DE3400295A1

DE3400295A1 - Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE3400295A1
Application number: DE19843400295
Authority: DE
Inventors: Hiromi Itami Hyogo Sakurai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-01-10
Filing date: 1984-01-05
Publication date: 1984-07-12
Also published as: JPS59126671A; US4897704A

Description

TER MEER- MÜLLER- STEINMEI^H : ^φ^ΐίΐί; ^eV₁C-I - Ρϊΐ^οΙ

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In den letzten Jahren gehen Bemühungen dahin, in bipolaren Schaltungen hohe Feinheit der Strukturen und einen hohen Integrationsgrad zu erzielen, also sogenannte LSI-Schaltungen (Large Scale Integration) herzustellen. Die Feinheit der Transistoren bei bipolarer LSI wird durch verschiedene Techniken wie Fotolithografie, Trockenätzen und dergleichen zusätzlich zur herkömmlichen Technik der Oxidisolation verbessert. Es sind bereits viele Tra.nsistora.ufbauten mit neuen Strukturen und/oder neuer Herstellart der Oxidisolation vorgeschlagen worden. Ein Aufbau eines Halbleiterbauteils vom Typ eines Transistors mit seitenwandkontaktierter Basis (SICOST) ist aus IEEE Transaction on Electron Devices, Bd. ED-29, Nr. 4, April 1982, S. 596 - 600 bekannt. Bei diesem Aufbau ist es möglich, die Kollektor-Basisübergangskapazität C_TC und die Emitter-Basis Übergangskapazität C„_E deutlich dadurch zu erniedrigen, daß ein Kollektor-Basis-Übergang und ein Emitter-Basis-Übergang nur jeweils in einer der Hauptflächen eines aktiven Basisbereichs angebracht wird und keine Übergänge in inaktiven Ba.sisbereichen vorhanden sind. Dadurch wird die Funktionsfähigkeit bipolarer LSIs durch Verwendung von SICOST-Aufbauten erheblich verbessert.

In Fig. 1 ist ein SICOST gemäß dem Stand der Technik dargestellt. .

In einem Teil eines P~-Siliziumsubstrates 1 ist von einer Hauptoberfläche her eine versenkte N -Kollektorschicht 2 eingebracht. Auf dieser Schicht sind ein N~-Kollektorbereich 3, ein P⁺-aktiver Basisbereich 4 und ein N⁺-Emitter-

TER MEER-MÖLLER

bereich 5 in der genannten Reihenfolge aufgebracht, wodurch ein NPN-Transistor mit N"P⁺N⁺-Struktur gebildet ist.Die Bereiche bestehen jeweils aus einkristallinen Siliziumschichten. Ein N⁺-Kollektoranschlui3bereich 6 aus einer einkristallinen Siliziumschicht ist über einem Teil der versenkten N⁺-Kollektorschicht 2 aufgebracht, der von dem Teil unterschieden ist, über dem der N~-Kollektorbereich 3 aufgebracht ist. Eine P⁺-Trennschicht 7 bedeckt die gesamte Hauptoberfläche des P~-Siliziumsubstrates 1 mit Ausnahme des Teiles ab, in dem die versenkte N⁺-Kollektorschicht 2 vorhanden ist. Über der Oberfläche der versenkten N⁺-Kollektorschicht und der Oberfläche der P⁺-Trennschicht J ist ein SiOg-PiIm 8 aufgebracht, der den N'-Kollektorberelch ~5, den aktiven P⁺- Basisbereich 4, den N⁺-Emitterbereich 5 und den N⁺-Kollektoranschlußbereich 6 umgibt. Ein inaktiver polykrjstalliner P⁺- Basisbereich 9 aus einer polykristallinen P⁺-Siliziumschicht ist ebenfalls im SiOg-Film 8 eingebettet. Das eine Ende des Basisbereiohs 9 umgibt einen vorgegebenen Bereich der Seitenwand des aktiven P⁺-Basisbereichs 4 und kontaktiert diesen.

Eine Basiselektrode 10 aus einem Aluminiumfilm kontaktiert das andere Ende des inaktiven polykristallinen P -Basisbereichs 9 durch ein Kontaktloch, das in einem Teil des SiOg-Pilms 8 ausgespart ist. Die kontaktierte Stelle befindet sich am anderen Ende des Basisbereichs 9· Eine Emitterelektrode 11 aus einem Aluminiumfilm steht in Verbindung mit dem N⁺-Emitterbereich 5. Eine Kollektorelektrode 12 aus einem Aluminiumfilm steht in Kontakt mit dem N⁺-Kollektoransehlußbereich 6.'

