DE69222393T2

DE69222393T2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium

Info

Publication number: DE69222393T2
Application number: DE69222393T
Authority: DE
Inventors: Akio Matsuoka; Michiko Tsukada
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2012-11-07
Also published as: EP0541122A1; US5462889A; DE69222393D1; EP0541122B1

Description

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium mit reduziertem Widerstand, die in integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungen enthalten ist.
Hochfrequenz-Halbleitervorrichtungen, wie integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungen, die im Stand der Technik in weitem Gebrauch sind, umfassen einen Widerstand aus polykristallinem Silizium. Der Grund dafur ist folgender. Es ist bei solchen Hochfrequenz-Halbleitervorrichtungen allgemein wünschenswert, die parasitären Kapazitäten zu reduzieren. Momentan erlaubt es der Einsatz der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium in solchen integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungen, daß die parasitäre Kapazität im Vergleich mit dem Einsatz eines diffundierten Widerstands deutlich reduziert werden kann. Die Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium ist ebenfalls mit einem Dotierungsmittel dotiert, um den Widerstand zu vermindern. Somit sind solche Halbleitervorrichtungen einschließlich der Widerstandsschicht mit dotiertem polykristallinem Silizium als Hochfrequenzvorrichtungen geeignet.
Im Stand der Technik kann eine integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltung einschließlich der Widerstandsschicht aus dotiertem polykristallinem Silizium durch die folgenden Schritte hergestellt werden, die in den Fig. 1A bis 1F dargestellt sind.
Mit Bezug auf Fig. 1A wird ein P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 vorbereitet, um die integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltung zu bilden. Eine versenkte N&spplus;-Siliziumschicht 3 wird in den P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 gebildet&sub1; wonach eine N- Epitaxie-Schicht 1 auf der versenkten N&spplus;-Siliziumschicht 3 abgeschieden wird. Des weiteren werden diffundierte P&spplus;-Isolationsschichten 4 in dem P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 ausgebildet.
Anschließend wird eine dicke Siliziumoxidschicht 5 ausgebildet, um eine Isolierung eines aktiven Bereichs von anderen umzusetzen. Eine N&spplus;-Kollektorschicht 6 wird in der N- Epitaxie-Schicht 1 ausgebildet. Eine Siliziumoxidfilmschicht 8 wird abgeschieden, um den aktiven Bereich abzudecken oder die N-Epitaxie-Schicht 1 einschließlich der N&spplus;- Kollektorschicht 6. Eine P-Basisschicht 7 wird in der N- Epitaxie-Schicht 1 derart ausgebildet, daß sie von der N&spplus;- Kollektorschicht 6 getrennt ist. Anschließend wird eine Siliziumnitridfilmschicht 9 derart abgeschieden, daß sie die Gesamtfläche der Vorrichtung abdeckt und damit die Siliziumoxidfilmschicht 8 sowie die dicke Siliziumoxidschicht 5.
Mit Bezug auf Fig. 1B ist der Siliziumnitridfilm 9 mit Öffnungen ausgebildet, die als Kontaktlöcher und somit als Basiskontaktloch, als Emitterkontaktloch und als Kollektorkontaktloch dienen. Das Kollektorkontaktloch existiert direkt über der N&spplus;-Kollektorschicht 6. Eine Basiskontaktschicht 18 wird in der Basisschicht direkt unter dem Basiskontaktloch ausgebildet.
Bezugnehmend auf Fig. 1C wird eine polykristalline Siliziumschicht 11 auf der Siliziumnitridfilmschicht 9 unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie chemische Dampfabscheidung, abgeschieden. Gleichzeitig wird die polykristalline Siliziumschicht 11 auch in den Öffnungen oder dem Basis-, dem Emitter- und dem Kollektorkontaktloch abgeschieden, wodurch die polykristalline Siliziumschicht 11 in Kontakt mit der Basiskontaktschicht 18 durch das Basiskontaktloch und in Kontakt mit einem Teil der Basischicht gebracht wird, indem ein Emitterbereich ausgebildet wird, über das Emitterkontaktloch, und zusätzlich mit der N&spplus;-Kollektorschicht 6 durch das Kollektorkontaktloch. Diese polykristalline Siliziumschicht 11 wird einer Einbringung eines N-Dotiermittels, wie Arsen oder Phosphor, durch Einsatz von Ionenimplantation ausgesetzt.
Gemäß Fig. 1D wird eine Siliziumoxidfilmschicht 20 abgeschieden, um die polykristalline Siliziumschicht 11 abzudecken. Eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 950ºC wird derart durchgeführt, daß eine thermische Diffusion das Einbringen des N-Dotiermittels, wie Arsen oder Phosphor, von der polykristallinen Siliziumschicht 11 in die P-Basisschicht 7 im Emitterkontaktloch zusätzlich zu der N&spplus;-Kollektorschicht 6 ermöglicht. Als Ergebnis der thermischen Diffusion wird ein Emitterbereich 15A in der P-Basisschicht 7 direkt unter dem Emitterkontaktloch gebildet. Gleichzeitig wird ein Kollektorbereich 16A in der N&spplus;-Kollektorschicht 6 ausgebildet.
Mit Bezug auf Fig. 1E wird ein Photoresist vorher einer Strukturierung durch Photoätzen ausgesetzt, um ein bestimmtes Muster aufzuweisen. Anschließend wird die polykristalline Siliziumschicht 11 dem Photoätzen unter Verwendung der Photoresistmusters als Maske ausgesetzt, so daß die polykristalline Siliziumschicht 11 in der Nähe der Emitter- und Kollektorkontaktlöcher verbleibt, zusätzlich zu einem vorgegebenen Bereich oberhalb der dicken Siliziumoxidschicht 5, und somit auf einem Bereich gegenüber dem aktiven Bereich einschließlich der Basisschicht 7, dem Emitter- und dem Kollektorbereich 15A und 16A. Als Ergebnis dieses Photoätzprozesses wird ein Ernitterkontakt aus polykristallinem Silizium 15B auf dem Emitterbereich 15A gebildet, und ein Kollektorkontakt 16A aus polykristallinem Silizium wird auf dem Kollektorbereich 16B ausgebildet. Gleichzeitig wird eine Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium auf der vorgegebenen Fläche über der dicken Siliziumoxidschicht 5 durch die Siliziumnitridfilmschicht 9 gebildet. Die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium hat vorgegebene Abmessungen hinsichtlich der Dicke, der Breite und der Länge, so daß sie als Widerstandselement dient, indem die Dicke durch die Dicke der polykristallinen Siliziumschicht 11 definiert ist und dieselbe ist.
Mit Bezug auf Fig. 1F wird ein Siliziumoxidfilm 14 so abgeschieden, daß er die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium abdeckt, wobei anschließend Kontaktlöcher 19 in dem Siliziumoxidfilm 14 ausgebildet werden, gefolgt durch Vorsehen von Elektroden (nicht dargestellt) in den Kontaktlöchern. Durch die oben beschriebenen Vorgänge ist die Herstellung der Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung einschließlich der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium beendet.
Im folgenden wird der Herstellungsprozeß der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium erneut im einzelnen beschrieben, um die Sachverhalte klarzustellen, die durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gelöst werden sollen, im Hinblick auf das Verfahren der Herstellung der Widerstandsschicht aus polykristallinern Silizium, die in der Hochfrequenz-Halbleitervorrichtung, wie der integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung, verwendet wird.
Gemäß Fig. 2A wird eine dicke Siliziumoxidschicht 5 auf einem P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 ausgebildet. Eine polykristalline Siliziumschicht 11 wird auf der dicken Siliziumoxidschicht 5 abgeschieden. Anschließend wird Ionenimplantation eines N-Dotiermittels, wie Arsen oder Phosphor, so erzielt, daß das N-Dotiermittel in die Gesamtoberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 11 dotiert wird. Nach Ausbilden einer Siliziumoxidfilmschicht 20, die die Widerstandsschicht 11 aus polykristallinem Silizium abdeckt, wird eine Wärmebehandlung, wie Tempern, der polykristallinen Siliziumschicht 11 erforderlich, um eine Aktivierung des Dotierungsmittels zu erzielen.
