DE2951504C2 - Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung mit einem einen inneren und einen äußeren Basisbereich aufweisenden bipolaren Transistor - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung mit einem einen inneren und einen äußeren Basisbereich aufweisenden bipolaren TransistorInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zone (103) als oxidisolierte Zone hergestellt wird,
daß als weitere Schicht auf der Zone (103) und der polykristallinen Siliziumschicht (109) eine
Siliziumdioxidschicht (110) ausgebildet wird und
daß die Ionen (111) in den gesamten Bereich der
Siliziumdioxidschicht (110) implantiert werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches.
Aus »IEEE Journal of Solid-State Circuit«, Band SC-11,
Nr. 4, August 1976, Seiten 495 bis 499, ist eine börsenisches
Verfahren bekannt, bei welchem eine gleichzeitige Diffusion von Bor und Arsen aus einer dotierten
Oxidquelle erfolgt. Die Herstellung eines isolierten bipolaren Transistors durch ein solches borsenisches Verfahren
ist im Hinblick auf die Einfachheit des Verfahrens und das verbesserte Leistungsvermögen von Vorteil. Da
jedoch eine mit AS2O3 und B2O3 dotierte SiO2-Schicht
als Fremdstoffquelle zur Bildung von Emitter- und inneren Basisbereichen herangezogen wird, muß bei der
Herstellung eines Emitterkontaktlochs durch selektive Entfernung der dotierten SiO2-Schicht um das Kontaktloch
herum ein Rand gegebener Breite zur Maskenausrichtung festgelegt werden. Das Ergebnis davon ist, daß
eine Verringerung der Emittergröße schwierig ist Wenn ferner zwischen dem Emitter und der Basis ein
pn-Obergang in Kontakt mit einer Oxidinsel zur Isolierung steht, werden die Seiten der Oxidinsel ungewöhnlieh
stark geätzt, wobei beim Ätzen zur Erzeugung des Emitterkontaktlochs der pn-0bergang freigelegt wird
Die Folge ist ein Kurzschluß zwischen dem Emitter und der Basis. Bei der Herstellung der AS2O3 und B2O3 enthaltenden
SiO2-Schicht wird S1O2 gleichzeitig mit beider.
Fremdstoffen dotiert Folglich lassen sich die Konzentrationen dieser beiden Arten von Fremdstoffen in
S1O2 zwischen verschiedenen Chargen oder Loten kaum
konstant steuern, so daß die Tiefen der inneren Basis- und der Emitterbereiche möglicherweise ungleichmäßig
sind.
Aus der US-PS 37 53 807 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem in einem mit
einer Siliziumdioxidschicht versehenen Halbleitersubstrat eine erste Zone eines ersten Leitungstyps hergestellt
wird, auf die selektiv eine polykristalline und einen Fremstoff des gleichen Leitungstyps wie das Halbleitersubstrat
enthaltende Siliziumschicht aufgetragen wird. Auf diese Siliziumschicht wird eine Siliziumnitridschicht
aufgebracht, die anschließend wieder entfernt wird. Aus der polykristallinen Siliziumschicht diffundiert Fremdstoff
in das darunter liegende Halbleitersubstrat, so daß die Siliziumschicht gleichzeitig als Diffusionsquelle für
eine Emitterzone wirkt und auch diese Emitterzone mit einer Emitterelektrode verbindet. Bei diesem bekannten
Verfahren wird ein p-leitender Fremdstoff, nämlich Bor, zweimal eindiffundiert: zuerst wird Bor nach der Herstellung
eines Fensters in der Siliziumdioxidschicht in das Halbleitersubstrat eindiffundiert, wozu auch eine
Ionen-Implantation angewandt werden kann. Nach BiI-dung der Siliziumnitridschicht auf der polykristallinen
Siliziumschicht erfolgt dann eine zweite Diffusion von Bor.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem
die Anzahl der Herstellungsstufen im Vergleich zum Stand der Technik verringert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs erfindungsgemäß
durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung von innerem und äußerem Basisbereich
bei einem borsenischen Verfahren mittels eines einzigen Implantationsschrittes.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren
F i g. 1 bis 6 Querschnitte durch die integrierte Schaltungsanordnung bei verschiedenen Verfahrensschritten
zeigen.