Bei diesem bekannten Bauteil überlappen der N~-Kollektorbereich 3, der aktive P⁺-Basisbereich 4 und der N⁺-Emitterbereich 5 einander in der genannten Reihenfolge über der ver-

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senkten N -Kollektorschicht 2. Dementsprechend bestehen ein Kollektor-Basis-Übergang und ein Emitter-Basis-Übergang nur zwischen dem aktiven P⁺-Basisbereich 4 und dem N~-Kollektorbereich 3 einerseits und dem N⁺-Emitterbereich 5 andererseits. Es liegen keine PN-Übergänge zwischen dem inaktiven P⁺-Basisbereich 9 und dem N~-Kollektorbereich 3 und zwischen dem inaktiven Basisbereich 9 und dem N⁺-Emitterbereich 5 vor. Dies heißt, daß der angegebene Transistor so aufgebaut ist, daß der Emitter-Basis-Übergang zwischen der Seitenwand des Emitterbereichs und dem inaktiven Basisbereich, also dem Teil der Basis mit Ausnahme dem aktiven Teil, entfernt ist. Entsprechend ist der Kollektor-Basis-Übergang zwischen dem inaktiven Basisbereich und dem Kollektorbereich entfernt. Dadurch besteht ein Unterschied zu einem Transistor mit herkömmlichem Aufbau, bei dem der Basisbereich in einem Teil der Oberfläche des Kollektorbereichs und der Emitterbereich in einem Teil der Oberfläche des Basisbereichs angebracht ist. Mit dem beschriebenen Transistor ist es möglich, die Kollektor-Basis-Übergangskapazität Cm_C und die Emitter-Basis-Übergangskapazitat 0"_φΤ7 gegenüber herkömmlichen Transistoren erheblich zu verringern. Mit zunehmender Verfeinerung der Strukturen ist es von großem Vorteil, daß insbesondere die Emitter-Basis-Übergangskapazität Cm_E verringert werden kann. Wenn zum Beispiel die Fläche des Emitterbereichs 0,5 pm im Quadrat und die Diffusionstiefe von Verunreinigungen 0,4 um ist,

2 ist die Fläche des Bodens des Emitterbereichs 0,25 um

¹ ? (= 0,5 χ 0,5) und die Fläche der Seitenwand ist 0,8 ,um (= 0,5 χ 4 χ 0,4). Entsprechend wird die Emitter-Basis-Übergangskapazltät C_TE des beschriebenen Bauteils im Vergleich zur entsprechenden Kapazität eines herkömmlichen Transistors nur ein Viertel. Es ist dies nämlich das Verhältnis der Fläche des Grundes des Emitterbereichs in Kontakt mit dem Basisbereich (0,25 um ) in bezug auf die Fläche,

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die durch Addieren der Fläche der Seitenwand des Emitterbe-

2 reichs in Kontakt mit dem inaktiven Basisbereich (0,8 um ) zur oben erwähnten Fläche des Grundes (0,25 Jjm ) erhalten wird, was insgesamt etwa 1 um (= 0,25 + 0,8) ergibt. Darüberhinaus ist es möglich, das Verhältnis der Übergangskapazitäten C_TE der beiden angegebenen Transistoren dadurch noch geringer zu machen, daß die Verunreinigungsdichte des oberen Teiles des Emitterbereiches größer gewählt wird als des Grundes. Dadurch werden die Eigenschaften bipolarer LSI-Schaltungen mit beschriebenen Transistoren noch günstiger als die mit zuvor bekannten Transistoren.

Die Vorteile des Bauteils gemäß Fig. 1 werden im folgenden an Hand eines konkreten Beispiels näher erläutert.

In ECL-Schaltungen, die aus einem Stromschalttransistor und einem Emitterfolgertransistor bestehen, ist die Verzögerungszeit t _d durch folgende Formel gegeben.

^fcpd - °>7 ^rbb'· ^CIN ⁺ °'^{7 R}C <^CTS ^{+ C}R> ⁺ °'⁵ χ 0,7 x (R₀ + r_bb«) C_INEp + 0,5 4 Vo.C_Ep/l_Ep .... (I)

wobei R_c - _Δ V_o/I_cs

C_1n = 2C_TC + 0,5 C_TE + I_sc/(2 ^MV^)

.... äquivalente Einga.ngska.pazitat

(Einheit : F) C_mo Kollektor-Substrat-Übergangskapazi-

lib

tat (Einheit : F)

r,' .... Basiswiderstand (Einheit : Sl )

A ^VTN ' * * * ^LoS^isciie Eingangsamplitude (Einheit ; V)

Logische Auögangsamplitude (Einheit : V)

m*sybisfci'-srehkl -

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTEF* : ϊ Γ : : ; *"Z~

C_R .... Parasitäre Kapazität der Kollektorlast (Einheit : P)

L_cs .... Schaltstrom (Einheit : A) "EP" .... dieser Index zeigt die Bezugnahme auf den Emitterfolgertransistor an.