Gemäß Fig. 2B wird die polykristalline Siliziumschicht 11 dem Photoätzen unter Verwendung des Photoresistmusters, das nicht dargestellt ist, ausgesetzt. Die Verbesserung der Abgrenzung der strukturierten Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium, die als Widerstand dient, erfordert ebenso die oben genannte Wärmebehandlung wie Tempern.
Gemäß Fig. 2C wird der Siliziumoxidfilm 14 so gebildet, daß er die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium abdeckt. Der Siliziumoxidfilm 14 wird mit Kontaktlöchern 19 ausgebildet, in denen Kontakte 20 vorgesehen sind.
Eine solche integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung mit dem Widerstandselement aus der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium hat die folgenden deutlichen Nachteile. Hinsichtlich der Schaltungsauslegung muß die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium einen geringen Widerstand aufweisen, typischerweise einen Blattwiderstand von 100 bis 200 Ohm/Quadrat. Der Blattwiderstand hängt von der Wärmebehandlung der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium ab. Beispielsweise bewirkt eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur von 950ºC die Dotiermittelaktivierung, was einen gewünschten geringeren Blattwiderstand bei der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium bewirkt. Somit liefert der Einsatz der Dotiermittelaktivierung bei einer hohen Temperatur eine Reduktion des Blattwiderstandes.
Der Einsatz der Hochtemperatur-Wärmebehandlung für eine relativ lange Zeitspanne dient gleichzeitig als Hinderungsgrund gegen die Realisierung des Hochfrequenz-Bipolartransistors. Eine solche Anwendung einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung bewirkt eine thermische Diffusion der Basisschicht 7, die die Dicke erhöht. Eine solche dicke diffundierte Basisschicht kann nicht länger dem Bipolartransistor eine gewünschte Hochfrequenzcharakteristik vermitteln. Beispielsweise beschränkt die Realisierung einer Abschneidefrequenz fT von 10 GHz die Temperatur der Wärmebehandlung auf 950ºC. Aber schon die Realisierung einer Abschneidefrequenz von fT auf 20 GHz, beschränkt die Temperatur der Wärmebehandlung auf unter 900ºC.
Demgegenüber besteht aus der Definition des Blattwiderstandes kein Zweifel, daß der Blattwiderstand umgekehrt proportional zur Dicke der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium ist. Dementsprechend ermöglicht eine Vergrößerung der Dicke der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium eine Reduktion des Blattwiderstandes. Fig. 3 zeigt die Variation des Blattwiderstandswertes aufgrund der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium in bezug auf die Dosis bei der Ionenimplantation bei Dicken von 1500 Angström und bei 3000 Angström in dem Fall, daß eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 900ºC für 40 Minuten durchgeführt wird. Wenn die Dicke 1500 Angström beträgt, liegt der Blattwiderstand bei 350 Ohm/Quadrat. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Dicke von 3000 Angström einen geringeren Blattwiderstand im Vergleich mit der Dicke von 1500 Angström liefert.
Aus der obenstehenden Beschreibung ergibt sich, daß eine solche integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung eine Wärmebehandlung bei einer relativ geringen Temperatur erfordert, um zu verhindern, daß eine sehr dünne Basisschicht durch thermische Diffusion vergrößert wird. Es ist ferner erforderlich, die Dicke zu erhöhen, um den Blattwiderstand der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium zu erhöhen, typischerweise bis zu 3000 Angström.
Die Dicke der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium ist jedoch durch die Dicke der polykristallinen Siliziumschicht 11 bestimmt, die abgeschieden wurde, und somit ist sie die gleiche wie die Dicke des Emitterkontakts 15B aus polykristallinem Silizium und des Kollektorkontakts 16B aus polykristallinem Silizium. Da die Dicke der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium auf 3000 Angström erhöht ist, sind notwendigerweise die Dicken des Emitterkontakts 15B aus polykristallinem Silizium und des Kollektorkontakts 16A aus polykristallinem Silizium auf 3000 Angström erhöht. Die Minimierung der integrierten Bipolartransistorschaltungen macht die Ausbildung der Emitter- und Kollektorkontakte 16B und 15B wegen der großen Dicke der oben genannten Kontakte 15A und 16A schwierig. Dies kann auch einen elektrischen Kurzschluß zwischen den Emitter- und Kollektorkontakten 15A und 16B verursachen, wodurch die Ausbeute bei der Vorrichtung ebenfalls vermindert wird.
Um diesen Problemen zu begegnen, kann vorgeschlagen werden, daß die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium vor der Ausbildung des Emitterbereichs 15A gebildet wird, so daß verhindert wird, daß die Widerstandsschicht 12 und der Emitter- und der Kollektorkontakt 15B und 16B jeweils von der gemeinsamen polykristallinen Siliziumschicht 11 gebildet werden. Dies ermöglicht, daß die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium eine größere Dicke als die Emitter- und Kollektorkontakte 15B und 16B aufweisen. In diesem Fall erfordert jedoch die Realisierung eines gewünschten und präzisen Musters durch Ätzen der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium den Einsatz einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 900ºC für 15 Minuten oder länger. Ein solcher Einsatz der Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur für eine relativ lange Zeitspanne bewirkt jedoch, daß die sehr dünne Basisschicht 7 re-diffundiert und daß somit die Dicke ansteigt. Als Ergebnis der Rediffusion der Basisschicht 7 ist ein solcher Bipolartransistor mit der Basisschicht 7, die einer solchen unerwünschten Wärmebehandlung unterzogen wurde und eine vergrößerte Dicke aufweist, nicht länger in der Lage, eine Hochfrequenzcharakteristik zu zeigen, die in Fig. 4 dargestellt ist.
Des weiteren bewirkt die oben genannte Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur für eine relativ lange Zeitspanne zur Erzielung der Aktivierung des Dotierungsmittels in der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium auch, daß die sehr dünne Basisschicht 7 re-diffundiert und somit vergrößert wird.
Hinsichtlich der Vorrichtungsgestaltung ist es erforderlich, daß die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium einen präzisen Widerstandswert gleich einem vorgegebenen Wert aufweist. Der Widerstandswert der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium hängt von den Abmessungen, d.h. der Dicke, der Länge und der Breite, ab. Hinsichtlich dieser Umstände ist es bei der heutigen Ätztechnologie schwierig, Dimensionsfehler hinsichtlich der Breite und der Länge zu verhindern. Solche Dimensionsfehler aufgrund des Ätzprozesses macht die Grenzen, die die Dotierungsflächen in der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium abgrenzen, variabel, da das Dotierungsmittel an einem Kantenbereich vorhanden ist, der durch Ätzen der polykristallinen Widerstandsschicht 12 definiert ist. Der Ätzprozeß wird nach dem Dotierungsprozeß durchgeführt. Der relativ große Dimensionsfehler bei der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium bewirkt eine deutlich große Variation des Widerstandswertes. Im Hinblick auf die Vorrichtungsauslegung sind solche Variationen bei dem Widerstandswert, die durch Dimensionsfehler verursacht werden, zweifellos unerwünscht.