1. Zunächst wird wie in Fig. 1 gezeigt ist, in einem
p--Siliziumsubstrat 101 eine vergrabene η+ -Schicht 102 ausgebildet. Auf dem Substrat 101
wird eine n-Epitaxialschicht 103 mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 0,4 Ω · cm und einer
Schichtdicke von etwa 2,0 μπι erzeugt. Danach
wird durch thermische Oxidation auf der Epitaxialschicht 103 ein thermischer Oxidfilm 104 einer
Schichtdicke von 30 nm gebildet. Auf der Oberseite des thermischen Oxidfilms 104 wird schließlich
nach einem CVD-Verfahren ein Siliziumnitridfilm 105 einer Schichtdicke von 300 nm erzeugt. Danach
werden Bereiche des Siliziumnitridfilms 105 und
des thermischen Oxidfilms 104 entsprechend einem Bereich, in welchem später eine Siliziumdioxidinsel
gebildet werden soll, von der Oberfläche der Epitaxialschicht 103 entfernt, wodurch ein Siliziumnitridfilmmuster
entsteht Nun werden unter Ver-Wendung eines Resistmusters als Maske Borionen
an Stellen der Epitaxialschicht 103, an denen, wie später noch näher erläutert werden wird, Kanalschnittbereiche
107 gebildet werden sollen, in einer Menge von I · 1O16Cm-2 und bei hoher Spannung
von 300 kV implantiert Das erhaltene Gebilde wird 70 min lang unter Verwendung des Siliziumnitridfilmmusters
als Maske in feuchter Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 10000C und einem
Druck von 9 · 105 Pa behandelt Hierbei werden gleichzeitig Siliziumdioxidinseln 106 einer Stärke
von etwa 2 μΐη und die Kanalschnittbereiche 107
gebildet
2. Der Siliziumnitridfilm 105 und der thermische Oxidfilm 104 werden selektiv entfernt wobei ein
Teil bzw. Bereich der n-Epitaxialschicht 103 freigelegt wird (vgl. F i g. 2). Danach wird bei einer Temperatur
von 1000°C gasförmiges Phosphoroxichlorid einwirken gelassen. Auf diese Weise wird
Phosphor in hoher Konzentration in den freigelegten Teil bzw. Bereich der Epitaxialschicht 103 diffundiert,
wobei eine η+ -Diffusionsschicht als Kollektorbereich 108 entsteht (vgl. unten). Da sich die
η+-Diffusionsschicht bis zu der vergrabenen
η+ -Schicht 103 erstreckt, vermag diese Diffusions-Schicht
eine Erhöhung des Reihenwiderstands d«.s Kollektors zu hemmen. Da ein Bereich, an dem, wie
später noch erwähnt werden wird, Basis und Emitter gebildet werden sollen, mit dem Siliziumnitridfilm
105 und dem thermischen Oxidfilm 104 maskiert ist, wird der Phosphor an einer Diffusion in
diesen Bereich gehindert.
3. Der Siliziumnitridfilm 105 und der thermische Oxidfilm 104 werden entfernt, worauf nach einem
CVD-Verfahren ein polykristalliner Siliziumfilm (Poly-Si-Film) 109 mit einer Arsenkonzentration
von 5 · 1020 cm-3 gebildet wird (vgl. F i g. 3). Unter
Verwendung eines Resistmusters als Maske wird der Poly-Si-Film 109 mit einem Gemisch aus
HF + HNO3 + CH3COOH + J2 geätzt und auf
den Oberflächen der Epitaxialschicht und der η+-Diffusionsschicht 108 belassen, um, wie später
noch erwähnt werden wird, als Emitter- und Kollektorbereiche zu dienen.
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Danach wird der Poly-Si-Film 109 in feuchter Sauerstoffatmosphäre
25 min lang bei niedriger Temperatur (900°C) oxidiert, so daß das in dem Film 109 enthaltene
Arsen kaum in den Siliziumkörper diffundieren kann. Im Ergebnis werden auf der n-Epitaxialschicht 103 und dem
Poly-Si-Film 109 ein SiO2-FiIm 110 einer Schichtdicke
von 70 nm bzw. ein SiO2-FiIm 110' einer Schichtdicke
von 300 nm gebildet.