Wenn der beschriebene SICOST dazu dient, einen ECL-Schalttransistor und -Emitterfolgertransistor mit jeweils gleichem Aufbau aufzubauen, kann die obige Formel (I) in die unten stehende Formel (II) umgeändert werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß die folgenden Konstanten die Feinheit der Struktur angeben. Es ist dadurch möglich, das Verhältnis, das durch die Ubergangskapazitäten hervorgerufen ist, auszudrücken.

Ct₇^ = C_T1,_T (dabei ist angenommen, daß der Emitter-

Ür J.JN

folgertransistor nur das Tor des nächsten

Schaltungsteils ansteuert)

¹EP ^{= 1}CS ^{= 3}°° (H^A)' ^Cr = °>⁰¹⁴ r_bb ^!= 200 (Sl)

üV₀ = ά V_1n = 0,6 (V), f_T = 5 (GHz) t_pd = 2.820 C_TC + 0,705 C_TE + 1.400 C₇₃

+ 0.042 (nsec) ... (II) wobei die Einheit der Kapazitäten C_TC, C_TE und CL₁O pP ist

Obwohl die Möglichkeit des Verringerns der Ubergangskapazitäten C_TS und C_Tp zu einem großen Teil dazu beiträgt, die Verzögerungszelt t , in ECL-Schaltungen durch Bauteile der angegebenen Art zu verringern, ist es dennoch erforderlich, die Kollek tor-Substrat-Ubergangskapazität CL₁₃ ebenfalls zu verringern, um die Verzögerungszeit noch erheblich weiter ver-

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. ste.nme.3te*T: WtsuHlehjr-pBnki - F-3U5-02

kürzen zu können. Es ist jedoch nicht einfach, die Kollektor-Substrat-Übergangskapazität Cm₃ zu verringern, die durch den PN-Übergang zwischen der versenkten N -Kollektorschicht 2 und dem P⁺-Siliziumsubstrat 1 und zwischen der versenkten Kollektorschicht 2 und der P⁺-Trennschicht 7 vorhanden ist, da der N~-Kollektorbereich 3 und der N⁺-Kollektoranschlußbereich 6 auf der Oberfläche der versenkten Kollektorschicht 2 aufgebracht sein müssen, was dazu führt, daß die Abmessung der versenkten N⁺-Kollektorschicht 2 nicht verringert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauteil mit SICOST-Struktur der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Kollektor-Substrat-Übergangskapazität C_mC3 so gering ist wie möglich.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Hauptanspruch gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß gar keine versenkte Kollektorschicht zwischen dem Kollektorbereich und dem Kollektoranschlußbereich mehr vorhanden ist. Dadurch ist der oben beschriebene, negative Einfluß der zu großen Abmessung einer solchen versenkten Kollektorschicht völlig umgangen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Figuren näher veranschaulicht. Es zeigen:

Pig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen SICOST bekannter Art;

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Pig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen anmeldegemäßen SICOST; und

Pig. jüA - ρ schematische Querschnitte durch Halbleiter-Strukturen während des Hersttdlprozesses des Bauteiles gemäß Fig. 2.

In Fig. 2 ist ein SICOST als bevorzugte Ausführungsform eines anmeldegemäßen Halbleiterbauteils dargestellt. Auf bereits an Hand von Pig. I beschriebene Bereiche wird nicht mehr näher eingegangen. "Der Aufbau gemäß Fig. 2 weist zusätzlich zu dem von Fig. 1 unter anderem einen ersten polykristallinen P -Basisanschlußbereich 9a auf, der dem inaktiven polykristallinen P -Basisbereich 9 des bekannten Bauteils entspricht. Ein N⁺-Kollektorbereich Ij5 aus einer polykristallinen Siliziumschicht ist zusätzlich zwischen dem N~-Kollektorbereich 5 und dem Teil der Oberfläche der versenkten N⁺-Kollektorschicht 2 angeordnet, der dem N~-Kollektorberelch 3 entspricht. Im SlOg-FiIm 8 ist ein erster polykristalliner N⁺-Kollektorbereich 14 aus einer polykristallinen N⁺-Siliziurnschicht angeordnet. Das eine Ende des Bereichs umgibt einen Teil der Seitenwand des N⁺-Kollektorbereichs 1J> und kontaktiert diesen dadurch, und das andere Ende des Bereichs 14 ist mit einem zweiten polykristallinen N⁺-Kollektoranschlußbereich 15 verbunden, der weiter unten beschrieben ist. Der zweite polykristalline N⁺-Kollektoranschlußbereich I5 aus einer polykristallinen N -Siliziumschicht steht über eine Kontaktöffnung im SiOp-PiIm 8 mit dem ersten polykristallinen N⁺-Kollektoranschlußbereich 14 in Verbindung. Die Kontaktöffnung befindet sich am anderen Ende des ersten Kollektoranschlußbereichs 14. Ein zweiter polykristalliner P⁺-Basisanschlußberelch 16 aus einer polykristallinen P⁺-

