DE19650493A1 - Superselbstausgerichteter Bipolartransistor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen superselbstausgerichteten Bipolartransistor und ein Verfahren zu dessen Herstellung, insbesondere einen superselbstausgerichteten Bipolartransistor mit Heteroübergang und ein Verfahren zu dessen Herstellung durch Verwendung eines Prozesses zum selektiven Aufwachsen eines Kollektors.

Hat ein Bauelement nach dem Stand der Technik einhergehend mit der Minia­ turisierung eines Bipolartransistors mit Homoübergang eine verbesserte Arbeits­ geschwindigkeit, so ist es dennoch schwierig, die auf der Bauelementstruktur ba­ sierenden Eigenschaften des Bauelementes weiter zu verbessern, da hierzu die Fremdatomkonzentration zwischen dem Emitter und der Basis erhöht werden muß.

Um diese Unzulänglichkeit zu beseitigen, hat man einen Bipolartransistor mit Heteroübergang vorgeschlagen.

Ein Bipolartransistor mit Heteroübergang hat die Eigenschaft, daß der Energie­ bandabstand des Emitters größer als derjenige der Basis ist. Verglichen mit einem Bipolartransistor mit Homoübergang zeigten Anwendungen des Bipolartransistors mit Heteroübergang daher eine Verbesserung der Leistung des Bauelementes und verschiedener Schaltungswirkungen. Bei dem Herstellungsprozeß, der zu dem oben beschriebenen Bipolartransistor mit Homoübergang gehört, hat man außerdem ein Verfahren entwickelt, den Energiebandabstand zu verkleinern, indem einer aus Silizium bestehenden Basisschicht Germanium hinzugefügt wird.

Ebenso wie ein konventioneller Silizium-Bipolartransistor mit Homoübergang verwendet der Bipolartransistor mit Heteroübergang nach dem Stand der Technik sowohl als Basiselektrode als auch als Diffusionsquelle von Fremdatomen für einen Emitter einen Dünnfilm aus Polysilizium.

Wird auf der Basisschicht anstelle des Siliziums Germanium verwendet, entsteht daher zwischen dem Energiebandabstand des Emitters und demjenigen der Basis eine Differenz, die die Emitterimplantationswirkung verbessert, und danach wird die Basis zu einem Ultradünnfilm mit hoher Dotierungskonzentration aufgewach­ sen, wodurch die Stromverstärkung und die Schaltgeschwindigkeit des Bauelemen­ tes verbessert werden.

Zur Optimierung und Miniaturisierung der Bauelementstruktur hat man in jüngster Zeit verschiedene Verfahren angewandt, einige parasitäre Komponenten zu mini­ mieren, wie den Basis-Parasitärwiderstand, der im aktiven Gebiet des Bauelemen­ tes auftritt, oder die Parasitärkapazität, die zwischen dem Kollektor und der Basis auftritt.

Beispiele für solche Verfahren sind die Grabentrennung, die lokale Oxidation von Silizium ("LOCOS"), das selektive Aufwachsen ("SEG") eines SiGe-Basis-Dünn­ films, das selektive Aufwachsen eines Silizium-Emitters und so weiter.

Unter Verwendung dieser Verfahren hat man einen superselbstausgerichteten Si/SiGe-Bipolartransistor mit Heteroübergang entwickelt, mit Selbstausrichtung zwischen Basis und Emitter, um den Basis-Parasitärwiderstand zu verringern, oder mit Selbstausrichtung sowohl zwischen Basis und Emitter als auch zwischen Kollektor und Basis.

Um den Basis-Parasitärwiderstand, der aus dem Polysilizium-Dünnfilm resultiert, der das Material der Basiselektrode bildet, weiter zu verringern, wurden Fertigungs­ prozesse entwickelt, bei denen als Basiselektrode anstelle des Polysilizium-Dünn­ films ein Metall-Dünnfilm verwendet wird, zum Beispiel Titansilicid.

Das oben erwähnte Verfahren der lokalen Oxidation von Silizium hat den Nachteil, daß entsprechend der Dicke eines thermischen Siliziumoxidfilms horizontal ein sogenannter Bird′s Beak gebildet wird, der die geometrische Verkleinerung des Bauelementes begrenzt.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen superselbstausgerichteten Si/SiGe-Bipolar­ transistor mit Heteroübergang, hergestellt unter Verwendung des Verfahrens zum selektiven Aufwachsen eines SiGe-Basis-Dünnfilms, ohne das LOCOS-Verfahren zu verwenden.

Fig. 1, auf die Bezug genommen wird, ist eine Querschnittsansicht eines NPN-Si/SiGe-Bipolartransistor mit Heteroübergang und Selbstausrichtung zwischen Kollektor und Basis, hergestellt unter Verwendung des erwähnten Verfahrens zum selektiven Aufwachsen einer Basis nach dem Aufwachsen eines Basis-Dünnfilms.

Auf einem p-leitenden Siliziumsubstrat (1-1) wird zuerst eine vergrabene n⁺-Silizium-Kollektorschicht (1-2) gebildet, und auf der vergrabenen Kollektorschicht (1-2) wird dann eine n⁻-Silizium-Kollektorschicht (1-3) aufgewachsen.

Anschließend wird ein Kollektorverbindungsteil (1-4) gebildet, indem n-leitende Fremdatom-Ionen darin implantiert werden, und danach wird durch ein Trocken­ ätzverfahren ein Graben zur Trennung zwischen Bauelementen gebildet, in den dann ein aus Bor B und Phosphor P hergestellter Isolations-Dünnfilm (1-5) aus Borphosphorquarzglas ("BPSG") gefüllt wird. Danach wird der BPSG-Isolations- Dünnfilm (1-5) unter hohem Druck eingeebnet.

