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Die Erfindung betrifft die Herstellung
einer Halbleiterschaltung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
eines integrierten Schaltungsaufbaus mit komplementären Bipolartransistoren,
wobei anfänglich
eine undotierte erste polykristalline Halbleiterschicht Verwendung
findet, die einen Diffusionskoeffizient für die Störstellen von zumindest um eine Größenordnung
höheren
Wert als der eines einfachen kristallinen Materials hat. Dadurch
soll eine flächige
seitliche Ausdehnung der basisformierenden Störstellen zur Diffusion bis
an die Eckbereiche eines darunter liegenden inneren Basisbereichs
erleichtert werden und zwar in einen Oberflächenbereich, von welchem die
Emitter-Störstellen
von einer zweiten polykristallinen Halbleiterschicht ausdiffundiert
werden.
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Da bei der Herstellung komplementärer doppelter
Mehrfach-Bipolartransistoren üblicherweise zwei
separate Dotiermasken für
den Emitter und zwei hochdotierte Emitterimplantate zusätzlich zu
zwei äußeren Basisdotiermasken
verwendet, sowie zwei hochdotierte äußere Basisimplantate benutzt
werden, sind die Kosten und der Zeitzyklus unerwünscht hoch.
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Ein Vorschlag zur Reduzierung der
Komplexität
solcher Masken wie sie in der US-PS-5175607 offenbart sind, benötigen nur
zwei Implantate zur Dotierung der polykristallinen Basis und Emitter
für beide
Polaritäten
der Transistoren. Einen Schnitt durch die Architektur im Zustand
der Emitterformation durch dieses Verfahren (entsprechend 3L der US-PS-5175607) ist
schematisch in 1 dargestellt.
Daraus ist zu entnehmen daß die
NPN-Anordnung 1 einen herkömmlichen doppelten polykristallinen
Transistoraufbau hat, bei welchem die Emitterschicht 13 sich
seitlich über
die Basis-Kontaktschicht 11 erstreckt. Diese Erstreckung
der polykristallinen Emitterschicht ermöglicht, daß der obere Bereich der Emitterschicht 13 breiter
als die Breite des Spaltes in der Basiskontaktschicht 11 ist,
durch welchen die Basis kontaktiert wird und welche die Breite des
Emitterübergangs
definiert (der für
eine möglichst
hohe Frequenzleistung gering sein soll). Die obere Breite kann so
groß wie
benötigt
gemacht werden, um den Emitterkontakt zu erstellen (wobei das Kontaktmetall 19 auf
der polykrisallinen Emitterschicht 13 liegt) und ermöglicht Ausrichtungstoleranzen
unabhängig
von der schmalen Öffnung
in der polykristallinen Basisschicht, wodurch die Leistungsfähigkeit
für hohe
Frequenzen verbessert wird.
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Die PNP-Anordnung gemäß 1 hat keine konventionelle
doppelte polykristalline Struktur. Bei dieser PNP-Anordnung wird
die polykristalline Emitterschicht 15 auf der Oberfläche der
Basis vor der Ausbildung der polykristallinen Basiskontaktschicht 17 erstellt.
Die Breite des Emitters wird durch die Breite des polykristallinen
Emitterstreifens bestimmt. Dieser Streifen wird mit vertikalen Seitenwänden ausgebildet,
um die Ausbildung von seitlichen Zwischenräumen 16 zu ermöglichen,
welche die polykristalline Emitterschicht 15 und die polykristalline Basis-Kontaktschicht 17 voneinander
trennen. Die polykristalline Basisschicht 17 wird niedergeschlagen und
ausgeformt, nachdem die Zwischenräume hergestellt wurden.
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Als Ergebnis dieser Struktur ist
der Emitterkontakt notwendigerweise schmamer als der Emitterübergang
(dessen Breite durch die Breite des Kontaktes zwischen der polykristallinen
Emitterschicht 15 und dem Inselbereich definiert ist, da
die Emitterdotierung von der polykristallinen Emitterschicht 15 in die
Basis diffundiert nachdem die polykristalline Emitterschicht ausgeformt
worden ist). Dies ist der Fall, wenn der Emitterkontakt unmittelbar über dem
Emitter ausgebildet wird, wie in 1 dargestellt.
Ein breiterer als der gewünschte
Emitter kann erforderlich sein, um den schmalsten Emitterkontakt
anzupassen, welcher in diesem Fall erstellt werden kann.
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In der diagrammatischen Darstellung
gemäß 1A kann ein breiter Kontakt,
wie mit dem Bezugszeichen 14 angedeutet, verwendet werden, wenn
er auf einem entfernt liegenden Teil der nicht mit der Basis in
Verbindung stehenden polykristallinen Emitterschicht 15 ausgebildet
wird. Der Nachteil eines solchen entfernt angeordneten Kontaktes
besteht darin, daß der
Emitterstrom seitlich durch die polykristalline Emitterschicht 15 vom
Emitterkontakt 14 zum Emitter fließen muss, wodurch sich ein
höherer
Emitterwiderstand ergibt, der die Funktionsweise verschlechert.
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Desweiteren werden bei einem herkömmlichen
Verfahren für
einen doppelten polykristallinen Transistoraufbau der Basiskontakt
und die äußere Basis
vor der Ausbildung des Emitters dotiert, wobei die Basis durch Ausdiffundieren
aus dem polykristallinen Basiskontakt dotiert wird. Dieses Auftreten
der Basisbahndotierung während
der Mehrfachausbildung des Emitters begrenzt den Anteil der Hochtemperaturbehandlung,
die bei der Emitterausbildung und dem Dotierungsprozess benutzt
werden kann, da die äußere Basis
während
der Emitterbearbeitung vertikal und seitlich in den Kollektor diffundiert.