4. Auf der gesamten Oberfläche werden Borionen 111
von 170keV in einer Konzentration von
1 · 1015Cm-2 implantiert (vgl. Fig.4). Hierbei ist
der Ort des Höchstwertes der Borionenkonzentration etwa 460 nm von der Oberfläche des
SiO2-FiImS 110 entfernt. Danach wird das erhaltene
Gebilde in einer Stickstoffatmosphäre etwa 20 min lang auf einer Temperatur von 1000° C erhitzt. Der
Diffusionskoeffizient von Arsen in dem Poly-Si-Film 109 beträgt bei einer Temperatur von 10000C
etwa 1,1 ■ 10-ncm2/s, während der Diffusionskoeffizient
von Bor im selben Film 109 etwa 1 · 10-'2cm2/s beträgt. Folglich hat die Borverteilung
die Arsenverteilung in einem Bereich gerade unier dem Poly-Si-Film 109 überholt, wodurch ein
interner oder innerer Basisbereich 112 entsteht Dabei wird in dem inneren bzw. internen Basisbereich
112 ein Emitterbereich 113 gebildet (Fig. 5).
Wie F i g. 5 zeigt, erfährt das in den SiO2-FiIm 110 und
den oberflächlichen Teil der Epitaxialschicht 103 implantierte Bor eine Diffusion, wobei ein äußerer oder
externer Basisbereich 114 entsteht Die Diffusionstiefen des Emitterbereichs 113, des internen oder inneren Basisbereichs
112 und des externen oder äußeren Basisbereichs
114 betragen 0,3 μπι, 0,5 μίτι bzw. 0,85 μίτι.
5. Schließlich werden in dem Oxidfilm 110 auf dem Basisbereich 114, dem Oxidfilm 110' über dem
Emitterbereich 113 und dem Oxidfilm 110' über dem Kollektorbereich 108 ein Basiskontaktloch
115, ein Emitterkontaktloch 116 und ein Kollektorkontaktloch
117 geöffnet, worauf zur Vervollständigung eines bipolaren Transistors (Fig. 6) getrennt
Aluminiumelektroden 118,119 und 120 hergestellt
werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Fremdstoffe zur Bildung der inneren und äußeren Basisbereiche
112 und 114 auf einmal durch Borionenimplantation zugeführt. Bei den bekannten borsenischen Verfahren
werden dagegen die Fremdstoffe für den inneren und den äußeren Basisbereich getrennt eingebracht. Somit
läßt sich also durch das vorliegende Verfahren im Vergleich zu den bekannten borsenischen Verfahren die
Anzahl der Herstellungsschritte verringern.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltungsanordnung mit einem einen inneren und einen äußeren Basisbereich (112,114) aufweisenden bipolaren Transistor, bei dema) ein Halbleitersubstrat (101) mit einer Zone (103) eines ersten Leitungstyps hergestellt wird,b) auf der Zone (103) über einem in einem späteren Verfahrensschritt herzustellenden Emitterbereich (113) eine polykristalline und mit einem Fremdstoff des ersten Leitungstyps dotierte Siliziumschicht (109) ausgebildet wird,c) auf wenigstens der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht (109) eine weitere Schicht (110) ausgebildet wird,d) Ionen (111) eines Fremdstoffes eines zweiten Leitungstyps mit im Vergleich zum Fremdstoff des ersten Leitungstyps höherem Diffusionskoeffizienten implantiert werden,e) das Halbleitersubstrat (101) erwärmt wird, wodurch der implantierte Fremdstoff des zweiten Leitungstyps in die Zone (103) diffundiert, um die Basisbereiche (112, 114) des zweiten Leitungstyps zu bilden, und der Fremdstoff des ersten Leitungstyps aus der polykristallinen Siliziumschicht (109) diffundiert, um in dem inneren Basisbereich (112) den Emitterbereich (113) des ersten Leitungstyps zu bilden, undf) eine mit dem äußeren Basisbereich (114) verbundene Basiselektrode (118) und eine mit der polykristallinen Siliziumschicht (109) verbundene Emitterelektrode (119) hergestellt werden,
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