Als nächstes werden durch Ablagerungs- und Ätzverfahren ein isolierender Film (1-6), ein p⁺-Polysilizium-Film (1-7), ein isolierender Film (1-8) und ein isolierender Seitenwand-Film (1-9) gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt, und danach wird durch se­ lektive, auf das aktive Gebiet des Bauelementes begrenzte Ionenimplantation ein n-leitendes Kollektorgebiet (1-10) gebildet, um die Eigenschaften des Bauelementes in einem Hochstromgebiet zu verbessern.

Anschließend wird mit Hilfe der Gasquellen-Molekularstrahltechnik auf einem freigelegten Teil des Kollektorgebietes (1-10) und des Polysiliziumfilms (1-7) und nur auf diesem selektiv eine SiGe-Basisschicht (1-11) aufgewachsen, und danach wird auf der übrigen Fläche selektiv ein Polysilizium-Dünnfilm (1-12) aufgewach­ sen, wodurch eine Verbindung zwischen dem Polysiliziumfilm (1-7) für eine Basis­ elektrode und der SiGe-Basisschicht (1-11) hergestellt wird.

Dementsprechend kann eine Selbstausrichtung zwischen dem Kollektor und der Basis durchgeführt werden, da ein zwischen dem Kollektor und der Basis gebil­ detes Gebiet mit Parasitärkapazität nicht durch einen Fotolackfilm abgegrenzt wird und nur durch einen Teil des Polysilizium-Dünnfilm (1-12) begrenzt wird.

Da das durch den Polysilizium-Dünnfilm (1-12) abgegrenzte Gebiet mit Parasitär­ kapazität durch horizontales Naßätzen des isolierenden Films (1-6) erhalten wird, werden jedoch die Gleichförmigkeit und die Reproduzierbarkeit des Herstellungs­ prozesses verschlechtert, was eine gravierende Verschlechterung der Leistung des Bauelementes zur Folge hat.

Das Verfahren nach dem Stand der Technik hat außerdem den folgenden Nachteil. Der Herstellungsprozeß ist kompliziert, da das selektive Aufwachsverfahren mit niedriger Geschwindigkeit zweimal verwendet wird, nämlich während des Auf­ wachsen der SiGe-Basisschicht (1-11) und des Polysilizium-Dünnfilms (1-12), und da während dieses Aufwachsprozesses beispielsweise zwei Dünnfilme verwendet werden, die SiGe-Basisschicht (1-11) und der Polysilizium-Dünnfilm (1-12), und selbst wenn der Polysilizium-Dünnfilm (1-12) dünn auf der Basisschicht (1-11) aufgewachsen wird, kann die Leistung des Bauelementes gravierend verschlechtert werden, wodurch es schwierig wird, den Herstellungsprozeß zu steuern. Daher ist es mit dem bekannten Verfahren schwierig, einen rationellen und einfachen Her­ stellungsprozeß zu realisieren.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, hat das Verfahren nach dem Stand der Technik ferner den Nachteil, daß die Grabenstruktur zur Trennung zwischen Bauelementen tief sein muß, um zu verhindern, daß der Kollektorverbindungsteil (1-4) über den n⁻-Kollektor-Dünnfilm (1-3) auf der vergrabenen n⁺-Silizium-Kollektorschicht (1-2), die auf der gesamten Oberfläche eines Substrats gebildet ist, einen Kontakt zwischen Bauelementen herstellt, so daß mehr Platz zum Einfüllen des isolierenden Dünn­ films (1-5) benötigt wird, was ein voluminöseres Bauelement zur Folge hat.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine Querschnittsansicht eines bipo­ laren Si/SiGe-Bauelementes mit Heteroübergang ist, das durch ein anderes vorher erwähntes Verfahren nach dem Aufwachsen eines Basis-Dünnfilms hergestellt wird.

Nach dem in Fig. 2 beispielhaft gezeigten Stand der Technik werden sowohl der Basis-Dünnfilm als auch der Kollektor-Dünnfilm unter Verwendung des selektiven Aufwachsverfahrens aufgewachsen, im Gegensatz zu der vorher beschriebenen Grabenstruktur, um einen einfacheren und integrierten Herstellungsprozeß zu realisieren.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird zuerst auf einem p-leitenden Substrat (2-1) ein n⁺-lei­ tender Kollektor (2-2) gebildet, und darauf werden dann ein isolierender Dünnfilm (2-3) und ein Polysilizium-Dünnfilm (2-4) für eine Basiselektrode abgelagert. Danach wird mittels einer Fotolack-Maske und durch Ätzen des Polysilizium- Dünnfilms (2-4) ein Basiselektroden-Gebiet abgegrenzt.

Anschließend wird ein isolierender Dünnfilm (2-5) darauf abgelagert, und danach werden die Fotolack-Maske, der isolierende Dünnfilm (2-5), der Polysilizium-Dünn­ film (2-4) und der isolierende Dünnfilm (2-3) durch einen Ätzprozeß als aktives Gebiet abgegrenzt.

Als nächstes werden durch Einlagerung von Fremdatomen eine n-leitende Silizium­ schicht (2-6) für einen Kollektor, eine SiGe-Schicht (2-7) für eine Basis und eine Siliziumschicht (2-8) für einen Emitter aufgewachsen.

Während des Aufwachsens der Schichten (2-6), (2-7) und (2-8) wie in Fig. 2 gezeigt werden an ihren Seiten polykristalline oder amorphe Silizium-Dünnfilme (2-6-1), (2-7-1) bzw. (2-8-1) aufgewachsen.