Diese Begrenzung ist besonders hinderlich für eine flache Basis, schmale
Emitterstrukturen wie sie für
Hochfrequenzelemente Verwendung finden.
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Es wird auch auf ein zum Stand der
Technik gehörendes
Dokument EP-A-0170250
hingewiesen, welches einen bipolaren Transistor offenbart, der einen
Kollelaorbereich auf dem Siliziumsubstrat hat, einen Basisbereich
und einen Emitterbereich, die sich durch Selbstausrichtung in dem
Kollektorbereich ausbilden, sowie eine mehrfach leitende Schicht,
die in Verbindung mit dem Basisbereich erstellt wird. Der Basisbereich
hat jeweils erste und zweite Bereiche mit hoher und niederer Sturstellenkonzentration.
Der erste Bereich ist mit Störstellen
dotiert, welche die leitende Mehrfachschicht als Diffusionsguelle
benutzen. Der zweite Bereich ist mit Störstellen dotiert, in dem eine
isolierende Schicht auf der inneren Oberfläche einer Öffnung in der leitenden Mehrfachschicht Verwendung
findet und die leitende Schicht als Maske benutzt wird. Die leitende
Mehrfachschicht besteht aus einem polykristallinen Siliziumfilm,
der auf dem ersten Bereich ausgebildet ist, und einer metallischen
Silizidschicht, welche auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilmes
liegt.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
ist die Vermeidung der Nachteile bekannter Verfahren durch Herstellungsverfahren,
welche die schnelle seitliche Diffusionscharakteristik einer Materialschicht
verwendet, die zumindest für
das Emitterdotierungsmittel um eine Größenordnung höher als,
für einfaches
Halbleiterkristallmaterial ist. Ein fundamentales Merkmal der Erfindung
ist, daß sowohl
die polykristalline Basis- als auch die Ermitterschicht undotiert
ausgebildet wird. Darauf wird die Emitterschicht der einen Anordnung
und die Kanten der Basisschicht der anderen Anordnung durch eine
Dotierungsmaske frei gelegt und gleichzeitig dotiert, vorzugsweise
durch Implantation.
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Das Emitterdotierungsmittel dringt
direkt in die Oberfläche
der polykristallinen Emitterschicht ein, wo es über und in Kontakt mit der
Basis wie in einem herkömmlichen
Verfahren liegt. Das Basisdotierungsmittel dringt in die Kanten
der polykristallinen Basisschicht ein, einschließlich der Materialschichten mit
einem hohem Diffusionskoeffizient und diffundiert rasch in seitliche
Richtung durch diese Schicht, um dann in die Oberfläche des
Kollektormaterials (d. h. die Inseln) einzudiffundieren, um die
Basisbahndotierung zu bewirken. Eine zweite Maske wird benutzt, um
den Emitter der zweiten Anordnung und die Kanten der polykristallinen
Basisschicht der ersten Anordnung frei zu legen. Jede dieser Einrichtungen
wird dann mit dem zweiten Störstellentyp
durch die zweite Maske dotiert.
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Die Verwendung einer Schicht mit
hohem Diffusionskoeffizient für
den Basiskontakt ermöglicht dem
Basis-Dotierungsmittel sich von der Kante des Kontaktes seitlich
in den Bereich auszubreiten, wo die polykristalline Basisschicht
mit dem Kollektor in Berührung
steht. Dies erfolgt mit demselben Diffusionszyklus, der für den Emitter
benutzt wird. Ohne diese Maßnahme
während
der Emitterdiffusion würde
das Dotierungsmittel nicht über
die seitliche Distanz hinweg reichen, welche etwa zehn mal der Dicke der
Emitterschicht entspricht. Daraus resultiert, daß keine Basisbahndotierung
stattfinden würde
und der Transistor nicht richtig funktioniert.