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Siliziumschicht steht über eine Kontaktöffnung in dem SiOp-PiIm 8 mit dem ersten polykristallinen P⁺-Basisanschlußbe~ reich 9a in Verbindung. Die Kontaktöffnung befindet sich an dem Ende des Basisanschlußbereichs 9a> das dem aktiven P⁺- Basisbereich 4 entgegengesetzt ist. Eine Basiselektrode 10 ist mit dem zweiten polykristallinen P⁺-Basisanschlußbereich 16 und eine Kollektorelektrode 12 mit dem zweiten polykristallinen N⁺-Kollektoranschlußbereich 15 verbunden.

Ein Verfahren zum Herstellen des beschriebenen Bauteils wird nun an Hand der Pig. 3A - P an Hand der Hauptschritte erläutert.

Wie in Fig. J5A dargestellt, wird die P⁺-Trennschicht 7 durch Einführen von P-Verunreinigen in die Hauptoberfläche des P~- Siliziumsubstrates 1 erzeugt. Ein erster SiOp-PiIm 8a wird auf der Oberfläche der P⁺-Trennschicht 7 durch einen Oxidationsprozeß so hergestellt, daß die Dicke etwa 300 nm beträgt.

Im nächsten Schritt wird die erste polykristalline Siliziumschicht selektiv auf dem Teil der Oberfläche des ersten Sio_p-Filmes 8a aufgebracht, der dem Gebiet entspricht, in dem der erste polykristalline N⁺-Kollektoranschlußbereich 14 liegen soll. In die erste polykristalline Siliziumschicht werden N-Verunreinigungsionen, z. B. Arsen (As), Phosphor (p) implantiert und nach dem Implantieren wird ein Diffusionsprozeß durchgeführt, bei dem a.uch durch die Implantation hervorgerufene Fehler ausgeheilt werden. Die Diffusion erfolgt in einem Erwärmprozeß in einer Stickstoffatmosphäre bei 1050 ⁰C. So wird der erste polykristalline Kollektoranschlußbereich hergestellt.

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Danach wird, wie in Pig. 3B dargestellt, ein zweiter SlCU-FiIm 8b auf der Oberfläche des Kollektoransehlußbereicihs 14 und auf der Oberfläche des ersten SiO₂-Filmes 8a aufgebracht, was durch Sputtern oder ein CVD-Verfahren so erfolgt, daß die Dicke über dem ersten Kollektoranschlußbereich 14 etwa 300 nm wird. Dann wird eine zweite polykristalline Siliziumschicht von etwa 400 nm Dicke selektiv auf dem Teil der Oberfläche des zweiten SiOg-Filmes 8b aufgebracht, der dem Gebiet entspricht, in dem der erste polykristalline P⁺-Basisanschlußbereich hergestellt werden soll. Danach werden P-Verunreinigungsionen, 2. B. Bor-Ionen (B), in die zweite polykristalline Siliziumschicht implantiert und diese Verunreinigungsionen werden eindiffundiert, wobei gleichzeitig durch das Implantieren der P-Verunreinigungsionen hervorgerufene Schaden ausgeheilt werden. Der Prozeß erfolgt in einer Stickstoffatmosphäre bei I050 C, wodurch der erste polykristalline P⁺- Basisanschlußbereich 9a hergestellt wird. Dann wird ein dritter SiOo-PiIm 8c auf der Oberfläche des ersten Basisanschlußbereichs 9a und auf der Oberfläche des zweiten SiOp-Fllmes 8b aufgebracht, was durch Sputtern oder durch ein CVD-Verfahren so erfolgt, daß die Dicke dieser Schicht über dem ersten Basisanschlußberelch größer als J500 nm wird. Der erste SiOp-PiIm 8a, der zweite SiO₂-FlIm 8b und der dritte SiO₃-PiIm 8c bilden den SiOg-PiIm 8 gemäß Fig. 2.