Danach wird ein Silicid-Dünnfilm (2-9) für eine Metallverbindung des Kollektors gebildet, und darauf wird dann eine Metallelektrode (2-10) abgelagert, um ein Bauelement zu erhalten.

Das obige Bauelement hat den Nachteil, daß zwischen dem Kollektor und dem Emitter leicht ein Kurzschluß auftreten kann, da ein Stromweg durch eine Folge aus den amorphen Silizium-Dünnfilmen (2-8-1), (2-7-1) und (2-6-1) hindurch gebildet wird.

Ähnlich können Stromwege gebildet werden, die eine Folge aus den amorphen Silizium-Dünnfilmen (2-8-1), (2-7-1) und (2-6-1) und dem n-leitenden Silizium- Dünnfilm (2-6) oder eine Folge aus dem Dünnfilm (2-6) und den Dünnfilmen (2-7-1) und (2-6-1) durchlaufen, wodurch in der Praxis Emitter-Basis- und Basis- Kollektor-Kurzschlüsse gebildet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen superselbstausgerichteten Bipolartransistor und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mit dem die Bauelementgröße minimiert werden kann und wobei der Herstellungsprozeß unter Verwendung von selektivem Aufwachsen des Kollektors vereinfacht werden kann, ohne einen Graben zur Trennung zwischen Bauelementen auszubilden, wodurch die Leistung des Bauelementes verbessert wird.

Ein erfindungsgemäßer superselbstausgerichteter Bipolartransistor mit Heteroüber­ gang enthält: ein Halbleitersubstrat mit einem vergrabenen Kollektor; einen ersten Oxidfilm und einen leitenden Dünnfilm für eine Basiselektrode, die aufeinander­ folgend auf dem Substrat gebildet sind; einen Kollektor, der von dem leitenden Dünnfilm umgeben ist und der in einem aktiven Gebiet des Transistors, das durch Mustern des leitenden Dünnfilms und des ersten Oxidfilms abgegrenzt ist, auf dem vergrabenen Kollektor gebildet ist; eine erste Abstandsschicht, die auf beiden Seiten des leitenden Dünnfilms gebildet ist, der den Kollektor umgibt; eine Mehrschicht-Basis, die in dem aktiven Gebiet auf der obigen halbfertigen Struktur gebildet ist; einen Emitter, der in einem durch Ätzen eines zweiten Oxidfilms abgegrenzten Emittergebiet des Transistors selektiv auf der Basis aufgewachsen ist; eine zweite Abstandsschicht, die auf beiden Seiten des zweiten Oxidfilms gebildet ist, der den Emitter umgibt; eine Emitterelektrode, die auf dem Emitter gebildet ist; eine Passivierungs-Isolierschicht, die auf der gesamten Oberfläche der obigen halbfertigen Struktur gebildet ist; und metallische Verbindungsleitungen, die auf der Basis, der Emitterelektrode und dem vergrabenen Kollektor gebildet sind und die durch die Passivierungs-Isolierschicht und/oder den ersten bzw. den zweiten Oxidfilm hindurchgehen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines superselbstausgerichteten Bipolartransistors mit Heteroübergang umfaßt die folgenden Verfahrensschritte: (a) auf der Oberseite eines Halbleitersubstrats mit einem vergrabenen Kollektor aufein­ anderfolgend einen ersten Oxidfilm, einen elektrisch leitenden Dünnfilm und einen zweiten Oxidfilm zu bilden; (b) den zweiten Oxidfilm und den elektrisch leitenden Dünnfilm zu mustern und auf den Seiten eines freigelegten Teils des zweiten Oxidfilms und des elektrisch leitenden Dünnfilms eine erste Abstandsschicht zu bilden; (c) einen freigelegten ersten Oxidfilm zu entfernen und auf einem abge­ grenzten aktiven Gebiet selektiv einen Kollektor-Dünnfilm aufzuwachsen, dessen Höhe derjenigen des Dünnfilms für die Basis ungefähr gleicht; (d) auf der im Verfahrensschritt (c) erhaltenen halbfertigen Struktur eine Si/SiGe-Schicht mit einer Heteroübergangs-Struktur zu bilden; (e) unter Verwendung einer Maske, die eine Basiselektrode abgrenzt, einen Teil des ersten Oxidfilms freizulegen und auf der im Verfahrensschritt (d) erhaltenen halbfertigen Struktur einen dritten Oxidfilm zu bilden; (f) unter Verwendung einer Maske, die einen Emitter abgrenzt, eine Ober­ fläche der Si/SiGe-Schicht freizulegen und auf den Seiten eines geätzten Teils eine zweite Abstandsschicht zu bilden; (g) auf einem durch die Verfahrensschritte abzugrenzenden Emittergebiet selektiv einen Emitter-Dünnfilm aufzuwachsen; (h) auf dem Emitter-Dünnfilm eine Emitterelektrode zu bilden; und (i) einen Verdrah­ tungsprozeß durchzuführen.

Das Halbleitersubstrat ist vorzugsweise ein einzelnes Siliziumsubstrat, ein aus Si/SiGe/Ge hergestelltes Substrat mit Heteroübergang oder ein aus Si/Diamant/Si oder Ge hergestelltes Substrat mit Heteroübergang.

Der elektrisch leitende Dünnfilm für die Basiselektrode im Verfahrensschritt (a) ist vorzugsweise p⁺-leitendes, vor Ort mit Fremdatomen dotiertes Polysilizium.