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Die Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung eines integrierten Schaltungsaufbaus mit komplementären Bipolartransistoren,
das die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte aufweist:
- (a) Liefern eines Halbleitersubstrats mit einem ersten
Kollektorbereich einer ersten Leitfähigkeitsart, das in einem ersten
Teil davon gebildet ist und einem zweiten Kollektorbereich, einer
zweiten Leitfähigkeitsart
entgegengesetzt der ersten Leitfähigkeitsart,
das in einem zweiten Teil gebildet ist;
- (b) wahlweises Bilden einer ersten Schicht auf den ersten und
zweiten Teilen des Halbleitersubstrats, um einen ersten Oberflächenbereich
des ersten Teils des Halbleitersubstrats durch eine erste Öffnung durch
die erste Schicht freigelegt zu lassen, und so um einen zweiten
Oberflächenbereich
des zweiten Teils des Halbleitersubstrats durch eine zweite Öffnung durch
die erste Schicht freigelegt zu lassen, wobei die erste Schicht
nicht dotiert ist und aus einem Material mit einem Diffusionskoeffizienten
für Dotiersubstanzverunreinigungen
besteht, der wenigstens eine Größenordnung
höher als
der des Halbleitersubstrats für
die Dotiersubstanzverunreinigungen ist;
- (c) Bilden eines ersten Basisbereichs der zweiten Leitfähigkeitsart
in dem ersten Ober flächenbereich
des ersten Kollektorbereichs des ersten Teils des Halbleitersubstrats
und eines zweiten Basisbereichs der ersten Leitfähigkeitsart in dem zweiten
Oherflächenbereich
des zweiten Kollektorbereichs des zweiten Teils des Halbleitersubstrats;
- (d) Bilden von nicht dotiertem Halbleitermaterial in der ersten Öffnung und
auf dem ersten Oberflächenbereich
des ersten Teils des Halbleitersubstrats, und in der zweiten Öffnung und
auf dem zweiten Oberflächenbereich
der zweiten Öffnung und
auf dem zweiten Oberflächenbereich
des zweiten Teils des Halbleitersubstrats;
- (e) Einführen
von Dotiersubstanzverunreinigungen der ersten Leitfähigkeitsart
in das Halbleitermaterial in die erste Öffnung und in einen ersten Teil
der ersten Schicht, und Einführen
von Dotiersubstanzverunreinigungen der zweiten Leitfähigkeitsart
in das Halbleitermaterial in die zweite Öffnung und in einen zweiten
Teil der ersten Schicht; und
- (f) Tempern der Struktur, die sich von Schritt (e) ergibt, um
zu verursachen, daß Dotiersubstanzverunreinigungen
der ersten Leitfähigkeitsart,
die in das Halbleitermaterial in die erste Öffnung eingeführt worden
sind, senkrecht hindurch diffundieren und einen ersten Emitterbereich
der ersten Leitfähigkeitsart
in Kontakt mit dem ersten Basisbereich der zweiten Leitfähigkeitsart
Bilden, und um zu verursachen, daß Dotiersubstanzverunreinigungen
der zweiten Leitfähigkeitsart,
die in das Halbleitermaterial in die zweite Öffnung eingeführt worden
sind, senkrecht hindurch zu dem zweiten Basisbereich der ersten
Leitfähigkeitsart
diffundieren, und um zu verursachen, daß Dotiersubstanzverunreinigungen
der ersten Leitfähigkeitsart,
die in den zweiten Teil der ersten Schicht eingeführt worden
sind, seitlich und senkrecht jeweils zu den zweiten und ersten Teilen
des Halbleitersubstrats hindurch diffundieren, um jeweils die zweiten
und ersten Basisbereiche zu durchdringen.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 in
einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch eine Halbleiterarchitektur
entsprechend der 3L der
US-PS-5175607;
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1A eine
schematische Darstellung in einer Draufsicht auf 1, bei der ein breiter Emitterkontakt
in einem abseits liegenden Teil der polykristallinen Emitterschicht
nicht mit der Basis in Kontakt steht;
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2A–2E Schnittdarstellungen einer
komplementären
bipolaren Transistorarchitektur für verschiedene Schritte des
Herstellungsverfahrens einer ersten Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung eines Dreischicht-Laminataufbaus (Oxyd-Silizid-Poly);
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3A–3E Schnittdarstellungen einer
komplementären
bipolaren Transistorarchitektur mit verschiedenen Schritten des
Herstellungsverfahrens für eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung unter Verwendung eines Zweischicht-Laminataufbaus (Oxyd-Silizid);
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4 eine
schematische Schnittdarstellung einer Anordnung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung, in welcher die Anordnung der polykristallinen und
Silizid-Schichten des Laminataufbaus der ersten Ausführungsform
gemäß den 2A–2E umgekehrt
sind.
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Die vorliegende Erfindung verwendet
eine schnelle seitliche Diffusionscharakteristik für eine Materialschicht,
nämlich
der Basiskontaktschicht. Die Basiskontaktschicht hat eine Diffusionscharakteristik, die
für das
Emitterdotierungsmittel zumindest um eine Größenordnung höher als
für ein
einfaches Halbleiterkristallmaterial liegt, sodass sich das Basisdouerungsmittel
vom Kantenkontakt seitlich in einen Bereich ausdehnt, wo die polykristalline
Basisschicht in Berührung
mit dem Kollektor steht, wobei derselbe Diffusionszyklus wie für den Emitter
Verwendung findet. Das Emitterdotierungsmittel wird direkt in die Emitter-Polykristallschicht
implantiert, wo sie direkt über
und in Kontakt mit der Basis steht. Eine zweite Maske wird dann
vorgesehen um den Emitter der zweiten Anordnung und die Kanten der
Basis-Polykristallschicht der ersten Anordnung freizulegen. Jede
der beiden Anordnungen wird dann im zweiten Störstellentyp durch die zweite
Maske dotiert.
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Die 2A–2E zeigen Schnitte durch
nicht begrenzende Beispiele bei einer komplementären bipolaren Transistorarchitektur,
wie sie für
ultrahohe Frequenzanwendungen benutzt wird und zwar bezüglich der
einzelnen Schritte des Herstellungsverfahrens für eine erste Ausführungsform
der Erfindung. Wie die schematische Darstellung in 2A zeigt, werden isolierte N- und P Inselbereiche 21 und 23,
in welchen entsprechende bipolare NPN- und PNP- Transistoren aufgebaut
werden und zwar in konventioneller Weise in einem Halbleitersubstrat 20 (z.
B. Silizium). Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Isolierung
(als Grenzschicht oder dielektrische Schicht) zwischen den NPN-
und PNP- Inselbereichen 21 und 23 nicht dargestellt.
