevorzugt wird nach Aufbringung der Basis ein Temperaturschritt durchgeführt, mit dem das Dotierungsmaterial der leitenden Schicht, die bevorzugt hochdotiertes Polysilizium ist, in den seitlichen Bereich der Basis diffundieren. Der seitli-
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Die Erfindung und zwei Ausführungen nach Stand der Technik sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt :
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Bipolartransistors nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Bipolartransistors nach dem Stand der Technik,
Fig. 3a- 3e ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors
Fig. 4a-4b ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors.
Fig. 5a- 5b ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors.
Fig. 3a bis Fig. 3e zeigen eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines npn- Bipolartransistors .
Fig. 3a zeigt ein Halbleitersubstrat 1 aus p-dotiertem Silizium mit einer vergrabenen Schicht 2, die mit n-dotiertem Material implantiert ist, sowie mit einer thermischen Oxidschicht 3 und einer darauf liegenden Nitridschicht 4. Thermische Oxidschicht 3 und Nitridschicht 4 stellen zusammen eine erste isolierende Schicht dar. Die Dicke der Oxidschicht 3 und der Nitridschicht 4 zusammen ist so gewählt, daß sie gleich oder größer ist als die Dicke der noch zu erzeugenden Kollektorschich .
Im folgenden wird eine Polysiliziumschicht 5 auf die Nitridschicht abgeschieden und mit p-dotierendem Material implantiert, so daß sich eine leitende Schicht bildet. Auf die Polysiliziumschicht 5 wird dann eine Oxidschicht 6 abgeschie-
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erzeugt werden. In diesem Fall wird erst der Kollektor 12 durch ein selektives Epitaxieverfahren aufgewachsen, dann die Oxidschicht geätzt und dann erst die Basis 13 aufgewachsen. Die Oxidschicht bewirkt, daß sich während der Erzeugung des Kollektors 12 das Silizium nicht auf dem Polysilizium ablagern kann. Nach Aufbringung von Kollektor 12 und Basis 13 kann optional ein Spacer 15 auf die Basis aufgebracht werden. Die sich daraus ergebende Situation ist in Figur 3c gezeigt.
Anschließend wird das Polysilizium für den Emitter 20 aufgebracht und so strukturiert, daß es den aktiven Basisbereich 13b abdeckt. Anstatt einer Polysiliziumabscheidung kann zur Erzeugung des Emitters auch eine weitere selektive Epitaxie durchgeführt werden. Es folgen weitere Prozeßschritte nach Stand der Technik, die dazu dienen, ein Kontaktloch 30 auf die vergrabene Schicht 2 für eine Anschluß des Kollektors 12, ein Kontaktloch 31 auf die Polysiliziumschicht 5 für den Anschluß der Basis 13 und ein Kontaktloch 32 auf das Polysilizium 20 für den Anschluß des Emitters zu erzeugen. Die sich daraus ergebende Situation ist in Figur 3d gezeigt.
Fig. 4a und 4b zeigen zwei Schritte eines zweiten erfindungs- gemäßen Verfahrens, die von dem in den Figuren 3a bis 3e dargelegten Verfahren abweichen. Die ersten Schritte des zweitens erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Fig. 3a zu entnehmen. Anschließend werden eine thermische Oxidschicht oder eine Oxidabscheidung 3, eine Nitridschicht 4, eine Polysiliziumschicht 5 (samt p- Implantation) und eine Oxidschicht 6 wie in der vorhergehenden Ausführung auf das Substrat aufgebracht. Es folgt die Erzeugung der Maske 7, dann die anisotrope Ätzung von Oxidschicht 6 und Polysiliziumschicht 5 die so strukturiert wird wie in der vorhergehenden Ausführung. Abweichend von der vorhergehenden Ausführung findet dann eine Oxidation 50 an der Seitenwand der Polysiliziumschicht 5 statt, die sich zu einem Teil in das Polysilizium hineinfrißt. Die Oxidschicht 50 schützt das p-dotierte Polysilizium vor dem Material, das sich bei der folgenden selek-
tiven Epitaxie zur Erzeugung des Kollektors 12 dort ablagern würde .
Danach wird der Kollektor 12 aus einem monokristallineme Silizium mit n-Dotierungsmaterial mittels selektiver Epitaxie erzeugt. Es folgt die Entfernung der Oxidschicht 50, so daß die p-dotierte Polysiliziumschicht 5 an der Seitenwand wieder freiliegt. Gleichzeitig ist dadurch ein Raum für den seitlichen Basisbereich 13a geschaffen worden, in dem der Übergang vom p-dotierten Polysilizium zum monokristallinen Silizium im Bereich der aktiven Basis 13b stattfinden kann.
Nun wird mittels selektiver Epitaxie die Basis erzeugt, die sich aus dem seitlichen Basisbereich 13a und dem aktiven Basisbereich 13b zusammensetzt (Fig. 4b) . Die Dicke der Basisschicht ist bevorzugt dicker als die Dicke der Polysiliziumschicht und zwar so, daß sie die Polysiliziumschicht 5 vollständig abdeckt. Die folgenden Schritte zur Erzeugung des npn-Bipolartransistors sind dann wie in 3d und 3e.
Fig. 5a und 5b zeigen zwei Schritte eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens, die ebenfalls von dem in den Figuren 3a bis 3e dargelegten Verfahren abweichen. Die ersten Schritte dieses weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Fig. 3a zu entnehmen. Anschließend werden eine thermische Oxidschicht oder eine Oxidabscheidung 3, eine Nitridschicht 4, eine Polysiliziumschicht 5 (samt p- Implantation) und eine Oxidschicht 6 wie in der vorhergehenden Ausführung auf das Substrat aufgebracht. Es folgt die Erzeugung der Maske 7, dann die anisotrope Ätzung von Oxidschicht 6 und Polysiliziumschicht 5 die so strukturiert wird wie in der vorhergehenden Ausführung. Wie bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung findet dann eine Oxidation an der Seitenwand der Polysiliziumschicht 5 statt, die sich zu einem Teil in das Polysilizium hineinfrißt.
Im folgenden wird die Oxidschicht der Seitenwand der Polysiliziumschicht 5 nun vor der Erzeugung des Kollektors bzw. vor der Ätzung der Nitridschicht 4 selektiv zu dem Polysilzium der leitenden Schicht 5 entfernt. Anschließend werden die Nitridschicht 4 und die Oxidschicht 3 geöffnet, so daß sich die in Fig. 5a gezeigte Situation ergibt.
Da auf diese Weise die Oxidschicht an der Seitenwand der Polysiliziumschicht 5 bereits entfernt ist, können nun Kollektor 12 und Basis 13 entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Schritt epitaktisch erzeugt werden. Die sich daraus ergebende Situation ist in Fig. 5b gezeigt. Die folgenden Schritte zur Erzeugung des npn- Bipolartransistors sind dann wiederum wie im Zusammenhang mit den Figuren 3d und 3e beschrieben.