Die erste Abstandsschicht im Verfahrensschritt (b) wird vorzugsweise durch eine Doppelschicht gebildet, die aus einem Siliziumnitridfilm und einem Siliziumoxidfilm mit verschiedenen Ätzgeschwindigkeiten besteht, wodurch deren Leistung verbes­ sert wird.

Im Verfahrensschritt (d) hat die Mehrschicht-Basis eine Heteroübergangs-Struktur Si/undotiertes SiGe/dotiertes SiGe/Si.

Auch umfaßt das Verfahren nach dem Verfahrensschritt (d) vorzugsweise, auf der Oberseite der Si/SiGe-Schicht eine Silicidschicht zu bilden, wodurch der Parasitär­ widerstand in der Basis minimiert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines superselbstausgerichteten NPN-Si/SiGe- Bipolartransistors mit Heteroübergang, hergestellt unter Verwendung des vorher beschriebenen selektiven Aufwachsens einer Basis;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Bipolartransistors mit Heteroübergang und Selbstausrichtung zwischen Kollektor und Basis, hergestellt unter Verwendung eines anderen vorher beschriebenen Verfahrens nach dem Aufwachsen eines Basis-Dünnfilms;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines superselbstausgerichteten Bipolartransistors, hergestellt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4A bis 4I schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung der Her­ stellungsschritte für den superselbstausgerichteten Bipolartransistor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines superselbstausgerichteten Bipolartransi­ stors, hergestellt unter Verwendung eines Verfahrens zum selektiven Aufwachsen eines Kollektors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird zuerst auf einem Halbleitersubstrat 1 ein vergra­ bener Kollektor 2 gebildet, und darauf werden dann aufeinanderfolgend ein erster Oxidfilm 3 und ein leitender Dünnfilm 4 für eine Basiselektrode gebildet. Das Halb­ leitersubstrat 1 ist vorzugsweise ein einzelnes Siliziumsubstrat, ein aus Si/SiGe/Ge hergestelltes Substrat mit Heteroübergang oder ein aus Si/Diamant/Si oder Ge hergestelltes Substrat mit Heteroübergang. Außerdem wird der leitende Dünnfilm 4 allgemein aus Polysilizium mit hoher Konzentration gebildet.

Danach wird in einem aktiven Gebiet des durch Mustern des leitenden Dünnfilms 4 und des ersten Oxidfilms 3 abgegrenzten Transistors eine Kollektorschicht 8 ge­ bildet, und auf beiden Seitenwänden des leitenden Dünnfilms 4, die die Kollektor­ schicht 8 umgeben, wird eine erste Abstandsschicht gebildet. Um die Betriebs­ sicherheit des Transistors zu verbessern, wird die erste Abstandsschicht vorzugs­ weise durch eine Doppelschicht mit verschiedenen Ätzgeschwindigkeiten gebildet, etwa einen Siliziumnitridfilm 6 und einen Siliziumoxidfilm 7.

Auf der obigen halbfertigen Struktur werden aufeinanderfolgend eine Basisschicht und ein zweiter Oxidfilm 14 gebildet. Die Basisschicht ist vorzugsweise eine Dop­ pelschicht aus Si/SiGe oder eine Mehrschichtstruktur aus Si 9/undotiertem SiGe 10/dotiertem SiGe 11/Si 12. Zwischen der Basisschicht und dem zweiten Oxid­ film 14 liegt ferner eine Silicidschicht 13, um den Parasitärwiderstand der Grenz­ fläche dazwischen zu verringern.

In einem durch Ätzen des zweiten Oxidfilms 14 und/oder der Silicidschicht 13 ab­ gegrenzten Emittergebiet wird selektiv eine Emitterschicht 16 aufgewachsen, und auf beiden Seitenwänden des zweiten Oxidfilms 14 und/oder der Silicidschicht 13, die die Emitterschicht 16 umgeben, wird eine zweite Abstandsschicht 15 gebildet. Auf der Emitterschicht 16 wird eine Emitterelektrode 17 gebildet. Auf der obigen halbfertigen Struktur wird eine Passivierungs-Oxidschicht 18 abgelagert, und da­ nach werden auf der Basisschicht, der Emitterelektrode 17 und dem vergrabenen Kollektor 2 durch die Passivierungs-Oxidschicht 18 und/oder die erste und die zweite Oxidschicht 3, 14 hindurch metallische Verbindungsleitungen 19 gebildet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden nun die Vorteile der Erfindung gegenüber den oben beschriebenen, in Fig. 1 und 2 gezeigten Verfahren näher erläutert.

Erstens muß eine tiefe Grabenstruktur zur Trennung zwischen Bauelementen gebil­ det werden, um zu verhindern, daß der Kollektorverbindungsteil (1-4) über die n⁻-Silizium-Kollektorschicht (1-3) auf der vergrabenen n⁺-Silizium-Kollektorschicht (1-2), die auf der gesamten Substratoberfläche abgelagert ist, Kontakt mit Bauele­ menten bekommt, wie in Fig. 1 gezeigt.

Infolgedessen wird eine ebene Fläche zum Auffüllen mit dem isolierenden BPSG-Dünnfilm (1-5) vergrößert, was ein voluminöseres Bauelement zur Folge hat. Wie in Fig. 2 bzw. 3 gezeigt, werden jedoch der Kollektor-Dünnfilm (2-6) bzw. ein Kollektor-Dünnfilm 8 mit Hilfe des isolierenden Dünnfilms (2-3) bzw. 3 voneinander getrennt, so daß der Grabenprozeß zur Trennung zwischen Bauelementen in Fig. 1 entfallen kann.

