DE4139490A1 - Bicmos-vorrichtung und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents
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- H01L21/8248—Combination of bipolar and field-effect technology
- H01L21/8249—Bipolar and MOS technology
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
BICMOS-Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung
derselben, bei denen sowohl ein Bipolartransistor, als
auch ein CMOS-Transistor im gleichen Chip untergebracht
sind. Sie bezieht sich insbesondere auf eine
BICMOS-Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung
derselben, mit dem ein hohes Leistungsergebnis und eine
hohe Integrationsdichte durch Herstellen von
CMOS-Transistoren mit zweistufigen Polysilizium-Gates und
von selbstjustierenden Bipolartransistoren erzielt werden.
In neuerer Zeit sind Halbleitervorrichtungen entwickelt
worden, die verschiedene Funktionen durch Herstellen von
Halbleiterelementen unterschiedlicher Funktion und
unterschiedlicher Versorgungsspannung auf dem gleichen
Chip aufweisen, wobei die Tendenz nach höheren
Betriebsgeschwindigkeiten und weiterer Miniaturisierung
geht.
Als typisches Beispiel sei die BICMOS-Vorrichtung genannt,
die auf einem einzigen Chip sowohl den CMOS-Transistor,
der eine hohe Integrationsdichte bei niedrigem
Leistungsverbrauch aufweist, als auch den
Bipolartransistor trägt, der den
Hochgeschwindigkeitsbetrieb ermöglicht und eine hohe
Ausgangstreiberkapazität besitzt.
Da die BICMOS-Vorrichtungen die CMOS-Transistoren in
inneren Logikkreisen, und die Bipolartransistoren in
peripheren Kreisen einsetzen, können viele Vorteile, wie
beispielsweise der niedrige Leistungsverbrauch, die hohe
Integrationsdichte und der Hochgeschwindigkeitsbetrieb,
auf einfache Weise erreicht werden.
Daher breitet sich die Verwendung der BICMOS-Vorrichtungen
mehr und mehr aus.
Über eine konventionelle BICMOS-Vorrichtung wurde im Jahre
1990 berichtet (IEEE BCTM Conference Digest pp. 78-81).
Bei ihr ist die Treiberkapazität groß, weil ein vertikaler
PNP-Bipolartransistor eine schmale Basis besitzt.
Da weiter die Epitaxieschicht dünn ausgeführt ist, um die
Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen, ist die
Betriebsspannung klein.
Die Integrationsdichte ist jedoch gering, weil die
Emitterbereiche auf den NPN- und PNP-Bipolartransistoren
durch ein nicht selbstjustierendes Verfahren hergestellt
werden.
Ein weiteres Beispiel für die BICMOS-Vorrichtung wurde
1990 veröffentlicht (IEEE BCTM Conference Digest pp.
82-85), wobei die Stromverstärkung des Bipolartransistors
groß, aber die Betriebsgeschwindigkeit klein ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
BICMOS-Vorrichtung hoher Betriebsgeschwindigkeit und hoher
Integrationsdichte zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung
eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen
BICMOS-Vorrichtung.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine BICMOS-Vorrichtung geschaffen, die folgende
Komponenten aufweist: einen ersten MOS-Transistor, der
einen zweiten und einen sechsten Bereich eines ersten
Leitungstyps umfaßt, wobei diese Bereiche auf einem ersten
Abschnitt eines Halbleitersubstrates des ersten
Leitungstyps angebracht sind; Source- und Drainbereiche
eines zweiten Leitungstyps, die auf dem genannten sechsten
Bereich angebracht und durch einen Kanalbereich getrennt
sind; ein Gate, das eine erste und eine zweite
Polysiliziumschicht und eine erste metallische
Silizidschicht umfaßt, wobei diese Schichten nach dem
Aufwachsen des Gateoxyds auf dem Kanalbereich aufgebracht
werden, und wobei metallische Elektroden auf dem Gate-,
Source- und Drainbereich erzeugt werden; einen zweiten