Es ist somit wünschenswert, ein neues Verfahren der Herstellung der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium anzugeben, die einen reduzierten Widerstand und somit einen geringeren Blattwiderstand aufweist und die als Widerstandselement in einer integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung geeignet ist. Es ist weiterhin wünschenswert, daß ein solches neues Herstellungsverfahren der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium verhindern kann, daß die Dicke der Basisschicht durch thermische Diffusion vergrößert wird, was durch eine Wärmebehandlung zur Aktivierung des Dotiermitteis verursacht wird, um den Blattwiderstand zum Vermindern oder zum Verbessern der Abgrenzung oder der Strukturierung der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium. Es ist ferner erforderlich, ein neues Herstellungsverfahren für die Widerstandsschicht aus polykristallinern Silizium zu entwikkein, die eine größere Dicke als der Emitter- und der Kollektorkontakt aufweist. Es ist ferner erforderlich, ein neues Herstellungsverfahren für die Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium zu entwickeln, das eine Variation des Widerstandswertes verhindert, die durch Dimensionsfehler der Breite und der Länge verursacht wird, die in einem Photoätzprozeß ausgelöst werden, da eine solche Variation von Widerstandswerten die Schaltungsleistungsfähigkeit beeinträchtigt.
Patent Abstracts of Japan, Band 4, Nr. 1 (E 163), 1980, beschreibt ein Verfahren zum Schaffen eines Polysiliziums mit geringem Widerstand, wobei Elektroden als Maske verwendet werden, aus welchem Grund die Ionenverunreinigungskonzentration in der Nähe der Kanten der Elektroden ungeau wird, was eine deutliche Variation des Widerstands des ionendotierten Polysiliziumbereichs verursacht. Des weiteren sind Bereiche der Polysiliziumschicht durch die Elektroden abgedeckt, und Ionenverunreinigungen diffundieren in diese Bereiche. Der Widerstand der Bereiche hängt vom Diffusionsbereich ab, der ungenau ist, so daß auch der Widerstandswert ungenau ist.
Dementsprechend ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung mit einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines neuen Verfahrens der Herstellung einer integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorvorrichtung einschließlich einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium, die als Widerstandselement in einer integrierten Hochfrequenz-Halbleiterschaltungsvorrichtung geeignet ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium zu schaffen, die eine einen reduzierten Widerstand und einen geringeren Blattwiderstand aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium zu schaffen, die höhere Genauigkeiten einer reduzierten Widerstandsfähigkeit und eines geringeren Blattwiderstandes zeigt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium, das das Auftreten von Dimensionsfehlern in der Breite und der Länge aufgrund von Ätzprozessen verhindert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium, die eine größere Dicke aufweist und damit einen reduzierten Widerstand und einen geringeren Blattwiderstand aufweist, ohne die Ausbildung von Emitter- und Kollektorkontaktschichten zu erschweren.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium anzugeben, das verhindert, daß die Dicke einer Basisschicht aufgrund von thermischer Diffusion vergrößert wird, die durch eine Wärmebehandlung für eine solche Widerstandsschicht verursacht wird.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren der Herstellung einer polykristallinen Siliziumschicht, die als Widerstandselement in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung dient, gelöst, das in den Ansprüchen 1 bzw. 5 definiert ist; die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Entwicklungen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vollständig erläutert.
Die Fig. 1A bis 1F sind fragmentarische Schnittdarstellungen von aufeinanderfolgenden Prozessen, die bei dem bekannten Verfahren der Herstellung einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung vorgenommen werden, die eine bekannte Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium aufweist.
Die Fig. 2A bis 2C sind fragmentarische Schnittdarstellungen zur Erläuterung von aufeinanderfolgenden Prozessen bei dem konventionellen Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium für eine bekannte integrierte Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Variation von Blattwiderstandswerten einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium versus der Dosis der Ionenimplantation für Dicken von 1500 Angström und 3000 Angström in dem Fall einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 900ºC für 40 Minuten.
Fig. 4 ist eine fragmentarische Schnittdarstellung eines Schrittes bei aufeinanderfolgenden Prozessen für ein anderes bekanntes Verfahren der Herstellung einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung mit einer bekannten Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium.
Die Fig. 5A bis 5F sind fragmentarische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung von aufeinanderfolgenden Prozessen bei einem neuen Verfahren der Herstellung einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung mit einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Fig. 6A bis 6C sind fragmentarische Schnittdarstellungen zur Erläuterung von aufeinanderfolgenden Prozessen bei einem neuen Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium für eine integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 7 ist eine Aufsicht zur Erläuterung einer Grenzlinie, die einen Dotierungsbereich abgrenzt, der unter Verwendung von Ionenimplantation bei einer Widerstandsschicht gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dotiert wird.
Fig. 8 ist eine fragmentarische Schnittdarstellung eines Ionenimplantationsprozesses für eine Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium in aufeinanderfolgenden Prozessen eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Halbleitervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 9 ist eine fragmentarische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Prozesses bei aufeinanderfolgenden Prozessen eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium, die in einer Halbleitervorrichtung vorgesehen ist, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 ist eine fragmentarische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Prozesses in den Folgeprozessen eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium, die in einer Halbleitervorrichtung vorgesehen ist, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 11A bis 11C sind fragmentarische Schnittdarstellungen zur Erläuterung von aufeinanderfolgenden Prozessen eines neuen Verfahrens der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium, die in einer Halbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist.
Ein neues Verfahren der Herstellung einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung, die wünschenswerte Hochfrequenzcharakteristika aufweist und eine Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium mit reduziertem Widerstand und geringem Blattwiderstand aufweist, wird als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Mit Bezug auf Fig. 5A wird ein P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 vorbereitet, um eine integrierte Bipolartransistorschaltungsvorrichtung zu bilden. Eine versenkte N&spplus;-Siliziumschicht 3 wird auf dem P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 gebildet, nachdem eine N-Epitaxie-Schicht 1 auf der versenkten N&spplus;-Siliziumschicht 3 abgeschieden ist. Des weiteren werden diffundierte P&spplus;- Isolationsschichten 4 in dem P&supmin;-Siliziumsubstrat 2 ausgebildet.
Anschließend wird eine dicke Siliziumoxidschicht 5 ausgebildet, um eine Isolierung des aktiven Bereiches zu bilden, in dem ein Bipolartransistor auszubilden ist. Eine N&spplus;-Kollektorschicht 6 wird in der N-Epitaxie-Schicht 1 ausgebildet. Eine Siliziumoxidfilmschicht 8 wird so abgeschieden, daß sie den aktiven Bereich einschließlich der N-Epitaxie- Schicht 1 und der N&spplus;-Kollektorschicht 6 abdeckt. Eine P-Basisschicht 7 wird in der N-Epitaxie-Schicht 1 derart ausgebildet, daß die P-Basisschicht 7 von der N&spplus;-Kollektorschicht 6 getrennt ist. Anschließend wird eine Siliziumnitridfilmschicht 9 so abgeschieden, daß sie die gesamte Oberfläche der Vorrichtung abdeckt, und auf diese Weise sowohl den Siliziumoxidfilm 8 als auch die dicke Siliziumoxidschicht 5.