Da sowohl die Basis-Kollektor- als auch die Emitter-Basis-Selbstausrichtung so durchgeführt werden, daß die jeweiligen Flächen des Emitters, der Basis und des Kollektors beinahe übereinstimmen, ist es möglich, Betriebsmodi nach oben bzw. nach unten zu betreiben, wodurch es möglich wird, die Parasitärkapazität zwi­ schen der Basis und dem Kollektor zu verringern und eine Selbstausrichtung zwischen dem Emitter und der Basis herzustellen. Der Wegfall des Prozesses zur Trennung zwischen Bauelementen ergibt somit ein kleineres Bauelement und außerdem eine einfachere Herstellung.

Zweitens entfällt in Fig. 2 und 3 ein in Fig. 1 nutzloses Gebiet (das mit der Länge L angezeigt ist), so daß die Größe des Bauelementes verringert werden kann, was die Möglichkeit einer hohen Integration und einer Verringerung der zwischen einem vergrabenen n⁺-Kollektor und einem p-leitenden Substrat auftretenden Parasitär­ kapazität ergibt, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit des Bauelementes verbessert werden kann.

Es werden nun die Vorzüge des in Fig. 3 gezeigten Bauelementes gegenüber dem in Fig. 2 gezeigten Bauelement beschrieben.

Im Falle des in Fig. 2 dargestellten Bauelementes gibt es erstens einen Stromweg durch eine Folge aus den amorphen Silizium-Dünnfilmen (2-8-1), (2-7-1) und (2-6-1) hindurch, wodurch leicht ein Kurzschlußeffekt zwischen Kollektor und Emitter auftritt, der nicht mit einem Reststrom im Zusammenhang steht.

Zweitens gibt es einen Stromweg durch eine Folge aus den amorphen Silizium- Dünnfilmen (2-8-1), (2-7-1), (2-6-1) und dem n-leitenden Silizium-Dünnfilm (2-6) oder durch eine Folge aus den n-leitenden Silizium-Dünnfilmen (2-6), (2-7-1) und (2-6-1) hindurch, wodurch Emitter-Basis- und Basis-Kollektor-Kurzschlußeffekte auftreten können. In der Praxis ist das Bauelement mit der in Fig. 2 gezeigten Struktur daher schwierig herstellbar.

Wird ferner der n-leitende Silizium-Dünnfilm (2-6), d. h. der Kollektor-Dünnfilm, selektiv aufgewachsen, ist das Wachstum des Dünnfilms (2-6-1) an den Seiten des Kollektor-Dünnfilms (2-6) um so größer, je dicker dieser ist, da der Dünnfilm (2-6-1) von den Seiten des Kollektor-Dünnfilms (2-6) aus aufgewachsen wird. Infolgedessen kann eine als ein aktives Gebiet im Bauelement abzugrenzende Folge von Einkristall-Dünnfilmen (2-8), (2-7), (2-6) und (2-2) nicht scharf festgelegt werden.

Da zusätzlich zu dem Aufwachsen des SiGe-Dünnfilms (2-7) und des Silizium- Dünnfilms (2-8) die Dünnfilme (2-7-1) und (2-8-1) aufgewachsen werden, hängt die Breite des aktiven Gebietes im Bauelement tatsächlich von der Dicke einer Folge aus den Dünnfilmen (2-6), (2-7) und (2-8) ab.

Im Gegensatz zu dem vorher offenbarten Bauelement braucht bei dem Bauelement gemäß der Erfindung kein polykristalliner Dünnfilm aufgewachsen zu werden, indem eine erste Abstandsschicht 6 und/oder 7 zwischen einem Polysilizium-Dünn­ film 4 für eine Basiselektrode und einer selektiv aufgewachsenen Kollektorschicht 8 angeordnet wird, wodurch es möglich wird, das aktive Gebiet im Bauelement so scharf wie mittels einer Maske abzugrenzen.

Gemäß der Erfindung wird die Trennung zwischen der Emitterschicht 16 und den polykristallinen Dünnfilmen erzielt, indem eine Maske, die ein Emittergebiet abgrenzt, und eine zweite Abstandsschicht 15 verwendet werden. Gemäß der Erfindung tritt daher weniger leicht ein Reststrom oder ein Emitter-Basis-Kollektor- Kurzschlußeffekt auf.

Zweitens, wird als Basis ein einzelner p-leitender SiGe-Dünnfilm verwendet, wie in Fig. 2 gezeigt, können während des Aufwachsens der Emitterschicht (2-8) p-leiten­ de Fremdatome innerhalb des Basis-Dünnfilms in den an die Basis angrenzenden Kollektor bzw. Emitter diffundieren.

Daher entsteht eine Nichtübereinstimmung zwischen einer Übergangsfläche einer Folge aus dem Emitter-Dünnfilm (2-8), dem SiGe-Basis-Dünnfilm (2-7) und dem n-leitenden Silizium-Kollektor-Dünnfilm (2-6), d. h. einer Folge Emitter-Basis-Kollektor, und einer NPN-Übergangsfläche. Als Folge wird an den Übergangsflächen Emitter- Basis und Kollektor-Basis ein parasitäres elektrisches Potential erzeugt, das den Elektronentransfer vom Emitter zum Kollektor verhindert, wodurch Leistungsmerk­ male des Bauelementes wie der Stromverstärkungsfaktor, die Grenzfrequenz usw. verschlechtert werden.

Um die Verschlechterung der Leistungsmerkmale zu vermeiden, die von der Erzeu­ gung des parasitären elektrischen Potentials abhängt, hat gemäß der Erfindung die Basisschicht eine Mehrschichtstruktur aus Si 9, undotiertem SiGe 10, vor Ort mit p-leitenden Fremdatomen dotiertem SiGe 11 und Si 12.