MOS-Transistor, mit einem dritten und einem siebten
Bereich eines zweiten Leitungstyps, der auf einem zweiten
Abschnitt des Halbleitersubstrates des ersten Leitungstyps
angebracht ist, einen Source- und einen Drainbereich des
ersten Leitungstyps aufweist und die gleiche Struktur wie
der erste MOS-Transistor besitzt; einen vertikalen ersten
Bipolartransistor, der einen vierten und einen achten
Bereich des ersten Leitungstyps aufweist, wobei die
Bereiche auf einem dritten Abschnitt des
Halbleitersubstrates aufgebracht sind; ein Feldoxyd, das
auf dem siebten Bereich aufgebracht ist; einen
Kollektorbereich des ersten Leitungstyps, der auf einer
Seite des Feldoxyds aufgebracht ist und mit dem genannten
vierten Bereich verbunden ist; einen eigenleitenden
Basisbereich des zweiten Leitungstyps, der auf der anderen
Seite des Feldoxyds angebracht ist, und
störstellenleitende Basisbereiche des zweiten
Leitungstyps, die auf beiden Seiten des eigenleitenden
Basisbereiches angebracht sind; einen Emitterbereich des
ersten Leitungstyps, der zwischen den Störstellenleitenden
Basisbereichen hergestellt ist; eine Basiselektrode mit
einer zweiten Polysiliziumschicht und einer ersten
metallischen Silizidschicht, wobei die Elektrode auf den
störstellenleitenden Basisbereichen aufgebracht ist;
Emitter- und Kollektorelektroden mit einer dritten
Polysiliziumschicht und einer zweiten metallischen
Silizidschicht, wobei die Elektroden jeweils auf den
Emitter- und Kollektorbereichen angebracht sind;
Metallelektroden, die auf der Emitterelektrode, der
Basiselektrode und der Kollektorelektrode hergestellt
sind; einen zweiten Bipolartransistor, der einen fünften
und einen neunten Bereich des zweiten Leitungstyps auf
einem vierten Abschnitt des Halbleitersubstrates aufweist,
das einen dem Leitungstyps des vertikalen ersten
Bipolartransistors entgegengesetzten Leitungstyp besitzt;
Emitter- und Kollektorelektroden, die die zweite
Polysiliziumschicht und die erste metallische
Silizidschicht umfassen; eine Basiselektrode, die die
dritte Polysiliziumschicht und die zweite metallische
Silizidschicht umfaßt; und Metallelektroden, die auf der
Emitterelektrode, der Kollektorelektrode und der
Basiselektrode aufgebracht sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren zu Herstellung der BICMOS-Vorrichtung
geschaffen, das folgende Stufen aufweist: eine erste Stufe
zur Herstellung eines zweiten und vierten Bereiches eines
ersten Leitungstyps und eines dritten und fünften Bereiche
eines zweiten Leitungstyps auf einem Halbleitersubstrat
des ersten Leitungstyps; einen zweiten Schritt zur
Herstellung einer Epitaxieschicht auf dem
Halbleitersubstrat; eine dritte Stufe zur Herstellung
eines sechsten und achten Bereiches des ersten
Leitungstyps und eines siebten und neunten Bereiches des
zweiten Leitungstyps auf der Epitaxieschicht; eine vierte
Stufe zur Herstellung von Kanalsperren zwischen dem
sechsten und siebten Bereich und zwischen dem achten und
neunten Bereich, und zur Herstellung eines Feldoxyds auf
dem vorbestimmten Abschnitt des achten und neunten
Bereiches; eine fünfte Stufe zur Herstellung von
Kollektorbereichen des ersten und des zweiten Leitungstyps
auf dem achten und neunten Bereich und in Kontakt mit dem
vierten und fünften Bereich; eine sechste Stufe zum
aufeinanderfolgenden Aufbringen eines Gateoxyds und einer
ersten polykristallinen Siliziumschicht auf der gesamten
Oberfläche der Struktur; eine siebte Stufe zur Herstellung
jeweils eines eigenleitenden Basisbereiches des ersten und
des zweiten Leitungstyps auf der anderen Seite der
Feldoxydschichten auf dem achten und neunten Bereich; eine
achte Stufe zur Beseitung der Gateoxydschicht und der