Mit Bezug auf Fig. 5B wird eine Siliziumoxidfilmschicht 10 mit einer Dicke im Bereich von 500 Angström bis 1000 Angström auf der gesamten Oberfläche der Siliziumnitridfilmschicht 9 unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie chemischer Dampfabscheidung, abgeschieden. Anschließend wird eine polykristalline Siliziumschicht 11 mit einer Dicke von näherungsweise 3000 Angström ebenfalls auf der Siliziumoxidfilmschicht 10 unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie chemische Dampfabscheidung, abgeschieden.
Mit Bezug auf die Fig. 5C wird ein Photoresist, das nicht dargestellt ist, vorher vorbereitet und mit Photoätzen einer Strukturierung so unterzogen, daß sie ein vorgegebenes wünschenswertes Muster aufweist. Anschließend wird die polykristalline Siliziumschicht 11 einem Plasmaätzen mit einem Gas, wie Chlorgas, unter Verwendung der oben genannten Photoresistmuster als Maske strukturiert. Als Ergebnis der Durchführung des Plasmaätzens verbleibt die polykristalline Siliziumschicht 11 nur in einem vorgegebenen Bereich über der dicken Siliziumoxidschicht 5, die den aktiven Bereich einschließlich der P-Basisschicht 7 und der N&spplus;-Kollektorschicht 6 isoliert. Der verbleibende Bereich der polykristallinen Siliziumschicht 11 dient als Widerstand, und auf diese Weise wird die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium ausgebildet.
Mit Bezug auf Fig. 5D wird ein Photoresist 13 auf die gesamte Oberfläche der Vorrichtung aufgebracht, wodurch die polykristalline Siliziumwiderstandsschicht 12 auch mit dem Photoresist 13 abgedeckt wird. Anschließend wird der Photoresist 13 mittels Photoätzen mit einer Öffnung direkt oberhalb der polykristallinen Siliziumwiderstandsschicht 12 versehen. Es ist zu bedenken, daß die Öffnung so gebildet wird, daß das Photoresist 13 einen Umfangsbereich der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium abdeckt. Eine Ionenimplantation mit einem N-Dotierungsmittel, wie Arsen oder Phosphor, wird unter Verwendung des Photoresists mit dieser Öffnung als Maske durchgeführt, was zu einer Einbringung des Dotierungsmittels in die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium führt. Der Umfangsbereich der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium wird wegen der Anwesenheit des Abdeckphotoresists 13 nicht einer Dotierung unterzogen.
Mit Bezug auf Fig. 5B wird der Photoresist 13 vollständig von der Oberfläche der Siliziumoxidfilmschicht 10 entfernt, wonach ein Siliziumoxidfilm 14 auf der gesamten Oberfläche der Siliziumoxidfilmschicht 10 unter Verwendung von chemischer Dampfabscheidung gebildet wurde. Das Photoätzen wird so durchgeführt, daß der abgeschiedene Siliziumoxidfilm 14, zusätzlich zu der Siliziumoxidfilmschicht 10, mit Ausnahme in der Nähe der polykristallinen Siliziumwiderstandsschicht 12, selektiv entfernt wird. Auf diese Weise verbleiben der abgeschiedene Siliziumoxidfilm 14 sowie die Siliziumoxidfilmschicht 10 nur in der Nähe der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium und umgeben und isolieren die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium.
Mit Bezug auf Fig. 5F wird die Siliziumnitridfilmschicht 9 mit drei Öffnungen an vorgegebenen Positionen so gebildet, daß zwei der Öffnungen oberhalb der P-Basisschicht 7 existieren und eine weitere direkt oberhalb der N&spplus;-Kollektorschicht 6. Auf diese Weise dienen die drei Öffnungen als Basis-, Emitter- und Kollektorkontaktlöcher. Anschließend wird eine polykristalline Siliziumschicht 17 auf der Siliziumnitridfilmschicht 9 unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie chemischer Dampfabscheidung, abgeschieden. Da die Siliziumnitridfilmschicht 9 drei Öffnungen aufweist, wird die polykristalline Siliziumschicht 17 auch in den Öffnungen abgeschieden. Als Ergebnis wird die polykristalline Siliziumschicht 17 in Kontakt mit der P-Basisschicht 7 über die Basis- und Emitterkontaktlöcher gebracht, und zusätzlich mit der N&spplus;-Kollektorschicht 6 über das Kollektorkontaktioch.
Die polykristalline Siliziumschicht 17 wird mit einem N-Dotierungsmittel, wie Arsen, unter Einsatz von Ionenimplantation dotiert. Eine Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von 900ºC für Zeiten im Bereich von 10 Minuten bis 60 Minuten durchgeführt, wodurch thermische Diffusion verursacht wird, die bewirkt, daß das N-Dotierungsmittel, wie Arsen, von der polykristallinen Siliziurnschicht 17 in die P-Basisschicht 7 über das Emitterkontaktioch als auch in die N&spplus;-Kollektorschicht 6 durch das Kollektorkontaktloch eingetrieben werden. Als Ergebnis der thermischen Diffusion wird ein Emitterbereich 15A in der P-Basisschicht 7 direkt unterhalb des Emitterkontaktloches gebildet. Gleichzeitig wird ein Kollektorbereich 16A in der N-Kollektorschicht 6 ausgebildet. Zusätzlich wird eine thermische Diffusion eines P-Dotierungsmittels oder Bor so durchgeführt, daß eine Basiskontaktschicht 18 in der Basisschicht 7 gebildet wird.
Ein Photoresist, das nicht dargestellt ist, wird vorher vorbereitet und einer Strukturierung durch Photoätzen so unterzogen, daß es ein vorgegebenes gewünschtes Muster aufweist. Anschließend wird die polykristalline Siliziumschicht 17 Photoätzen unter Einsatz des Photoresistsmusters als Maske so ausgesetzt, daß die polykristalline Siliziumschicht 17 selektiv entfernt wird, mit Ausnahme der Umgebung sowohl des Emitter- als auch des Kollektorkontaktloches. Insbesondere verbleibt die polykristalline Siliziumschicht 17 nur in der Nähe von sowohl dem Emitter- als auch dem Kollektorkontaktloch. Als Ergebnis davon dienen die verbleibenden Bereiche der polykristalline Siliziumschicht 17 als Emitterkontakt 15B bzw. als Kollektorkontakt 16B.
Die polykristalline Siliziumschicht 17 kann eine vorgegebene Dicke aufweisen, die geringer ist als die Dicke der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium. Auf diese Weise sind die Dicken des Emitterkontakts 15B und des Kollektorkontakts 16B geringer als die Dicke der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium, die somit frei sind von der Schwierigkeit der Ausbildung des Emitterund des Kollektorkontakts 15B und 16B, die durch die Minimierung der Vorrichtung verursacht werden.
Der Siliziumoxidfilm 14 wird mit Öffnungen ausgebildet, die als Kontaktlöcher 19 dienen. Die Kontaktlöcher 19 werden jeweils innen mit Kontakten versehen, die nicht dargestellt sind. Durch die obigen Prozesse ist die Herstellung der integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltung mit der verbesserten Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium vervollständigt.
Ein solches Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels bietet die folgenden Vorteile für die integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung. Die polykristalline Siliziumwiderstandsschicht 12 hat präzise Abmessungen in Breite und Länge, des weiteren hat die Widerstandsschicht 12 Seitenwandungen, die präzise vertikal zur Oberfläche der Siliziumoxidfilmschicht 10 sind, und die Oberfläche ist gleichförmig. Das neue Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels der Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium ermöglicht eine deutliche Reduktion der Dimensionsfehler hinsichtlich Breite und Dicke im Vergleich mit der bekannten Technik. Der Grund dafür ist wie folgt.
In der bekannten Technik folgt der Ätzvorgang für die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium dem Ionenimplantationsprozeß. Somit wird die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium, die mit Dotiermittel dotiert ist, einem Ätzen ausgesetzt, was in dem Auftreten großer Dimensionsfehler hinsichtlich der Breite und der Länge resultiert.
Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik setzt das neue Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Ätzprozeß vor dem Anwenden der Ionenimplantation ein, was zur Einbringung des Dotierungsmittels in die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium mit Ausnahme des Umfangsbereichs führt. Da die undotierte Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium dem Ätzen oder dem Plasmaätzen ausgesetzt wird, hat bei diesem Ausführungsbeispiel die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium gewünschte und präzise Abmessungen hinsichtlich der Breite und der Länge. Aufgrunddessen ermöglicht der Einsatz des Ätzprozesses vor dem Dotierungsprozeß, daß die Dimensionsfehler hinsichtlich der Breite und der Dicke im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich reduziert sind. Das Verhindern des Auftretens der Dimensionsfehler der Breite und der Länge kann einen erwünschten und präzisen Widerstandswert für die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium schaffen.
Zusätzlich dazu ist es erwähnenswert, daß das neue Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel frei von einer Wärmebehandlung sein kann, die zur Realisierung des erwünschten und präzisen Strukturierens der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium eingesetzt wird, obwohl der Stand der Technik dieses erfordert. Insbesondere hat die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium, die durch das neue Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels hergestellt ist, eine ausreichend erwünschte Begrenzung ohne unerwünschte Wärmebehandlungen, die im Stand der Technik erforderlich sind. Aufgrunddessen verhindert das neue Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels, daß die Dicke der P-Basisschicht 7 durch thermische Diffusion, die durch Wärmebehandlung verursacht wird, vergrößert wird. Dies ermöglicht eine erwünschte Hochfrequenzcharakteristik für die integrierte Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Des weiteren wird die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium in unterschiedlichen Schritten zu den Herstellungsschritten der Emitter- und Kollektorkontakte 15B und 16B gefertigt und auf diese Weise werden die Emitter- und Kollektorkontakte 15B und 16B von einer anderen Schicht als der polykristallinen Siliziumschicht 11 gebildet, aus der die Widerstandsschicht 12 gebildet wird. Als Ergebnis davon kann die polykristalline Siliziumwiderstandsschicht 12 einfach so ausgebildet werden, daß die Dicke größer ist als bei den Emitter- und Kollektorkontakten 15B und 16B. Die Vergrößerung der Dicke der Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium ermöglicht es, den Blattwiderstand deutlich zu reduzieren. Dies liefert eine erwünschte Hochfrequenzcharakteristik für die integrierte Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Der Gegenstand der Erfindung manifestiert sich in dem Herstellungsverfahren für die Widerstandsschicht 12 aus polykristallinem Silizium. Ein neues Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium in einer Halbleitervorrichtung wird nun als zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 6A wird ein Halbleitersubstrat 21 vorbereitet, wonach ein Isolierfilm 22, wie ein Siliziumoxidfilm, auf dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet wird. Eine polykristalline Siliziumschicht 23 wird dem Isolierfilm 22 bis zu einer Dicke im Bereich von 1000 Angström bis 3000 Angström abgeschieden.
Mit Bezug auf Fig. 6B wird ein Photoresist, das nicht dargestellt ist, auf die gesamte Oberfläche der Vorrichtung derart aufgebracht, daß sie die polykristalline Siliziumschicht 23 abdeckt. Das Photoresist wird geätzt, so daß eine Öffnung in dem Photoresist gebildet wird. Die polykristalline Siliziumschicht 23 wird unter Einsatz des Photoresists mit der Öffnung als Maske einer Photoätzung ausgesetzt. Als Ergebnis des Photoätzens wird die polykristalline Siliziumschicht 23 selektiv entfernt und verbleibt somit in einem vorgegebenen Bereich auf dem Isolierfilm 22. Die verbleibende polykristalline Siliziumschicht 23 dient als Widerstandsschicht in einer Halbleitervorrichtung, wie einer integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Anschließend wird ein Photoresist 25 auf der gesamten Fläche der Vorrichtung derart aufgebracht, daß der Isolierfilm 22 sowie die verbleibende polykristalline Siliziumschicht 23 abgedeckt werden. Das aufgebrachte Photoresist 25 wird mit einer Öffnung ausgebildet, so daß die Öffnung direkt oberhalb der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht 23 existiert.
Fig. 7 zeigt die Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 23 mit Grenzlinien, die den freigelegten Bereich von dem durch das Photoresist 25 abgedeckten Bereich abgrenzt. Es ist zu berücksichtigen, daß der Umfangsbereich der polykristallinen Siliziumschicht 23 mit dem Photoresist 25 abgedeckt ist. Anschließend wird die polykristalline Siliziumschicht 23 mit Ausnahme des Umfangsbereichs mit vorgegebener Breite freigelegt.
Mit Bezug auf Fig. 8 wird eine Ionenimplantation mit N-Dotiermittel, wie Arsen, unter Einsatz des Photoresists 15 mit der Öffnung als Maske durchgeführt. Die polykristalline Siliziumschicht 23 wird mit Ausnahme des Umfangbereichs, der durch das Photoresist 25 abgedeckt ist, mit einer vorgegebenen Dosis mit N-Dotiermittel dotiert, so daß die polykristalline Siliziumschicht 23 einen Blattwiderstand von näherungsweise 200 Ohm/Quadrat aufweist. Vorzugsweise kann das Photoresist mit Ausnahme der oben genannten Öffnung mit anderen Öffnungen versehen sein, um eine Aufladung von Ionen im dem Photoresist 25 aufgrund der Ionenimplantation zu verhindern, obwohl dies nicht immer erforderlich ist.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 7, bringt die Ionenimplantation unter Einsatz des Photoresists 25 als Maske das N-Dotiermittel, wie Arsen, in nur einen vorgegebenen Bereich mit einer Breite von "W" ein, der durch eine gepunktete Grenzlinie umschlossen ist, und auf diese Weise hat der undotierte Umfangsbereich eine Breite von "X" und der dotierte Bereich, der durch den undotierten Umfangsbereich umgeben ist, eine Breite von "W". Als Ergebnis ist der dotierte Bereich in der polykristallinen Siliziumschicht 23 nicht variabel, selbst wenn Dimensionsfehler in der Breite und der Länge der polykristallinen Siliziumschicht 23 durch eine Variation des Ätzens auftreten. Dies ermöglicht, daß der Blattwiderstand der polykristallinen Siliziumschicht 23 auf einem gewünschten und vorgegebenen Wert verbleibt.
Der Abstand "X", der durch die Breite des undotierten Penpheriebereichs gegeben ist, sollte unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren bestimmt sein. Der erste Faktor ist eine Variation in den Abmessungen, und somit treten Dimensionsfehler der polykristallinen Siliziumschicht 23 aufgrund von Ätzen auf. Der zweite Faktor ist die Genauigkeit der Ausrichtung des Maskenelementes aus dem Photoresist. Der dritte Faktor ist die thermische Diffusion des Dotierungsmittels in der Horizontalrichtung, was eine Aktivierung des Dotierungsmittels verursacht. Vorzugsweise sollte der Abstand "X" so bestimmt sein, daß er im Bereich von 0,5 µm bis 1,5 µm liegt. Die Ergebnisse der Messungen der Variationen der Widerstände sind in der folgenden Tabelle angegeben, in der "W" und "L" jeweils die Breite und die Länge der polykristallinen Siliziumschicht 23, die als Widerstandsschicht dient, bezeichnen, und zusätzlich ist "X" die Breite des undotierten Peripheriebereichs, der den dotierten Bereich der polykristallinen Siliziumschicht 23 eingrenzt. TABELLE 1
Aus der obenstehenden Tabelle 1 ergibt sich hinsichtlich der folgenden Gegenstände kein Zweifel. Beim Stand der Technik hat die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 eine relativ große Variation des Widerstandswertes, typischerweise von 7,2% oder 6,6%. Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht es das neue Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung, daß die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 eine deutliche reduzierte Variation von Widerstandswerten aufweist, beispielsweise im Bereich von 1,3% bis 3,8%.