Drittens, da bei dem Bauelement nach dem Stand der Technik der Kollektor-Dünn­ film in einem Hochgeschwindigkeits-Bauelement dünn ausgebildet wird, ist der Basiselektroden-Film (2-4) in Fig. 2 dünn, so daß ein aus dem Basiselektroden-Film (2-4) resultierender Parasitärwiderstand noch weiter vergrößert wird, während die Erfindung eine Silicidschicht 13 vorsieht, wie in Fig. 3 gezeigt, um den Parasitär­ widerstand zu minimieren.

Viertens, für ein Hochgeschwindigkeits-Bauelement muß die Dicke des isolierenden Dünnfilms (2-6) verringert werden, wenn die Dicke des Kollektor-Dünnfilms (2-6) verringert wird, was eine Verringerung der Durchbruchspannungen zwischen dem Dünnfilm (2-4) und dem Dünnfilm (2-6-1) sowie zwischen dem Dünnfilm (2-4) und dem Kollektor-Dünnfilm (2-6) zur Folge hat. Gemäß der Erfindung wird die Durch­ bruchspannung zwischen der Basisschicht 4 und der Kollektorschicht 8 nicht verringert, selbst wenn die Dicke der Kollektorschicht 8 in Abhängigkeit von der ersten Abstandsschicht 6 und 7 verringert wird.

Fünftens hat die in Fig. 2 gezeigte Struktur den Nachteil, daß sie schwierig herzu­ stellen ist und mühsame Herstellungsprozesse aufweist, die die Gesamt-Produk­ tivität verschlechtern, da zum Aufwachsen des SiGe-Dünnfilms (2-7) ein selektiver Aufwachsprozeß verwendet wird. Außerdem hat die Struktur nach dem Stand der Technik eine Erhöhung des Parasitärwiderstandes zur Folge, da der Übergang zwischen der Basiselektrode (2-4) und dem Basis-Dünnfilm (2-7) an deren Seiten ausgeführt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die Basis kein selektives Aufwachsen benötigt, wodurch die Bearbeitungszeit verkürzt und außerdem der Kontakt zwi­ schen dem Mehrschicht-Dünnfilm für die Basis und dem leitenden Dünnfilm 4 für die Basiselektrode verringert werden, wodurch verhindert wird, daß der Parasitär­ widerstand im Basis-Dünnfilm vergrößert wird.

Wie oben beschrieben, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, die obigen Nachteile durch Beseitigung eines Gebietes zur Trennung von Bauelementen in einem Chip und Ionenimplantation zu vermeiden und die zwischen dem Kollektor und der Basis auftretende Parasitärkapazität leicht unter Kontrolle zu bekommen. Außerdem ist es möglich, durch eine Selbstausrich­ tung zwischen der Basis und dem Emitter die zwischen dem Emitter und der Basis auftretende Parasitärkapazität und den Parasitärwiderstand in der Basis bemer­ kenswert zu verringern, wodurch die Betriebseigenschaften des Bauelementes bei hohen Frequenzen verbessert werden.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4I das Verfahren zur Her­ stellung eines superselbstausgerichteten Bipolartransistors gemäß der Erfindung beschrieben.

Fig. 4A zeigt ein p-leitendes Halbleitersubstrat 1 mit einem vergrabenen Kollektor 2. Das Halbleitersubstrat 1 ist vorzugsweise ein einzelnes Siliziumsubstrat, wie in Fig. 4A gezeigt. Außerdem kann das Substrat ein aus Si/SiGe/Ge oder aus Si/Diamant-Dünnfilm/Si hergestelltes Substrat mit Heteroübergang sein. Der vergra­ bene Kollektor 2 wird im allgemeinen durch Fotolithografie, Ionenimplantation und einen Glühprozeß gebildet.

Darauf wird als nächstes ein erster Siliziumoxidfilm 3 abgelagert.

Anschließend wird unter Verwendung eines Verfahrens zur chemischen Gas­ phasenabscheidung (CVD-Verfahren), dem eine vor Ort durchgeführte Ionen­ implantation von Fremdatomen folgt, ein p-leitender leitender Dünnfilm 4 für eine Basiselektrode gebildet, etwa aus Polysilizium, SiGe oder Ge. Danach wird auf dem leitenden Dünnfilm 4 ein zweiter Silizium-Oxidfilm 5 abgelagert.

In Fig. 4B wird der zweite Silizium-Dünnfilm 5 unter Verwendung einer Fotolack- Maske, die ein aktives Gebiet in dem Bauelement abgrenzt, geätzt, und danach wird der Fotolack entfernt.

In einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt wird der leitende Film 4 naß geätzt, um einen unterschnittenen Teil zu bilden, danach wird durch thermische Oxidation im unterschnittenen Teil des leitenden Films 4 eine thermische Oxid­ schicht 6 zur Bildung einer ersten Abstandsschicht gebildet, und darauf wird dann ein Siliziumnitridfilm 7 für die erste Abstandsschicht abgelagert.

Danach wird durch ein anisotropisches Trockenätzen dafür gesorgt, daß von dem Siliziumnitridfilm 7 nur dessen Seiten zurückbleiben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4C wird die erste Oxidschicht 3 weiter geätzt, wobei die zweite Oxidschicht 5 entsprechend der geätzten Dicke der ersten Oxidschicht 3 ebenfalls geätzt wird, und auf dem freigelegten vergrabenen Kollektor 2 wird eine Einkristall-Silizium-Kollektorschicht 8 gebildet.