ersten Polysiliziumschicht auf dem achten und neunten
Bereich; eine neunte Stufe zur Herstellung von Gates des
ersten und des zweiten MOS-Transistors, der Basiselektrode
des ersten Bipolartransistors und der Emitter- und
Kollektorelektroden des zweiten Bipolartransistors durch
ein herkömmliches fotolithografisches Verfahrens nach
Herstellen einer zweiten Polysiliziumschicht, einer ersten
metallischen Silizidschicht und einer ersten
Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur;
eine zehnte Stufe zum Implantieren von Störionen des
zweiten Leitungstyps zur Herstellung der Source- und
Drainbereiche des ersten MOS-Transistors im sechsten
Bereich, und Implantieren von Störionen des ersten
Leitungstyps zur Bildung der Source- und Drainbereich des
zweiten MOS-Transistors im siebten Bereich; eine elfte
Stufe zur Bildung einer zweiten Isolierschicht auf dem
ersten und zweiten MOS-Transistor; eine zwölfte Stufe zur
Herstellung jeweils einer Emitter- und Kollektorelektrode
des ersten Bipolartransistors und einer Basiselektrode des
zweiten Bipolartransistors, unter Benutzung einer dritten
Polysiliziumschicht und einer zweiten metallischen
Silizidschicht; eine dreizehnte Stufe zur Herstellung der
Source- und Drainbereiche des ersten und zweiten
MOS-Transistors und des Emitters, und des äußeren
Basisbereiches des ersten und zweiten Bipolartransistors
durch Diffusion der implantierten Störionen des zweiten
und ersten Leitungstyps jeweils des sechsten und siebten
Bereiches; und eine vierzehnte Stufe zur Herstellung von
Metallelektroden nach Anbringen einer dritten
Isolierschicht und zur Herstellung von Kontaktlöchern.
Nachfolgend wird der wesentliche Gegenstand der Figuren
kurz beschrieben.
Fig. 1 stellt eine Querschnittsansicht einer
BICMOS-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar; und
Fig. 2(A) bis 2(H) stellen Querschnittsansichten zur Erläuterung des
Verfahrens der Herstellung der BICMOS-Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Nunmehr wird die Erfindung im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 stellt eine Querschnittsansicht der
BICMOS-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar,
die NMOS- und PMOS-Transistoren sowie einen
NPN-Bipolartransistor und einen vertikalen
PNP-Bipolartransistor aufweist.
In Fig. 1 bezeichnen die Abkürzungen NM, PM, NB und PB
jeweils nacheinander einen NMOS-Transistorbereich, einen
PMOS-Transistorbereich, einen NPN-Bipolartransistorbereich
und einen PNP-Vertikal-Bipolartransistorbereich.
In den Abschnitten NM, PM, PB und NB eines P-leitenden
Halbleitersubstrates werden jeweils ein hochdotierter
zweiter Bereich 3, ein hochdotierter dritter Bereich 5,
ein hochdotierter vierter Bereich 7 und ein hochdotierter
fünfter Bereich 9 gebildet.
Der zweite und der dritte Bereich 3 und 5 besteht jeweils
aus einer P-leitenden und einer N-leitenden vergrabenen
Schicht, um das Sperren (latch-up) der NMOS- und
PMOS-Transistoren zu verhindern.
Der vierte und fünfte Bereich 7 und 9 werden als
vergrabene Schichten jeweils des
PNP-Vertikal-Bipolartransistors und des
NPN-Bipolartransistors benutzt.
Weiter wird eine erste Schicht 2 zur elektrischen
Abtrennung der vierten Schicht 7 gebildet.
Auf dem zweiten, dritten, vierten und fünften Bereich 3,
5, 7 und 9 wird jeweils eine Epitaxieschicht aufgewachen,
und in dieser Epitaxieschicht werden ein sechster,
siebter, achter und neunter Bereich 13, 15, 17 und 19 vom
gleichen Leitungstyp wie dem des zweiten, dritten, vierten
und fünften Bereiches 3, 5, 7 und 9 gebildet.
Zwischen dem sechsten, siebten, achten und neunten Bereich
13, 15, 17 und 19 werden Kanalsperren 21 angebracht.