Die Existenz des undotierten Umfangsbereich mit einer Breite von "X" ermöglicht die Vermeidung der oben genannten unterwünschten Faktoren hinsichtlich der Dimensionsvariatioen des dotierten Bereichs in der polykristallinen Siliziumschicht 23.
Des weiteren ist es erwünscht, daß die Kontakte 27 in einem vorgegebenen Abstand "L" existieren, so daß beide innerhalb des dotierten Bereichs der polykristallinen Siliziumschicht 23 vorhanden sind.
Mit Rückbezug auf Fig. 6C wird anschließend ein Isolierfilm 26, wie Siliziumoxidfilm, ausgebildet, um die polykristalline Siliziumschicht 23 abzudecken. Der Isolierfilm 26 ist innerhalb von Öffnungen ausgebildet, die als Kontaktlöcher dienen, in denen Kontakte 27 vorgesehen sind.
Des weiteren wird eine Wärmebehandlung, wie Tempern, bei einer Temperatur im Bereich von 900ºC bis 1000ºC durchgeführt, was zum Einsatz einer Dotierungsmittelaktivierung führt. Solches Tempern für die Dotierungsmittelaktivierung kann in jedem Prozeß eingesetzt werden, mit Ausnahme von Prozessen vor der Ausbildung des Isolierfilms 26. Diese Dotierungsmittelaktivierung, die durch das Tempern ausgelöst wird, ermöglicht es ferner, den Blattwiderstand der polykristallinen Siliziumschicht 23 effektiv zu reduzieren. Vorzugsweise werden das Tempern für die Dotierungsmittelaktivierung und eine andere Wärmebehandlung gleichzeitig durchgeführt, so daß der einzige Temperprozeß nicht nur die Dotierungsmittelaktivierung in der polykristallinen Siliziumschicht 23, sondern eine thermische Diffusion bewirkt. Im Fall einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung ermöglicht dieses einzelne Tempern zur Dotierungsmittelaktivierung der polykristallinen Siliziumschicht 23 eine thermische Diffusion des Dotierungsmittels für einen Emitterbereich. Dies ermöglicht es, jede Beeinträchtigung, wie unerwünschtes thermisches Rediffundieren der Basisschicht 7 aufgrund von thermischer Diffusion, zu vermeiden.
Ein weiteres neues Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium für eine Halbleitervorrichtung wird im folgenden als drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 9 wird ein Halbleitersubstrat 21 vorbereitet, und anschließend wird ein Isolierfilm 22, wie ein Siliziumoxidfilm, auf dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet. Eine polykristalline Siliziumschicht 23 wird auf dem Isolierfilm 22 abgeschieden.
Ein Photoresist, das nicht dargestellt ist, wird auf die gesamte Oberfläche der Vorrichtung derart aufgebracht, daß es die polykristalline Siliziumschicht 23 abdeckt. Das Photoresist wird geätzt, so daß eine Öffnung im Photoresist gebildet wird. Die polykristalline Siliziumschicht 23 wird einer Photoätzung unter Einsatz des Photoresists mit der Öffnung als Maske ausgesetzt. Als Ergebnis des Photoätzens wird die polykristalline Siliziumschicht 23 selektiv entfernt und verbleibt somit in einem Bereich auf dem Isolierfilm 22. Die verbleibende polykristalline Siliziumschicht 23 dient als Widerstandsschicht in einer Halbleitervorrichtung, wie in einer integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Anschließend wird eine Metallschicht 26A aus einem leitenden Metall, wie Titan oder Aluminium, auf der gesamten Oberfläche der Vorrichtung mittels eines Vakkumdampfverfahrens oder dergleichen so abgeschieden, daß sie den Isolierfilm 22 sowie die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 abdeckt. Ein Photoresist 25 wird auf die Metallschicht 26A aufgebracht. Das aufgebrachte Photoresist 25 und die Metalischicht 26A werden mit einer Öffnung derart versehen, daß die Öffnung direkt oberhalb der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht 23 vorhanden ist. Die polykristalline Siliziumschicht 23 hat einen Umfangsbereich mit einer vorgegebenen Breite, der über die Metallschicht 26A mit dem Photoresist 25 bedeckt ist.
Ionenimplantation mit einem N-Dotiermittel, wie Arsen, wird unter Einsatz des Photoresists 25 mit dem Loch als Maske durchgeführt. Als Ergebnis der Ionenimplantation wird das N-Dotiermittel in die polykristalline Siliziumschicht 23 mit Ausnahme des Umfangsbereichs, der durch das Photoresist 25 abgedeckt ist, eingebracht. Auf diese Weise umfaßt die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 den dotierten Bereich, der freiliegt, und den undotierten Umfangsbereich, der durch den Photoresist 25 abgedeckt ist. Die Kante der Öffnung, die in dem Photoresist 25 gebildet ist, grenzt den dotierten Bereich von dem undotierten Umfangsbereich ab.
In diesem Ausführungsbeispiel ist bemerkenswert, daß das Vorhandensein der Metalischicht 26A unterhalb des Photoresists 25 sicher eine Aufladung durch Ionen aufgrund der Ionenimplantation verhindert. Es ist auch möglich, daß die Verhinderung des Aufladens durch Ionen realisiert wird durch eine Kombination des Vorhandenseins der Metallschicht 26A mit der Ausbildung von Öffnungen, die in Fig. 8 dargestellt sind, in dem Photoresist 25 mit Ausnahme der Öffnung direkt oberhalb der polykristallinen Siliziumschicht 23, obwohl es nicht erforderlich ist, dies zu tun.
Selbstverständlich ist die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 mit dem undotierten Urnfangsbereich, dem dotierten Bereich frei von den Dimensionsfehlern hinsichtlich der Breite und der Länge, die durch verschiedene unerwünschte Faktoren im Ätzprozeß und im Ionenimplantationsprozeß verursacht werden. Solche Faktoren sind wie folgt.
Zunächst ergibt sich eine Variation der Abmessungen und somit Dimensionsfehler der polykristallinen Siliziumschicht 23 aufgrund von Ätzen. Zweitens ist die Genauigkeit der Ausrichtung des Maskenelementes aus dem Photoresist ein Faktor. Der Dritte ist die thermische Diffusion des Dotierungsmittels in Horizontalrichtung für die Dotierungsmittelaktivierung. Aufgrunddessen ermöglicht das Vorhandensein des undotierten Umfangsbereichs, der den dotierten Bereich umgrenzt, daß der Widerstand der polykristallinen Siliziumschicht 23 auf einem vorgegebenen Wert verbleibt.
Ein weiteres Verfahren der Herstellung einer Widerstandsschicht aus polykristallinem Silizium in einer Halbleitervorrichtung wird im folgenden als viertes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 10 wird ein Halbleitersubstrat 21 hergestellt und anschließend wird ein Isolierfilm 22, wie ein Siliziumoxidfilm, auf dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet. Eine polykristalline Siliziumschicht 23 wird auf dem Isolierfilm 22 abgeschieden.
Ein Photoresist, das nicht dargestellt ist, wird auf die gesamte Oberfläche der Vorrichtung derart aufgebracht, daß es die polykristalline Siliziumschicht 23 abdeckt. Das Photoresist wird so geätzt, daß eine Öffnung in dem Photoresist ausgebildet wird. Die polykristalline Siliziumschicht 23 wird Photoätzen unter Einsatz des Photoresists mit der Öffnung als Maske ausgesetzt. Als Ergebnis des Photoätzens wird die polykristalline Siliziumschicht 23 selektiv entfernt und verbleibt somit in einem vorgegebenen Bereich des Isolierfilms 22. Die verbleibende polykristalline Siliziumschicht 23 dient als Widerstandsschicht für eine Halbleitervorrichtung, wie eine integrierte Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Anschließend wird eine Isolierschicht 26B, wie eine Siliziumoxidschicht, auf der gesamten Oberfläche der Vorrichtung unter Einsatz von chemischer Dampfabscheidung oder dergleichen derart ausgebildet, daß der Isolierfilm 22 sowie die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 abgedeckt sind. Ein Photoresist 25 wird auf die Isolierschicht 26B aufgebracht. Das aufgebracht Photoresist 25 und die Isolierschicht 26B werden derart mit einer Öffnung versehen, daß die Öffnung direkt oberhalb der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht 23 existiert. Die polykristalline Siliziumschicht 23 hat einen Umfangsbereich mit einer vorgegebenen Breite, der über die Isolierschicht 26B mit dem Photoresist 25 bedeckt ist.