In diesem Zeitpunkt wird der Einkristall-Dünnfilm 8 durch Hinzufügen von n-leiten­ den Fremdatomen oder eine Ionenimplantation und Wärmebehandlung nach dem Aufwachsen des Dünnfilms dotiert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4D wird die zweite Oxidschicht 5 geätzt. In diesem Fall wird der Siliziumnitridfilm 7 ebenfalls geätzt, und zwar entsprechend der Dicke des Siliziumoxidfilms 5. Zu dem thermischen Oxidationsprozeß gehört ferner, die Ober­ fläche der Kollektorschicht 8 vor dem obigen Ätzprozeß zu schützen.

Danach werden Basisschichten mit Heteroübergang gebildet, das heißt, auf dem freigelegten p-leitenden polykristallinen Silizium-Dünnfilm 4 und dem Einkristall- Dünnfilm 8 werden aufeinanderfolgend ein Silizium-Dünnfilm 9, ein undotierter SiGe-Dünnfilm 10, ein vor Ort mit p-leitenden Fremdatomen dotierter SiGe-Dünn­ film 11 und ein Silizium-Dünnfilm 12 aufgewachsen.

In dem obigen Verfahrensschritt werden dem SiGe-Dünnfilm 10 Fremdatome hinzugefügt, wenn der SiGe-Dünnfilm 10 vor Ort aufgewachsen wird, wobei die Fremdatome, die dem Siliziumfilm 12 hinzugefügt werden, entweder n-leitende oder p-leitende Fremdatome sind.

Zusätzlich können die Dünnfilme 10 und 11 oder alle Dünnfilme 10, 11 und 12 mit Ausnahme des Silizium-Dünnfilms 9 durch vor Ort dotierte p-leitende Silizium- Dünnfilme ersetzt werden. In dem obigen Verfahrensschritt wird auf dem Polysili­ zium-Dünnfilm 4 und der ersten Abstandsschicht 6 und/oder 7 ein polykristalliner Dünnfilm aufgewachsen, während auf der Kollektorschicht 8 ein Einkristall-Dünn­ film aufgewachsen wird.

Zusätzlich wird auf der oberen Schicht 12 der Basis durch Sputtern ein Metall oder Metallsilicid abgelagert, beispielsweise Titansilicid TiSi_2·X (X gleich 0 bis 9) 13.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4E wird ein inaktives Gebiet des Transistors geätzt, das heißt die Silicidschicht 13, die Basisschichten 12 bis 9 und die Polysilizium­ schicht 4, wobei eine Maske verwendet wird, die eine Basiselektrode abgrenzt, und darauf wird dann ein Siliziumoxidfilm 14 abgelagert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4F werden der Siliziumoxidfilm 14 und die Silicid­ schicht 13 geätzt, wobei ein Fotolack-Muster als Maske verwendet wird, die ein Emittergebiet abgrenzt.

Als nächstes wird Siliziumoxid darauf abgelagert, und auf beiden Seiten der Silicid­ schicht 13 und des Siliziumoxidfilms 14 wird unter Verwendung von anisotropi­ schem Ätzen eine zweite Abstandsschicht 15 gebildet.

Anschließend wird auf dem Siliziumoxidfilm 15 selektiv ein vor Ort dotierter n-leitender Silizium-Dünnfilm 16 für einen Emitter abgelagert.

In Fig. 4F-1 wird im Gegensatz zu der in Fig. 4F gezeigten Struktur ein vor Ort dotierter n-leitender Silizium-Dünnfilm 16 für den Emitter vollständig abgelagert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4G wird nach Erhalt der in Fig. 4F bzw. 4F-1 gezeigten Struktur der Polysilizium-Dünnfilm 17 abgelagert, indem vor Ort dotierte n-leitende Fremdatome hinzugefügt werden, oder es wird ein undotierter Polysilizium-Dünn­ film 17 abgelagert und dann durch Ionenimplantation der n-leitenden Fremdatome dotiert, wie in Fig. 4G-1 gezeigt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4H wird eine Polysilizium-Emitterelektrode 17 unter Verwendung eines Fotolack-Musters gemustert, und anschließend wird das Foto­ lack-Muster entfernt. Danach wird eine Passivierungs-Isolierschicht 18 abgelagert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4l werden auf der Basisschicht oder der Silicidschicht 12, der Emitterelektrode 17 und dem vergrabenen Kollektor 2 metallische Verbin­ dungsleitungen 19 durch die Passivierungs-Oxidschicht 18 und/oder die erste bzw. zweite Oxidschicht 3, 14 hindurch gebildet.

Wie oben erwähnt, hat die Erfindung die Vorteile, daß die Arbeitsgeschwindigkeit eines Bipolartransistors erhöht werden kann, indem eine Si/SiGe-Dünnfilmstruktur mit Heteroübergang gebildet wird, daß die Parasitärkapazität und der Parasitär­ widerstand des Bauelementes verringert werden und daß das Bauelement kleiner wird, wodurch eine hohe Geschwindigkeit, eine hohe Integration und ein niedriger Stromverbrauch erreicht werden.

Ferner hat die Erfindung das Verdienst, daß bei einem Hochgeschwindigkeits- Bauelement der Effekt der Verkleinerung der Durchbruchspannung zwischen dem Kollektor und der Basis oder zwischen dem Kollektor und dem Emitter, die von der Verringerung der Dicke des Kollektors abhängt, minimiert wird und daß das Bauelement leichter herstellbar ist, wodurch die Produktivität gesteigert wird.

Die Erfindung wurde zwar nur in bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungs­ form beschrieben, es können aber Modifizierungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Patent­ ansprüchen angegeben, zu verlassen.