In dem Substrat 20 sind Oxydtaschen 24 in der
Oberfläche
in Abständen voneinander
vorgesehen, wobei dazwischen Oberflächenbereiche 26 freigelassen
sind, in welchen die eigentlichen Basisbereiche und Machen Emitterbereiche
ausgebildet werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Zu dem Zeitpunkt, zu welchem im Herstellungsverfahren
die Basis-Polykristallschicht aufzubringen ist, wird eine vielschichtige
Laminatstruktur 30 auf der Oberfläche 25 des Substrats 20 angebracht.
Diese vielschichtige Laminatstruktur 30 besteht aus einer
ersten Schicht 31 eines nicht dotierten polykristallinen
Siliziums (oder einer Polykristallschicht), die direkt auf der Oberfläche 25 des
Substrats 20 liegt. Diese polykristalline Schicht 31 kann
mit Hilfe einer chemischen Niederdruckaufdampfung (LPCVD) bis zu
einer Dicke in der Größenordnung von
2 × 10–7 m
(2000 Å)
aufgebracht werden.
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Auf der Oberseite der ersten Schicht 31 wird eine
undotierte polykristalline zweite Schicht aus einem Material 33 mit
hohem Diffusionskoeffizient, wie z. B. Wolfram-Silizid aufgebracht.
Diese Silizidschicht 33 kann durch Zerstäuben bis
zu einer Schichtdicke in der Größenordnung
von beispielsweise 2 × 10–7 m (2000 Å) aufgedampft
werden und kann zur Spannungsreduktion mit Silizium angereichert
aufgebracht werden. Mit der Bezeichnung hoher Diffusionskoeffizient
ist ein solcher angesprochen, der zumindest um eine Größenordnung
größer als
der Diffusionskoeffizient bei einem Einkristall-Silizium ist. Als
nicht beschränkendes
Beispiel können
Bor (B), Arsen (AS) und Phosphor (P) Verwendung finden, die in Wolfram-Silizid einen Diffusionskoeffizient
von etwa dem 5- bis 7-fachen über
dem eines Einkristall Silizium haben.
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Abschließend wird eine Oxydschicht 35 (Silizium)
auf der zweiten Schicht 33 aus Wolfram-Silizid angebracht.
Diese Oxydschicht 35 kann mit Hilfe einer plasmaunterstutzten
chemischen Aufdampfung aufgetragen werden und kann als Vorläufer eine
dünne Oxydschicht
umfassen, die thermisch auf das Silizid aufgetragen wurde und zwar
mit einer Dicke mit der Größenordnung
von z. B. 2 × 10–7 m
(2000 Å).
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2B zeigt
die Laminatstruktur 30 gemäß 2A, nachdem diese selektiv mit Hilfe
von z. B. einer anisotropen Ätzung
gemustert wurde und zwar bis zur Tiefe des Substrats 20,
wobei um die aktiven Basisbereiche 36, 37 herum,
Ringe 32 der Laminatstruktur stehengelassen wurden und über die
Kollektor-Kontaktoberflächen 38 und 39 die
erste polykristalline Schicht 31 normal verbleibt. Zusätzlich wird ein
Spalt
46 in der Laminatstruktur 30 über einer Oxydschicht 124 zwischen
den NPN- und PNP-Anordnungen vorgesehen. Dieser Spalt verhindert,
daß Dotierungsmittel
in einen Basiskontakt eindringt, indem durch die zusammenhängende Silizidschicht 33 dieses
Dotierungsmittel zum Basiskontakt des komplementären Transistors vom entgegengesetzten Leitungstyp
vordringt. In 2B sind
auch ein P-leitender aktiver Basisbrereich 41 und ein N-leitender aktiver
Basisbereich 42, sowie benachbarte Seitenbedeckungen 43 gezeigt,
welche in herkömmlicher Weise
durch die Öffnungen
der geätzten
Laminatstruktur ausgebildet werden.
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Anschließend daran wird eine zweite
Schicht eines undotierten polykristallinen Siliziums ohne Selektion über der
gesamten Waferoberfläche
niedergeschlagen und zwar z. B. durch eine chemische Niederdruckaufdampfung.
Dadurch werden der Spalt 46 und die Öffnungen 47, 48 ausgefüllt. Sodann
wird die undotierte polykristalline Siliziumschicht maskiert und
geätzt,
wobei z. B. eine herkömmliche
Fotoresist-Maskierung und eine Plasmaätzung Verwendung finden kann
und undotierte polykristalline Pfropfen 51 und 52 in
den Öffnungen 47 und 48 verbleiben, wie
dies beispielsweise aus 2C hervorgeht.
Optional kann eine weitere Oxydschicht welche nicht dargestellt
ist, auf der zweiten undotierten polykristallinen Schicht nach dem
Maskieren soweit gewünscht aufgebracht
werden.
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Diese Struktur wird sodann erhitzt
und zwar auf eine vorgeschriebene erhöhte Temperatur von z. B. in
der Größenordnung
von zumindest 900 C°,
um die Grenzflächen
zwischen der Basis und dem polykristallinen Emitterpfropfen vor
dem Dotieren des Emitters und der aktiven Basis zu verbessern.