Eine Hochenergie-Ionenimplantation mit einem N-Dotiermittel, wie Arsen, wird durch Einsatz des Photoresists 25 mit der Öffnung als Maske durchgeführt. Falls die Energie der Ionenimplantation hoch ist, beispielsweise ungefähr einige hundert keV, können solche hochenergetischen Ionen durch den Photoresist 25 dringen. In diesem Fall verhindert die Existenz der Isolierschicht 26B, daß solche hochenergetischen Ionen, die den Photoresist 25 durchdringen, in den Isolierfilm 26 eindringen. Dies verhindert sicher das Aufladen durch Ionen. Als Ergebnis der Ionenimplantation wird das N-Dotiermittel in die polykristalline Siliziumschicht 23 mit Ausnahme des Umfangsbereichs eingebracht, der mit dem Photoresist 25 bedeckt ist. Somit umfaßt die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 den dotierten Bereich, der freiliegt, und den undotierten Urnfangsbereich, der mit dem Photoresist 25 abgedeckt ist. Die Kante der Öffnung in dem Photoresist 25 grenzt den dotierten Bereich von dem undotierten Umfangsbereich ab.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist bemerkenswert, daß das Vorhandensein der Isolierschicht 26B unterhalb des Photoresists 25 sicher ein Aufladen von Ionen aufgrund der Hochenergie-Ionenimplantation verhindert. Es ist auch möglich, die Aufladung durch Ionen durch Einsatz einer Kombination die Isolierschicht 26B mit der Ausbildung von Öffnungen, die in Fig. 8 dargestellt sind, in dem Photoresist 25 zu verhindern, mit Ausnahme der Öffnung direkt oberhalb der polykristallinen Siliziumschicht 23, obwohl es nicht nötig ist, dies zu tun.
Selbstverständlich umfaßt die resultierende polykristalline Siliziumschicht 23 den undotierten Umfangsbereich, der dotierte Bereich in der polykristallinen Siliziumschicht 23 ist frei von den Dimensionsfehlern hinsichtlich Breite und Länge, die durch verschiedene unerwünschte Faktoren bei dem Ätzprozeß und dem Ionenimplantationsprozeß verursacht werden. Deshalb ermöglicht die Existenz des undotierten Umfangsbereichs, der den dotierten Bereich umgrenzt, daß der Widerstand der polykristallinen Siliziumschicht 23 auf einem vorgegebenen Wert verbleibt.
Ein weiteres neues Verfahren der Herstellung einer polykristallinen Siliziumwiderstandsschicht in einer Halbleitervorrichtung wird im folgenden als fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 11a wird ein Halbleitersubstrat vorbereitet, und anschließend wird ein Isolierfilm 22, wie ein Siliziumoxidfilm, auf dem Halbleitersubstrat 21 ausgebildet. Eine polykristalline Siliziumschicht 23 wird auf dem Isolierfilm 22 abgeschieden.
Anschließend wird ein Photoresist 25 auf der Gesamtfläche der Vorrichtung derart aufgebracht, daß die polykristalline Siliziumschicht 23 abgedeckt ist. Das Photoresist 25 wird derart geätzt, daß eine Öffnung in dem Photoresist 25 ausgebildet wird. Eine Ionenimplantation eines N-Dotiermittels, wie Arsen, wird unter Verwendung des Photoresists 25 mit der Öffnung als Maske durchgeführt. Die polykristalline Siliziumschicht 23 mit Ausnahme des Bereichs, der vom Photoresist 25 abgedeckt ist, wird einer Dotierung mit N-Dotiermittel mit einer vorgegebenen Dosis ausgesetzt. Vorzugsweise wird mit Ausnahme der oben genannten Öffnung der Photoresist mit anderen Öffnungen versehen, um ein Aufladen durch Ionen in dem Photoresist 25 aufgrund der Ionenimplantation zu verhindern, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. Als Ergebnis der Ionenimplantation ist das Dotiermittel mit einer vorgegebenen Dosis in einen vorgegebenen Bereich eingebracht, der durch das Photoresistmuster 25 begrenzt ist. Nach der Ionenimplantation wird das Photoresist vollständig entfernt.
Ein Photoresist, das nicht dargestellt ist, wird auf die gesamte Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 23 derart aufgebracht, daß der dotierte Bereich und der undotierte Bereich, der dem dotierten Bereich gegenüberliegt, abgedeckt werden. Das Photoresist wird einer Strukturierung derart ausgesetzt, daß das Photoresist nur auf dem dotierten Bereich verbleibt, wobei der undotierte Umfangsbereich mit einer vorgegebenen Breite den dotierten Bereich umgrenzt. Die polykristalline Siliziumschicht 23 wird einer Photoätzung unter Verwendung des Photoresists mit der Öffnung als Maske ausgesetzt. Als Ergebnis des Photoätzens wird die polykristalline Siliziumschicht 23 selektiv entfernt, so daß der dotierte Bereich und der undotierte Umfangsbereich der polykristallinen Siliziumschicht 23 verbleibt. Die verbleibende polykristalline Siliziumschicht 23 dient als Widerstandsschicht in einer Halbleitervorrichtung, wie einer integrierten Hochfrequenz-Bipolartransistorschaltungsvorrichtung.
Die resultierende polykristalline Siliziumschicht, die als Widerstandsschicht dient, umfaßt nicht nur den dotierten Bereich, sondern auch den undotierten Umfangsbereich, der den dotierten Bereich eingrenzt. Dies führt zu der Fähigkeit, den dotierten Bereich in der polykristallinen Siliziumschicht 23 invariabel zu gestalten, selbst wenn Dimensionsfehler in der Breite und der Länge der polykristallinen Siliziumschicht 23 durch eine Variation des Ätzens auftreten. Dies ermöglicht, den Blattwiderstand der polykristallinen Siliziumschicht 23, die als Widerstandsschicht dient, auf einem vorgegebenen gewünschten Wert zu halten.
Der Abstand, der die Breite des undotierten Umfangsbereichs ist, sollte unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren bestimmt sein. Der erste Faktor ist eine Änderung der Abmessungen und somit der Dimensionsfehler der polykristallinen Siliziumschicht 23 aufgrund von Ätzen. Der zweite Faktor ist die Genauigkeit der Ausrichtung des Maskenelementes aus dem Photoresist. Der dritte Faktor ist die thermische Diffusion des Dotiermitteis in Horizontalrichtung, was die Dotierungsaktivierung liefert. Das Vorhandensein des undotierten Umfangsbereichs ermöglicht eine Verhinderung der oben genannten unerwünschten Faktoren zur Variation der Abmessungen des dotierten Bereichs in der polykristallinen Siliziumschicht 23.
Mit Bezug auf Fig. 11c wird anschließend ein Isolierfilm 26, wie ein Siliziumoxidfilm, derart gebildet, daß die polykristalline Siliziumschicht 23 bedeckt ist. Der Isolierfilm 26 wird mit Öffnungen ausgebildet, die als Kontaktlöcher dienen, in denen Kontakte 27 vorgesehen sind.
Des weiteren wird eine Wärmebehandlung, wie Tempern, bei einer vorgegebenen Temperatur durchgeführt, was zu einer Dotiermittelaktivierung führt. Solches Tempern zur Dotiermittelaktivierung kann in jedem Prozeß nach der Ausbildung des Isolierfilms 26 durchgeführt werden. Die durch das Tempern durchgeführte Dotierungsmittelaktivierung ermöglicht es ferner, den Blattwiderstand der polykristallinen Siliziumschicht 23 effektiv zu reduzieren. Vorzugsweise werden das Tempern für die Dotiermittelaktivierung und andere Wärmebehandlungen gleichzeitig ausgeführt, so daß der einzige Temperprozeß nicht nur die Dotiermittelaktivierung in der polykristallinen Siliziumschicht 23, sondern auch eine thermische Diffusion verursacht.
Im Fall einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung ermöglicht das einzelne Tempern zur Dotierungsaktivierung in der polykristallinen Siliziumschicht 23 eine thermische Diffusion des Dotiermittels, um einen Emitterbereich zu bilden. Dies ermöglicht es, hier die Beeinflussung, wie unerwünschte thermische Rediffusion der Basisschicht, zu vermeiden, wodurch Hochfrequenzcharakteristika des Bipolartransistors gesichert werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele aussagen, daß eine verbesserte polykristalline Siliziumwiderstandsschicht, die durch das neue Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wird, als Widerstandselement in einer integrierten Bipolartransistorschaltungsvorrichtung geeignet ist, kann eine solche polykristalline Siliziumwiderstandsschicht als Widerstandselement in anderen Arten von Halbleitervorrichtungen dienen.
Selbstverständlich sind die Materialien und Abmessungen jedes Elementes sowie die oben genannten Bedingungen, bei denen die oben beschriebenen Prozesse durchgeführt werden, und somit die Temperaturen, Dosen, Zeiten und andere,zur Anpassung an verschiedene Erfordernisse variabel.