Claims (14)

1. Superselbstausgerichteter Bipolartransistor mit Heteroübergang, enthaltend:
ein Halbleitersubstrat mit einem vergrabenen Kollektor;
einen ersten Oxidfilm und einen leitenden Dünnfilm für eine Basiselektrode, die aufeinanderfolgend auf dem Substrat gebildet sind;
einen Kollektor, der von dem leitenden Dünnfilm umgeben ist und der in einem aktiven Gebiet des Transistors, das durch Mustern des leitenden Dünnfilms und des ersten Oxidfilms abgegrenzt ist, auf dem vergrabenen Kollektor gebildet ist;
eine erste Abstandsschicht, die auf beiden Seiten des leitenden Dünnfilms gebildet ist, der den Kollektor umgibt;
eine Mehrschicht-Basis, die in dem aktiven Gebiet auf der obigen halbfertigen Struktur gebildet ist;
einen Emitter, der in einem durch Ätzen eines zweiten Oxidfilms abgegrenzten Emittergebiet des Transistors selektiv auf der Basis aufgewachsen ist;
eine zweite Abstandsschicht, die auf beiden Seiten des zweiten Oxidfilms gebildet ist, der den Emitter umgibt;
eine Emitterelektrode, die auf dem Emitter gebildet ist;
eine Passivierungs-Isolierschicht, die auf der gesamten Oberfläche der obigen halbfertigen Struktur gebildet ist;
und metallische Verbindungsleitungen, die auf der Basis, der Emitterelektrode und dem vergrabenen Kollektor gebildet sind und die durch die Passivierungs-Isolier­ schicht und/oder den ersten bzw. den zweiten Oxidfilm hindurchgehen.

2. Bipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter­ substrat ein Siliziumsubstrat ist.

3. Bipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb­ leitersubstrat ein Substrat mit Heteroübergangs-Struktur aus Si/SiGe/Ge ist.

4. Bipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb­ leitersubstrat ein Substrat mit einer Heteroübergangs-Struktur aus Si/Diamant/Si oder Ge ist.

5. Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der leitende Dünnfilm für die Basiselektrode p⁺-leitendes, vor Ort mit Fremdatomen dotiertes Polysilizium ist.

6. Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Abstandsschicht durch eine Doppelschicht aus einem Siliziumnitridfilm und einem Siliziumoxidfilm mit verschiedenen Ätzgeschwindig­ keiten gebildet ist, wodurch die Leistung verbessert wird.

7. Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mehrschicht-Basis aus Si/undotiertem SiGe/dotiertem SiGe/Si besteht.

8. Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er weiterhin eine Silicidschicht zwischen der Basis und dem zweiten Oxidfilm aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines superselbstausgerichteten Bipolartransistors mit Heteroübergang, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

• (a) auf der Oberseite eines Halbleitersubstrats mit einem vergrabenen Kollektor aufeinanderfolgend einen ersten Oxidfilm, einen leitenden Dünnfilm für eine Basis­ elektrode und einen zweiten Oxidfilm zu bilden;
• (b) den zweiten Oxidfilm und den leitenden Dünnfilm zu mustern und auf den Seiten eines freigelegten Teils des zweiten Oxidfilms und des leitenden Dünnfilms eine erste Abstandsschicht zu bilden;
• (c) einen freigelegten ersten Oxidfilm zu entfernen und auf einem abgegrenzten aktiven Gebiet selektiv einen Kollektor-Dünnfilm aufzuwachsen, dessen Höhe derjenigen des leitenden Dünnfilms für die Basiselektrode ungefähr gleicht;
• (d) auf der im Verfahrensschritt (c) erhaltenen halbfertigen Struktur eine Mehr­ schicht-Basis mit einer Heteroübergangs-Struktur zu aufzuwachsen;
• (e) unter Verwendung einer Maske, die die Basiselektrode abgrenzt, einen Teil des ersten Oxidfilms freizulegen und auf dieser halbfertigen Struktur einen dritten Oxidfilm zu bilden;
• (f) unter Verwendung einer Maske, die ein Emittergebiet abgrenzt, eine Oberseite der Mehrschicht-Basis freizulegen und auf den Seiten eines geätzten Teils eine zweite Abstandsschicht zu bilden;
• (g) auf dem durch die Verfahrensschritte abzugrenzenden Emittergebiet selektiv eine Emitterschicht aufzuwachsen;
• (h) auf der Emitterschicht eine Emitterelektrode zu bilden; und
• (i) einen Verdrahtungsprozeß durchzuführen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersub­ strat ein einzelnes Siliziumsubstrat, ein aus Si/SiGe/Ge hergestelltes Substrat mit Heteroübergang oder ein aus Si/Diamant/Si hergestelltes Substrat mit Hetero­ übergang ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm für die Basiselektrode p⁺-leitendes, vor Ort mit Fremdatomen dotiertes Polysilizium ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abstandsschicht durch eine Doppelschicht aus einem Siliziumnitridfilm und einem Siliziumoxidfilm mit verschiedenen Ätzgeschwindigkeiten gebildet wird, wodurch die Leistung verbessert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrschicht-Basis eine Heteroübergangs-Struktur Si/undotiertes SiGe/dotier­ tes SiGe/Si aufweist, wodurch eine Verschlechterung der Leistung des Bauele­ mentes infolge des Auftretens eines parasitären elektrischen Potentials verhindert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Verfahrensschritt (d) eine Silicidschicht auf der Oberseite der Mehrschicht-Basis gebildet wird, wodurch ein Parasitärwiderstand in der Basis minimiert wird.