Im nächsten Schritt wird gemäß Fig. J5C ein Resistfilm I7 als Ätzmaske auf der Oberfläche des dritten SiOp-Filmes 8c aufgebracht. Der Resistfilm I7 weist eine öffnung 18 an der Stelle auf, an der der erste Basisanschlußbereich 9a durch den zweiten polykristallinen P^Basisanschlußbereich kontaktiert werden soll. Eine öffnung I9 liegt an der Stelle über der P⁺-Trennschicht 7> auf der der N -Kollektorbereich 13>

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der N~-Kollektorbereich 3* der aktive P⁺-Basisbereich 4 und der N⁺-Emitterbereich 5 in dieser Reihenfolge übereinander aufgebracht werden sollen. Eine öffnung 20 ist an der Stelle angebracht, an der der zweite polykristalline N⁺-Kollektoranschlußbereich zürn Kontaktieren des ersten Kollektoranschlußbereichs 14 aufgebracht werden soll.

Danach wird, wie in Fig. 3D dargestellt, eine Kontaktöffnung 21 hergestellt, die sich von der Oberfläche des SiOg-Filmes 8c bis zur Oberfläche des ersten Basisanschlußbereiches 9a erstreckt. Diese öffnung wird unterhalb der öffnung 18 im Resistfilm 17 hergestellt. In der öffnung 21 wird der zweite polykristalline P⁺-Basisanschlußbereich hergestellt. Eine Kontaktöffnung 22a wird in dem Teil des dritten SiOp-Filmes 8c unterhalb der öffnung 19 im Resistfilm durch einen Ionenätzprozeß mit dem Resistfilm 17 als Maske hergestellt. In der Kontaktöffnung 22a wird dann der N⁺- Emitterbereich hergestellt. Gleichzeitig mit den anderen öffnungen wird eine Kontaktöffnung 23 von der öffnung 20 im Resistfilm 17 aus von der Oberfläche des SiOg-Filmes 8c bis zur Oberfläche des ersten Kollektoranschlußbereichs 14 durch den dritten SiOg-FiIm 8c und den zweiten SiOg-FiIm 8b hindurch hergestellt. In der Kontaktöffnung 23 wird der zweite polykristalline N^-Kollektoranschlußbereich hergestellt. Die Kontaktöffnungen 21, 22a und 23 können einfach und gleichzeitig hergestellt werden, da. die Ätzgeschwindigkeit des SiOo-Fllmes beim reaktiven Ionenätzen mehr als zehnmal größer ist als die Ätzgeschwindigkeit einer polykristallinen Siliziumschicht. Durch das reaktive Ionenätzen ist dazuhln ge-

währleistet, daß die Querschnitte der Kontaktöffnungen 21, 22a und 23 im wesentlichen denen der öffnungen 18, 19 und entsprechen, da. bei diesem Verfahren kaum ein Ätzen nach der Seite hin erfolgt.

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Danach wird, wie in Fig. 3E dargestellt, der Resistfilm I7 von der Oberfläche des dritten SiCU-Fllmes 8c entfernt, und ein neuer Resistfilm 24, der die Kontaktlöcher 21 und 23 abdeckt und eine öffnung 25 über der Kontaktöffnung 22a aufweist, wird auf der Oberfläche des dritten SiOp-Filmes 8c aufgebracht. Eine Kontaktöffnung 22b von der Oberfläche des ersten polykristallinen Basisanschlußbereiches 9a bis zur Oberfläche, der Trennschicht 7 wird durch den ersten Basisanschlußbereich 9a, den SiOo-FiIm 8b, den ersten Kollektoranschlußbereich 14 und den SiOg-FiIm 8a unterhalb der Kon-'taktöffnung 22a angebracht, was durch reaktives lonenätzen durch die öffnung 25 und die Kontaktöffnung 22 hindurch mit dem Resistfilm 24 als Maske erfolgt. Dann wird eine Schicht mit implantierten N⁺-lonen, die die versenkte N -Kollektorschicht wird, an der Stelle der Oberfläche der P -Trennschicht 7 erzeugt, die in der Kontaktöffnung 22b frei liegt. N-Verunreinigungen, z. B. As oder P, werden durch die öffnung 25 im Resistfilm 24 und die Kontaktöffnungen 22a und 22b implantiert.