Claims

1. Verfahren der Herstellung einer polykristallinen Siliziumschicht, die als Widerstandselement in einer integrierten Halbleitervorrichtung dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist:

Abscheiden einer polykristallinen Siliziumschicht (11, 23) auf einer Isolierschicht (9, 22), die ein Halbleitersubstrat (2, 21) bedeckt,

Aussetzen der abgeschiedenen polykristallinen Siliziumschicht einem selektiven Ätzen unter Verwendung eines Fotoresistmusters als Maske und Aussetzen der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht (23) einem selektiven Dotieren unter Verwendung von Ionenimplantation unter Einsatz eines Fotoresistmusters (25), das einen Umfangsbereich der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht (23) bedeckt, wodurch Dotiermittel in die verbleibende polykristalline Siliziumschicht (23) mit Ausnahme des Umfangsbereichs, der eine vorgegebene Breite aufweist, eingebracht wird,

Ausbilden eines Isolierfilms (26) derart, daß er die polykristalline Siliziumschicht (23) abdeckt, und

Aussetzen der abgedeckten polykristallinen Siliziumschicht (23) einer Wärmebehandlung für eine Dotiermittel-Aktivierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoresist (25), der für die Ionenimplantation verwendet wird, neben der zum Einbringen des Dotiermittels eine weitere Öffnung aufweist, wobei die weitere Öffnung als Schutz gegen ein Aufladen von Ionen dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoresist (25), der für die Ionenimplantation verwendet wird, eine leitende Metalischicht (26A) unter sich aufweist, wobei die leitende Metalischicht (26A) als Schutz gegen das Aufladen von Ionen dient.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoresist (25), der für die Ionenimplantation verwendet wird, einen Isolierfilm (26B) unter sich aufweist, wobei der Isolierfilm (26B), als Schutz gegen das Aufladen von hochenergetischen Ionen dient.

5. Verfahren der Herstellung einer polykristallinen Siliziumschicht, die als Widerstandselement in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist:

Abscheiden einer polykristallinen Siliziumschicht (11, 23) auf einer Isolierschicht (9, 22), die ein Halbleitersubstrat (2, 21) abdeckt,

Aussetzen der abgeschiedenen polykristallinen Siliziumschicht (23) einem selektiven Dotieren durch Ionenimplantation mittels eines Fotoresistmusters (25) und

Aussetzen der selektiv dotierten polykristallinen Siliziumschicht (23) einem selektiven Ätzen unter Verwendung des Fotoresistmusters als Maske, die nicht nur den dotierten Bereich der polykristallinen Siliziumschicht (23) abdeckt, sondern einen undotierten Bereich in dessen Umgebung, wodurch bewirkt wird, daß die polykristalline Siliziumschicht (23) in dem dotierten Bereich und in dem undotierten Umgebungsbereich verbleibt, wobei letzterer eine vorgegebene Breite aufweist, Ausbilden eines Isolierfilms (26) derart, daß er die dotierte polykristalline Siliziumschciht (23) abdeckt, und

6. Verfahren nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß der für die Ionenimplantation verwendete Fotoresist eine leitende Metallschicht unter sich aufweist, wobei die leitende Metalischicht als Schutz gegen Ionenaufladung dient.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Ionenimplantation verwendete Fotoresist einen Isolierfilm unter sich aufweist, wobei der Isolierfilm als ein Schutz gegen Aufladung von hochenergetischen Ionen dient.

8. Verfahren der Herstellung einer integerierten Hochfreguenzhalbleiterschaltungsvorrichtung mit einer polykristallinen Siliziumschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren vor der Ausbildung der polykristallinen Schicht die Schritte aufweist:

Ausbilden eines aktiven Bereichs einschließlich zumindest eines aktiven Elementes auf einem Halbleitersubstrat (2),

Ausbilden einer Isolierschicht (5), um eine Isolierung des aktiven Elementes zu erhalten,

Ausbilden eines Isolierfilms auf der Gesamtfläche der Vorrichtung, um sowohl den aktiven Bereich als auch die Isolierschicht (5) abzudecken,

und nach der Ausbildung der polykristallinen Schicht (11): Durchführen des selektiven Ätzens der polykristallinen Schicht derart, daß die polykristalline Siliziumschicht (11) in einem vorgegebenen Bereich über der Isolierschicht verbleibt, die von dem aktiven Bereich entfernt ist, und

Aussetzen der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht (12) dem selektiven Dotieren.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Ionenimplantation verwendete Fotoresist (13) nur den undotierten Umgebungsbereich der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht (12) abdeckt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung durchgeführt wird, um nicht nur die Dotiermittel-Aktivierung zu erzielen sondern auch eine thermische Diffusion zur Ausbildung von aktiven Elementen.

11. Verfahren nach Anspruch 8, mit weiterhin den Schritten: Ausbilden von Kontaktelektroden (15B, 16B) des aktiven Elementes, das polykristalline Silizium (17) aufweist, nach der Ausbildung der polykristallinen Siliziumschicht (12), die als Widerstandselement dient.

12. Verfahren der Herstellung einer integrierten Hochfrequenzhalbleiterschaltungsvorrichtung einschließlich einer polykristallinen Siliziumschicht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist:

Ausbilden einer Isolierschicht (5), um die Isolierung des aktiven Elementes zu erreichen,

Ausbilden eines Isolierfilms (9) auf der Gesamtfläche der Vorrichtung derart, daß sowohl der aktive Bereich als auch die Isolierschicht (5) bedeckt sind,

Abscheiden der polykristallinen Siliziumschicht (11) auf dem Isolierfilm (9),

Aussetzen der abgeschiedenen polykristallinen Siliziumschicht (ii) dem selektiven Dotieren derart, daß Dotiermittel in einen vorgegebenen Bereich über der Isolierschicht (5) eingebracht wird, wobei der Bereich von dem aktiven Bereich entfernt wird, und

Aussetzen der dotierten polykristallinen Siliziumschicht (11) dem selektiven Ätzen.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Ionenimplantation verwendete Fotoresist nur den undotierten Umgebungsbereich der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht (12) abdeckt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, 5, 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der undotierte Umgebungsbereich eine Breite im Bereich von 015 bis 1,0 µm aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung durchgeführt wird, um nicht nur die Dotiermittel-Aktivierung zu erzielen sondern auch eine thermische Diffusion zur Ausbildung von aktiven Elementen.

16. Verfahren nach Anspruch 12 mit weiterhin den Schritten: Ausbilden von Kontaktelektroden (15B, 16B) des aktiven Elementes, das das polykristalline Silizium (17) aufweist, nach Ausbildung der polykristallinen Siliziumschicht (13), die als Widerstandselement dient.