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Wie aus 2D hervorgeht wird dann eine erste Fotoresistschicht 60 selektiv
auf der Struktur gemäß 2C aufgebracht,
d. h. angeordnet, belichtet und entwickelt. Dadurch wird eine erste Öffnung 61 über dem
polykristallinen Emitterpfropfen 51, eine zweite Öffnung 63 über einem
ersten Kollektorkontakt auf der polykistllinen Oxyd-Silizidschichtstruktur 65 aufgebracht,
welche mit der NPN-Transistorstruktur assoziert ist, und ferner
eine dritte Öffnung 65 in der
Umgebung oder in der Nähe
der Kante 58 der Öffnung 48 vorgesehen,
durch welche der polykristalline Emitterpfropfen 52 des
PNP-Transistors ausgebildet worden ist.
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Diese erste Fotoresistmaske 60 wird
dazu benutzt, die Teile der Oxydschicht 35, welche durch die Öffnungen 63 und 67 freigelegt
sind, wegzuätzen, wodurch
die darunter liegende Wolfram-Silizidschicht 33 durch die Öffnungen
in der Maske freigelegt wird. Mit der nach wie vor vorgesehenen
Fotoresistmaske 60 wird ein N-Implantat (z. B. AS oder
P) eingebracht, um dadurch freigelegte polykristalline Emitterpfropfen 51 im
Kollektor-Kontakt-Silizidbereich 65 und dem durch die dritte Öffnung 67 freiliegenden
Basis-Silizidbereich zu dotieren.
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Nach dieser N+-Implantierung wird
die Fotoresistmaske 60 entfernt und eine neue Fotoresistschicht
aufgebracht, belichtet und entwickelt, um eine erste Öffnung 71 über dem
polykristallinen Emitterpfropfen 52, eine zweite Öffnung 73 über einem zweiten
dem Kollektorkontakt-Oxyd Silizidaufbau zugeordneten Bereich 75,
welcher mit der PNP-Transistorstruktur assoziiert ist, und ferner
eine dritte Öffnung 77 in
der Nachharschaft der Kante 57 der Öffnung 47 vorzusehen,
durch welche der Emitterpfropfen 51 des NPN-Transistoraufbaus
ausgebildet worden ist. Auf diese Weise ist die dritte Öffnung 77 näher an der
Kante 57 der Öffnung 47 und
weiter weg von der Kante 58 der Öffnung 48.
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Diese zweite Fotoresistmaske 77 wird
dazu benutzt, diejenigen Teile der Oxydschicht 35 welche durch
die Öffnungen 73 und 77 freigelegt
sind, wegzuätzen,
um dadurch die darunter liegende Wolfram-Silizidschicht 33 durch
die Öffnungen
in der zweiten Fotoresistschicht freizulegen. Ein P-Implantat (z.
B. B) wird dann mit Hilfe der platzierten zweiten Maske 70 eingebracht,
um damit den freigelegten polykistallinen Emitterpfropfen 52,
den Kollektor-Kontaktsilizidbereich 75 und das Basis-Silizidmaterial zu dotieren,
welches durch die dritte Öffnung 77 frei liegt.
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Nach der zweiten Implantation kann
ein Diffusionszyklus durchgeführt
werden z. B. durch ein rasches thermisches Tempern, um die Dotierungsmittel durch
die Emitterpfropfen 51 und 52 sowie in die Oberfläche der
P- aktiven Basisbereiche 41 und N- aktiven Basisbereich 42 einzuleiten.
Derselbe Diffusionsschritt leitet auch das N+ Basis-Dotierungsmittel, das
durch die Öffnung 67 eingeführt worden
ist, und das P+ Basis-Dotierungsmittel, das durch die Öffnung 77 eingeführt worden
ist, seitlich durch die Silizidschicht 33.
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Da der Diffusionskoeffizient dieser
Dotierungsmittel in der Silizidschicht 33 zumindest um
eine Größenordnung
größer als
der eigentliche Basisbereich im Substrat 20 ist, diffundieren
die Dotierungsmittel seitlich durch die Silizidschicht nahezu augenblicklich
und dann in die darunter liegenden eigentlichen Basisbereiche
41 und 42 im
Substrat, sodass sich die eigentlichen Basisbereiche der NPN- und PNP
Transistoren ausbilden.
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Wenn das eine Dotierungsmittel einen
geringeren Diffusionskoeffizient als das andere hat z. B. bei der
Verwendung von AS, welches einen geringeren Diffusionskoeffizient
als B hat, so kann es als Modifikation der voraus beschriebenden
Verfahrensschritte wünschenswert
sein, einen Diffusionsschritt nach der ersten Implantation (N+)
und vor der zweiten Implantation (B+) durchzuführen, da das langsam diffundierende
Dotierungsmittel (z. B. AS) mehr Diffusionszeit benötigt, um
eine vorgegebene Diffusionstiefe im Vergleich mit dem zweiten Implantat
(z. B. B) zu erreichen. Die Anordnung wird fertig gestellt, indem
eine oder mehrere Metallverbindungen und Passivierungen unter Verwendung
herkömmlicher Verfahren
ausgeführt
werden.
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Die Merkmale des vorausstehend beschriebenen
Verfahrens ergeben sich aus der Tatsache, daß die polykristalline Basisschicht 31 undotiert
ist, wenn die polykristalline Schicht für die Emitterpfropfen aufgebracht
wird. Damit wird ein verhältnismäßig langer
thermischer Dt-Zyklus möglich,
nachdem die Emitter-Polykristallschicht aufgebracht worden ist. Derartige
Zyklen können
dazu benutzt werden grenzschichtige Oxydschichten aufzubrechen,
um damit den Emitter-Widerstand zu verringern und die Charakteristiken
der Anordnung gleichförmiger
zu machen.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist
schematisch in den 3A bis 3E dargestellt, wobei die
polykristalline Schicht der Laminatstruktur gemäß 2A eliminiert ist und die Silizidschicht
direkt auf der Oberfläche
des Substrats ausgebildet ist.