Danach wird, wie in Fig. 3F dargestellt, epltaktisch eine N~-Sillzlumschicht mit einem Widerstand von etwa 1 - 2 SX cm auf dem Teil der Oberfläche des ersten Basisanschlußbereichs 9a aufgebracht, der unterhalb der Kontaktöffnung 21 frei liegt. Die epitaktische Schicht wird auch a,uf der Oberfläche der Schicht 26 mit implantierten N⁺-Ionen aufgebracht, die durch die Kontaktöffnungen 22a und 22b frei liegt. Weiterhin wächst die epitaktische Schicht auf dem Teil des ersten Kollektoranschlußbereichs 14 auf, der durch die Kontaktöffnung 23 hindurch zugänglich ist. Bei diesem Verfahren wird eine einkristalline Siliziumschicht auf einer einkristallinen Grundlage erzeugt, eine polykristalline Siliziumschicht wird auf einer polykristallinen Grundlage er-

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zeugt und auf einem SiOp-PiIm erfolgt überhaupt kein Wachstum. Dadurch entstehen polykristalline N~-Siliziumschichten auf dem Teil der Oberfläche des ersten polykristallinen Basisanschlußbereiches 9a, der durch die Kontaktieröffnung 21 frei liegt, und auf dem Teil der Oberfläche des ersten polykristallinen N~-Kollektoranschlußbereichs 14, der durch die Kontaktöffnung 2J> frei liegt. Eine einkristalline N'-Siliziumschicht wächst dagegen auf dem Teil der Oberfläche der Schicht 26 mit implantierten N⁺-Ionen auf, der durch die Kontaktöffnungen 22a und 22b frei liegt. Aus dieser einkristallinen N~-Siliziumschicht entsteht die Transistorstruktur aus Kollektorbasis und Emitter durch Diffusion. Unten entsteht der N⁺-Kollektorbereich IJ durch Eindiffusion von N-Ionen von der Implantierten N⁺-26 und dem ersten polykristallinen N⁺-Kollektoranschlußbereich 14 her. Der aktive P⁺-Basisbereich 4 entsteht an der Stelle, an der die epitaktische einkristalline Siliziumschicht in Kontakt mit dem ersten P⁺-Boüisanschlußbereich 9a steht, wodurch P-Verunrelnigungen von dort eindiffundieren. Der N~-Kollektorbereich 3 liegt dann zwischen dem durch Diffusion entstandenen aktiven P⁺-Baslsbereieh 4 und dem ebenfalls durch Diffusion entstandenen N⁺-Kollektorbereich IJ. Gleichzeitig bildet sich durch Diffusion die versenkte N⁺-Kollektorschicht 2, indem N-Verunreinigungsionen aus der N⁺-Implantationsschicht 26 in die P⁺-Trennschicht 7 und das P'-Siliziumsubstrat 1 diffundieren. Es werden dann noch der N⁺-Emitterbereich 5, der den aktiven P⁺-Basisbereich 4 kontaktiert, und der zweite polykristalline N⁺-Kollektoranschlußbereich 15» der in Kontakt mit dem ersten Kollektoranschlußbereich 14 steht, hergestellt. Dies erfolgt durch Implantation und Diffusion von N-Verunreinigungsionen, z. B. As oder P, in die einkristalline N~-Siliziumschicht in der Anschlußöffnung 22a und in die polykristalline N~-Siliziumsehicht in der An-

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Schlußöffnung 235. Der Emitterbereich 5 und der Kollektoranschlußbereich 15 können gleichzeitig hergestellt werden, da die Diffusionsgeschwindigkeit von Verunreinigungen in einer polykristallinen Siliziumschicht schneller ist als in einer einkristallinen Schicht. Danach wird der zweite polykristalline P -Basisanschlußbereich 16, der in Kontakt mit dem er-,sten Basisanschlußbereich 9a steht, in der Anschlußöffnung durch Implantation und Diffusion von P-Verunreinigungen, zum Beispiel Bor (B) hergestellt.

Abschließend werden, wie in Fig. 2 dargestellt, die Basiselektrode 10, die Emitterelektrode 11 und die Kollektorelektrode 12 hergestellt, die mit dem zweiten Basisanschlußberelch 16, dem Emitterbereich 5 bzw. dem Kollektoranschlußbereich 15 verbunden sind.

Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform überlappen, unterschiedlich vom bekannten Bauteil gemäß Fig. 1, der N⁺- Kollektorbereich IJ, der N~-Kollekborbereich 3>, der aktive P -Basisbereich 4 und der N -Emitterbereich 5 in dieser Reihenfolge einander. Damit ist es möglich, die Abmessungen der versenkten Kollektorschicht 2 gegenüber den Abmessungen beim bekannten Bauteil gemäß Fig. 1 zu verringern. Damit ist es möglich, die Kollektor-Substrat-Übergangskapazität C_nO, die durch die PN-Übergänge zwischen· der versenkten N -Kollektorschicht und dem P~-Silizlumsubstrat bzw. der versenkten Kollektorschicht 2 und der P⁺-Trennschicht 7 gebildet sind, auf ein Viertel des Wertes des bekannten Bauteiles gemäß Fig. 1 zu verringern. Wenn z. B. die Fläche der Haupt-Oberfläche des N -Emitterbereichs 0,25 um (= 0,5 χ 0,5) ist, ist die Emitter-Basis-Übergangskapazität C_T„ 0,007 pF, die

Kollektor-Basis-Übergangskapazität C_TC ist 0,030 pF und die

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Mi-1 s-ub

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Kollektor-Substrat-Übergangskapaziiät CLo ist 0,090 pP beim bekannten Bauteil gemäß Pig. 1. Beim anmeldeg«maßen Bauteil sind die Ubergangskapazitäten C_rj,₂ und 0^_n dieselben wie beim bekannten Bauteil, jedoch ist die Kollektor-Substrat-Übergangskapazität C_TS nur 0,023 pF. Damit wird eine Verbesserung um y\ % erzielt, da die Veraögerungszeit t _d einer ECL-Schaltung nur 0,164 nsec ist., gegenüber einer Verzögerungszeit bei einem bekannten Baute!..1 von 0,250 nsec.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform besteht darin, daß die Dicke des SiOp-Films 8 gegenüber der beim bekannten Bauteil auf 5/3 erhöht werden kann. Die folgende Erläuterung wird in bezug auf die Verdrahtungskapazität einer LSI-Schaltung gegeben. Bei Verwendung einer Aluminiumverdrahtung einer Breite von 4,5 ^m in der ersten Schicht ist eine Verzögerungszeit von 0,1 nsec/mm unvermeidbar. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist es jedoch möglich, die Verzögerungszelt auf 0,06 nsec zu kürzen, da diese durch die Kapazität zwischen der Verdrahtung und dem Substrat bestimmt ist, die Kapazität bei der Ausführungsform auf Grund der Dicke des SiOp-Filmes 8 von 5/3 der Dicke beim bekannten Bauteil erheblich erniedrigt ist, Dieser Vorteil der Verringerung der durch die Aluminiumverdrahtung hervorgerufenen Verzögerungszeit ist insbesondere daher wichtig, da. die Aluminiumverdrahtung zur GesamtVerzögerungszeit durch ihre erhebliche Länge einen großen Teil beiträgt, was durch Vergleich mit den oben angegebenen,, durch die ECL-Schaltung hervorgerufenen Verzögerungszeit, ist, Wenn die Länge der Aluminiumverdrahtung etwa 3 ^m ist, welche Länge bei Gate Array-LSI-Schaltungen häufig auftritt, ist die Verzögerungszelt t _Λ beim bekannten Bauteil 0,550 nsec (= 0,250 + 3 x 0,1) pu

Dagegen ist dieser Wert beim Ausführungsbeispiel nur t , =

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0,^44 nsec (0,164 + 3x 0,06), was zu einer 4o $igen Verbesserung des Bauteils führt. Für Eingangs- und Ausgangsfächer kann der durch die Verringerung der Übergangskapazität hervorgerufene Vorteil noch erheblich größer sein.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen NPN-Transistor mit N⁺P⁺N~N⁺-Struktur mit einem N⁺-Emitterbereich 5, einem aktiven P -Basisbereich 4, einem N~-Kollektorbereich 3 und einem N -Kollektorbereich 13· Für manche Schaltungseigenschaften ist es erwünscht, daß NPN-Transistoren dieses Typs eine Zwei-Richtungs-Eigenschaft der Stromverstärkung aufweisen, für gleiche Verstärkung in beiden Richtungen. Um dies zu erhalten, reicht es, einen N~- Emitterberelch zwisohen dem N⁺-Emitterbereich 5 und dem aktiven Basisbereich 4 beim Herstellschritt gemäß Fig. j5F.zurückzubehalten, wodurch auf einfache Art und Weise ein NPN-Transistor mit N⁺N"P⁺N"N⁺-Struktur mit gleichen Eigenschaften in beiden Richtungen erhalten wird. DarUberhlnaus ist es möglich, einen NPN-Transistor mit völlig gleichmäßigen Eigenschaften in beiden RJe htungen dadurch zu erhalten, indem der Emitterbereich denselben Aufbau erhält wie der Kollektorbereich. Transistoren, bei denen die Eigenschaften in beiden Richtungen völlig gleichwertig sind, erlauben freie Wahl zwischen Emitterbereich und Kollektorbereich für die Schaltungen, was den Freiheitsgra,d beim Schaltungsdesign erhöht.