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Im einzelnen ist gemäß 3A eine mehrschichtige Laminatstruktur 130 auf
der oberen Oberfläche 125 des
Substrats 120 angebracht, die aus einer ersten Materialschicht 133 mit
hohem Diffusionskoeffizienten (z. B. Wolfram-Silizid) und einer
zweiten Oxydschicht 135 (Silizium) aufgebaut ist.
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Wie bei der ersten Ausführungsform
kann die Wolfram-Silizidschicht 133 drekt auf dem darunter liegenden
Substrat 120 durch Sprühen
bis zu einer Dicke in der Größenordnung
von z. B. 2 × 10–7 m (2000 Å) aufgetragen
werden und zur Spannungsreduzierung mit Silizium angereichert sein.
Die Oxydschicht 135 kann mit Hilfe einer plasmaunterstützen chemischen
Aufdampfung aufgebracht werden, wobei als Vorläufer eine dünne Oxydschicht thermisch auf
dem Silizid aufgewachsen ist und zwar bis zu einer Dicke in der
Größenordnung
von z. B. 2 × 10–7 m (2000 Å).
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Die Laminatstruktur 130 gemäß 3A wird selektiv maskiert
und zwar bis auf die Oberfläche
des Substrats 120, um Ringbereiche 132 im zweischichtlaminat
um die aktiven Basisbereiche 136 und 137 herum
und über
den Kollektorkontakt Oberflächenbereichen 138, 139 auszubilden,
sowie einen Spalt 129 zwischen den PNP- und NPN-Anordnungen
vorzusehen. Wie in 3B gezeigt,
sind P-leitende Basisbereiche 141 und N-leitende Basisbereiche 142,
sowie benachbarte Seitenbegrenzungen 143 vorgesehen.
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Aus 3C ergibt
sich, daß eine
Schicht eines undotierten polykristallinen Siliziums über der gesamten
Oberfläche
der Waferscheibe angebracht wird, um damit den Spalt 129 und
die Öffnungen 147 und 148 in
der maskierten Laminatstruktur gemäß 3B auszufüllen wodurch undotierte polykristalline
Pfropfen 150, 151 und 152 in dem Spalt 129 und den Öffnungen 147 sowie 148 entstehen.
Wie bei der ersten Ausführungsform
wird diese Schicht undotierten polykristallinen Siziliums dann maskiert
geätzt und
zwar unter Verwendung von beispielsweise einer standardisierten
Fotoresistmaskierung und Plasmaätzung.
Dadurch bleiben undotierte polykristalline Pfropfen in der maskierten
Laminatstruktur gemäß 3B erhalten. Wie bei der
ersten Ausführungsform
kann optional eine nicht dargestellte Oxydschicht auf der undotierten
polykristallinen Schicht angebracht werden, nachdem sie für die Pfropfen maskiert
wurde.
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Gemäß 3D wird eine erste Fotoresistschicht 160 auf
der Struktur gemäß 3C ohne Selektion angebracht
sowie anschließend
maskiert und entwickelt und zwar, um eine erste Öffnung 161 über dem
polykristallinen Emitterpfropfen 151, eine zweite Öffnung 163 über einem
ersten Kollektorkontakt-Oxyd-Silizidstrukturbereich 165 vorzusehen,
der mit dem NPN-Transistoraufbau assoziiert ist, und schließlich eine
dritte Öffnung 167 in
der Nähe
der Kante 158 der Öffnung 148 vorzusehen
durch welche der polykristalline Emitterpfropfen 152 für den PNP-Transistor
ausgebildet worden ist.
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Durch die Öffnungen in der Fotoresistmaske 160 werden
diejenigen Teile der Oxydschicht 135 weggeätzt, welche
durch die Öffnungen 163 und 167 freigelegt
sind. Dadurch wird die darunter liegende Wolfram-Silizidschicht 133 entsprechend
der Maskierung freigelegt. Da die Fotoresistschicht 160 nach wie
vor vorhanden ist, wird eine N-Implantation (z. B. mit AS oder P)
vorgenommen, um dadurch in freigelegten Emitter-Polykristallpfropfen 151,
den Kollektor-Silizid-Kontaktbereich 165 und das durch
die dritte Öffnung 167 freigelegte
Basis-Silizidmaterial zu dotieren.
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Nach diesem ersten Implantationsschritt (N+)
wird die erste Fotoresistschicht 160 entfernt und eine
neue Fotoresistschicht 170 ohne Selektion aufgebracht.
Diese wird maskiert und entwickelt, wie sich aus 3E ergibt, sodass eine erste Öffnung 171 über dem
Emitter-Polykristallpfropfen 152 eine zweite Öffnung 173 über einen
zweiten Kollektor-Oxyd-Silizidkontaktaufbau einen Bereich ergibt, der
mit der PNP-Transistorstruktur assoziiert ist. Eine dritte Öffnung 177 ergibt
sich in der Umgebung der Kante 157 der Öffnung 147, durch
welche der Emitter-Polykristallpfropfen 151 des NPN-Transistors ausgebildet
worden ist.
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Danach werden unter Verwendung der
zweiten Fotoresistmaske 170 diejenigen Teile der Oxydschicht 135 weggeätzt, die
durch die Öffnungen 173 und 177 freiliegen.
Darunter verbleibt die Wolfram-Silizidschicht 133, welche
durch die Öffnungen
in der zweiten Fotoresistmaske 170 Freigelegt ist. Mit
der nach wie vorvorhandenen Fotoresistmaske 170 wird eine
P-Implantation durchgeführt,
um die freiliegenden Emitter-Polykristallpfropfen 152,
den Kollektor-Silizidkontaktbereich 175 und das durch die
dritte Öffnung 177 freiliegende
Basis-Silizidmaterial zu dotieren.
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Nach dem zweiten Implantationsschritt
(P+) wird ein rascher Diffusionszyklus durch rasches Erwärmen ausgeführt, um
die Dotierungsmittel durch die Emitter-Polykristallpfropfen 151 und 152 in
die Oberfläche
des aktiven P-Basisbereiches 141 und in den aktiven N-Basisbereich 142 zu
transportieren. Derselbe Diffusionsschritt treibt auch das N+ Basisdotierungsmittel,
das über
die Öffnung 167 zugeführt worden
ist, und das P+ Basisdotierungsmittel, das über die Öffnung 177 zugeführt worden
ist, seitlich durch die Silizidschicht 133 und dann nach
unten in die darunter liegenden aktiven Basisbereiche 141 und 142,
wodurch sich die aktiven Basisbereiche der entsprechenden NPN- und
PNP-Transistoren ergeben.
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Der Basiswiderstand der sich aus
der zweiten Ausführungsform
gemäß den 3A bis 3E ergebenden Struktur kann als etwas
niedriger liegend wie der der ersten Ausführungsform gemäß den 2A bis 2E erwartet werden, da das Silizid einen geringeren
Widerstand als das polykristalline Silizium hat. Dadurch wird bei
der zweiten Aunführungsform durch
das Entfernen der ersten polykristallinen Schicht von der Laminatstruktur
der ersten Aunführungsform
ein Bereich höheren
Widerstandes für
die Strecke zwischen Basisbahnmaterial und dem Metallkontakt auf
der Basis-Laminatstruktur
beseitigt.
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Als Modifikation der zweiten Ausführungsform,
um die Prozesssteuerung Für
die Kollektordicke zu verbessern, kann es wünschenswert sein, ein Silizid
oder auch ein anderes alternatives Material mit hohem Diffusionskoeffizient
zu verwenden, welches mit einem Ätzmittel ätzbar ist,
das für
Silizium sehr selektiv ist, sodass das Überätzen einer solchen Silizidschicht
nur ein minimales Ätzen
der darunter liegenden Siliziumschicht in einem Bereich bewirkt,
in welchem der Emitter ausgeformt werden soll.
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Entsprechend einer dritten Ausführungsform kann
die Reihenfolge der polykristallinen Siliziumschicht und der Silizidschicht
der Laminatstruktur der ersten Ausführungform gemäß den 2A–2E umgekehrt
werden, wie dies in dem ausgeführten
Aufbau gemäß 4 gezeigt ist, bei welchem
die Silizidschicht 33 direkt auf dem Substrat 20 und
die polykristalline Siliziumschicht 31 auf der Silizidschicht
angebracht ist. Dieser strukturelle Aufbau bewahrt die selektiven
Vorteile, wie sie vorausstehend beschrieben worden sind. Bei dieser
Ausführungsform
ergibt sich für
die erste polykristalline Schicht 31 eine zusätzliche
Dicke, in welcher Implantat absorbiert werden kann. (Das Implantat
breitet sich über
eine Dicke von typischer Weise mehrfachen 10–7 m
(tausende Å) auf,
wobei lediglich der Teil des Implantats zur Dotierung beiträgt, der
in der Schicht gehalten wird, die den hohen Diffusionskoeffizient
hat).
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Um dieselben Ergebnisse in der zweiten Ausführungsform
zu erhalten, könnte
die Dicke der Silizidschicht 133 vergrößert werden. Wenn jedoch die
Silizidschicht zu dick gemacht wird, können sich aufgrund der sich
einstellenden Spannungen Risse oder andere Probleme ergeben.
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Um die Eindringtiefe des Basisgebietes
in das Substrat bezüglich
der Eindringtiefe des Emitters in das Substrat aufeinander abzustimmen,
können mehrere
Parameter variiert werden. So kann erstens die polykristalline Schicht 31 in
der Laminatstruktur 30 extrem dünn gemacht werden oder bezüglich der zweiten
Ausführungsform
entfernt werden, wodurch kein so langsamer Diffusionsweg für die Dotierung des
Beisisbereichs wirksam ist, wenn die aktive Basis relativ tief sein
soll. Alternativ dazu kann der Emitter-Polykristallpfropfen dicker
gemacht werden oder anstelle eines polykristallinen Aufbaus amorph
ausgeführt
sein, um den Emitter bezüglich
der aktiven Basis flacher zu machen.
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Vorteilhafterweise können die
eigentlichen Basisbereiche nach der Ausbildung der Seitenabdeckungen
hergestellt werden und nicht davor. Auch kann die Reihenfolge der
N+- und P+-Maskierungsschritte sowie der Implantationsschritte gewechselt werden.