Dies ist besonders vorteilhaft beim Aneinanderreihen von NPN-Transistoren, was zu hoher Integrationsfähigkeit führt.

Beim Ausführungsbeispiel bestehen der erste Basisanschlußbereich 9a, der zweite Basisanschlußbereich 16, der erste Kollektoranschlußbereich 14 und der zweite Kollektoranschlußbereich 15 aus polykristallinen Siliziumschichten. Die Schichten können aber auch aus anderem Material, z. B. polykristalli-

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nen Silicid-Schichten aus Verbindungen von Metallen und polykristallinem Silizium bestehen.

Statt eines P~-Siliziumsubstrates 1 kann auch ein N~-Siliziumsubstrat verwendet werden. Dann ist es aber erforderlich, die P-Bereiehe duroh N-Bereiche zu ersetzen und umgekehrt.

Auf Grund der anmeldegemäßen Struktur ist es möglich, die Abmessungen einer versenkten Koilektorschicht gegenüber den Abmessungen bei einem bekannten Bauteil zu verringern. Dementsprechend ist.es möglich, die Kollektor-Substrat-Übergangskapazität C zu verringern, die durch den PN-Übergang zwi-

TS

sehen der versenkten Koilektorschicht und dem Siliziumsubstrat hervorgerufen ist. Dies führt zu einer Verbesserung der Eigenschaften entsprechender Bauteile.

10.

- Leerseite -

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Ohem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

TÄSee £ ^Μϋ1ΐΘΓ Artur-Lndebook-Straeae _Ö1

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-4SOO BIELEFELD 1

Mü/J/ho

F-3145-02

05. Jan. 1984

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA 2-3, Marunouchi 2-ehome, Chlyoda-ku Tokyo, Japan

Halbleiterbauteil

Priorität: 10. Januar I983, Japan, Nr. 58-3141

ANSPRÜCHE

^flj Halbleiterbauteil vom Typ eines Transistors mit seitenwandkontaktierter Basis (SICOST = Sidewall Contaet Structure Transistor) mit

- einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps,

- einem Transistoraufbau mit

— einem zweiten Kollektorbereich (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps,

-- einem Basisbereich (4) vom ersten Leitfähigkeitstyp und

— einem Emitterbereich (5) vom zweiten Leitfähigkeitstyp,

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— welche drei Bereiche jeweils einkristalline Halbleiterschichten sind und in der genannten Reihenfolge übereinander auf einer Hauptfläche des Substrates aufgebracht sind,

- einer Isolierschicht (8), die auf der Hauptfläche des Substrates (1) aufgebracht ist und den zweiten Kollektorbereich, den Basisbereich und den Emitterbereich umgibt, und

- einem Basisanschlußbereich (9a), der in die Isolierschicht eingebettet ist, dessen eines Ende eine Seitenwand des Basisbereichs (4) kontaktiert und dessen anderes Ende sich unterhalb der Oberfläche der Isolierschicht erstreckt,

gekennzeichnet durch - einen ersten Kollektorbereich (13)'vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der auf der dem Basisbereich (4) gegenüberliegenden Seite des zweiten Kollektorbereichs (3) angeordnet ist und eine Verunreinigungskonzentration höher als die des zweiten Bereichs aufweist, und der von der Isolierschicht (8) umgeben ist, und

- einen Kollektoranschlußbereich (14), der in die Isolierschicht eingebettet ist und dessen eines Ende eine Seitenwand des ersten Kollektorbereichs (13) kontaktiert und dessen anderes Ende in der Isolierschicht unterhalb der Oberfläche derselben in einem anderen Teil als der Basisanschlußbereich (9a) verläuft.
2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Substrat (1) aus Silizium besteht,

- eine versenkte Kollektorschicht (2) in einer Hauptfläche des Siliziumsubstrates vorhanden ist,

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- Jeder der vier Bereiche (13, 3, 4, 5) des Transistoraufbaus aus einer einkristallinen Siliziumsehicht besteht,

- der Kollektoranschlußbereich (14) aus einer polykristallinen Schicht und

- der Basisanschlußberelch (9a) ebenfalls aus einer p'olykristallinen Schicht besteht.
3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristallinen Schichten (9a, 14) polykristalline Siliziumschichten sind.
4. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristallinen Schichten (9a, 14) polykristallin Silicidschichten aus chemischen Verbindungen von Metallen mit polykristallinem Silizium sind.