Ferner kann die Oxydschicht, welche auf der Oberfläche des
Silizid im Basis-Kontakt-Laminataufbau ungeätzt bleibt, vor einer oder
beide N+- und P+-Implantatschritte ausgeführt worden sein. Die Implantation
erfolgt dann durch die Oxydschicht. Schließlich kann auch ein von dem
Oxyd abweichendes Isolationsmaterial für einige oder alle Oxydschichten
in dem Basiskontakt-Laminataufbau Verwendung finden. Weitere Variationen,
welche im Basiskontakt die Schicht mit dem hohen Diffusionskoeffizienten
beibehalten und den Basiskontakt dotieren, nachdem die Emitter-Polykristallschicht
ausgebildet ist, sind möglich.
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So kann z. B. für die vorausstehenden Ausführungsformen
anstelle der Ausbildung der eigentlichen Basisbereiche (z. B. 41 und 42)
vor der Anbringung der Emitter-Polykristallpfropfen (z. B. 51 und 52)
das Verfahren dahingehend verändert
werden, daß die
eigentlichen Basisbereiche durch die Emitter-Polykristallpfropfen
hindurch diffundiert werden. Dies ermöglicht mehr Freizügigkeit
für die
Benutzung thermischer Zyklen nach dem Aufbringen des Emitter-Polykristallsiliziums,
z. B. um das Grenzschicht-Oxyd aufzubrechen, da in einem solchen
Fall die eigentliche Basis nicht durch den Kollektor mit Hilfe des
Emitter-Polykristall-Dt diffundiert wird. Das beschriebene Verfahren
kann auch dazu verwendet werden, um nur einen Transistortyp (z.
B. NPN-Transistor) herzustellen. Eine solche Anordnung profitiert von
der Freiheit große
Dt zur Verbesserung der Emittergrenzschicht vor dem Dotieren des
Basis-Polykristalls zu verwenden.
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Der Wunsch die Verwendung komplexer Masken
und Implantationssequenzen für
die Herstellung komplementärer,
doppelter und polykristalliner bipolarer Transistoren zu elimenieren
ohne die Funktionsfähigkeit
zu begrenzen, welchen sich aus der Vergrößerung des Emitterwiderstandes,
infolge der Unmöglichkeit
der direkten Kontaktierung der Emitter-Polykristallschicht über eine
sehr schmale Emitteröffnung
ergibt wird durch die Verwendung einer Materialschicht mit einer schnellen
seitlichen Diffusionscharakteristik, sehr vorteilhaft erreicht wenn
die Diffusionscharakteristik für
das Emitterdotierungsmaterial zumindest um eine Größenordnung
größer als ein
Halbleitermaterial aus einem Einkristall ist.
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Ein Basismerkmal ist die Tatsache,
daß sowohl
die Basis- als auch die Emitter-Polykristallschichten undotiert
hergestellt werden können
und insbesondere die Basis-Polykristallschicht undotiert ist, wenn
die Schicht für
die Emitter-Polykristallpfropfen aufgebracht wird. Dies erlaubt
große
Dt-Thermozyklen zu verwenden, nachdem das Emitter-Polykristall aufgebracht
ist. Das Emitter-Polykristall für
eine Anordnung und die Kanten des Basis-Polykristalls der anderen
Anordnung werden durch eine Dotierungsmaske freigelegt und gleichzeitig
dotiert.
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Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
kann das polykristalline Emitter- und/oder Basis Siliziummaterial
leicht dotiert sein und zwar zum Zeitpunkt oder nach dem Aufbringen,
wobei die Dotierung in einem späteren
Dotierungsschritt verstärkt wird.
Ein bevorzugter Verfahrensschritt ist die Verwendung von einem normalen
undotierten polykristallinen Silizium bei der Aufbringung. Es sollte
jedoch klar sein daß eine
leichte Dotierung ebenfalls zufriedenstellend ist und als Folge
von Maßnahmen
einer restlichen Dotierungsverunreinigung beim Aufbringen des polykristallinen
Siliziums herrühren
kann.
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Ein reduzierter Maskierungssatz,
der komplexe Implantationsverfahren bei der Herstellung eines komplementären bipolaren
Transistoraufbaus für hohe
Frequenzanwendungen verwendet, benutzt ein Schichtmaterial mit einer
schnellen seitlichen Diffusionscharakteristik, die für das Emitter-Dotierungsmittel
zumindest um eine Größenordnung
größer als
ein Halbleitermaterial eines Einkristalls ist. Die separaten Basis-
und Emitter-Polykristallschichten werden undotiert aufgebaut. Danach
werden die Emitter-Polykristallschicht der einen Anordnung und die
Kanten der Basis-Polykristallschicht der anderen Anordnung durch
Dotierungsmasken freigelegt und gleichzeitig dotiert. Das Emitter-Dotierungsmittel
geht direkt in die Oberfläche
der Emitter-Polykristallschicht, wo sie über und in Kontakt mit der
Basis liegt. Das Basis-Dotierungsmittel dringt über die Kanten der Basis-Polykristallschicht
ein, welche die Schicht des Materials mit dem hohen Diffusionskoeffizient
umfasst und diffundiert seitlich durch diese Schicht, um dann nach unten
in die Oberfläche
des Kollektormaterials (z. B. Inselbereiche) einzudiffundieren und
die eigentliche Basis auszubilden. Eine zweite Maskierung dient
der Freilegung der Emitter der zweiten Anordnung und der Kanten
des Basis-Polykristallmaterials der ersten Anordnung und zur nachfolgenden
Dotierung.