Auf diesen Kanalsperren wird eine Feldoxydschicht 23
aufgebracht, um jeden Transistor elektrisch zu isolieren.
Anschließend werden im sechsten Bereich 13 metallische
Elektroden 95 auf den Source- und Drainbereichen 75 des
NMOS-Transistors hergestellt.
Zwischen den Source- und Drainbereichen 75 werden nach
Herstellung einer Gateoxydschicht 31 ein Gate 45,
bestehend aus ersten und zweiten Polysiliziumschichten 33
und 39, und eine erste metallische Silizidschicht 41
gebildet.
Die erste Polysiliziumschicht 33 mit einer Dicke von 300
bis 500 Å hat den Zweck, die Veränderung der
Schwellenspannung aufgrund der Diffusion der in der
zweiten Polysiliziumschicht 39 enthaltenen Störatome in
den Kanalbereich zu verhindern, während die metallische
Silizidschicht 41 aus WSi2 oder TiSi2 mit einer Dicke
von 1000 bis 2000 Å die Leitfähigkeit des Gitters 43
verbessert.
Weiter werden an beiden Seiten des Gates 45 Seitenwände 59
aus SiO2 gebildet, und auf dem Gate wird eine erste
Isolierschicht 43 angebracht.
Weiter wird auf der gesamten Oberfläche der Struktur mit
Ausnahme der Metallelektrode 95 eine erste Isolierschicht
93 aufgebracht.
Zum anderen wird im siebten Bereich 15 der PMOS-Transistor
hergestellt.
Der PMOS-Transistor ist der gleiche wie der im sechsten
Bereich 13 hergestellte NMOS-Transistor, mit der Ausnahme,
daß die Source- und Drainbereiche den entgegengesetzten
Leitungstyp wie diejenigen des NMOS-Transistors aufweisen.
Auf der Oberfläche des achten Bereiches 17 werden ein
eigenleitender bzw. intrinsischer Basisbereich 35 mit
N-Übergang des vertikalen PNP-Bipolartransistors sowie ein
hochdotierter Kollektorbereich 37 mit P-Übergang erzeugt,
wobei die Bereiche vom eigenleitenden Basisbereich 35
durch das Feldoxyd 23 getrennt sind.
Auf der Oberfläche des Kollektorbereiches 27 wird weiter
ein hochdotierter Kollektorkontaktbereich 83 gebildet, um
den Kontaktwiderstand herabzusetzen.
Zu beiden Seiten des eigenleitenden Basisbereiches 35
werden hochdotierte störstellenleitende bzw. extrinsische
Basisbereiche 79 mit N-Übergang gebildet, und auf diesen
störstellenleitenden Basisbereichen sind Basiselektroden
49 aufgebracht, welche die zweite Polysiliziumschicht 39
und die erste metallische Silizidschicht 41 umfassen.
Die Seitenwand 59 und die erste Isolierschicht 43 sind an
der Seite sowie oben auf der Basiselektrode 49 angebracht,
während ein selbstjustierter, hochdotierter P-leitender
Emitterbereich 81 unter einer Emitterelektrode 87
angebracht ist.
Desgleichen werden auf der Oberfläche des neunten
Bereiches 19 ein eigenleitender Basisbereich 37, ein
Emitterbereich 87, ein Kollektorbereich 29, ein
störstellenleitender Basisbereich 85 und ein
Kollektorkontaktbereich 90 des NPN-Bipolartransistors
gebildet.
Auf dem Emitterbereich 89 ist eine Emitterelektrode 51,
bestehend aus der zweiten Polysiliziumschicht 39 und der
ersten metallischen Silizidschicht 41, aufgebracht,
während auf der Emitterelektrode 51 eine Basiselektrode 91
aufgebracht ist, die in Kontakt mit dem
störstellenleitenden Basisbereich 85 steht und elektrisch
durch die Seitenwände 59 und die erste Isolierschicht 43
abgetrennt ist.
Die Basiselektrode 91 besteht aus der dritten
Polyiliziumschicht 71 und der zweiten metallischen
Silizidschicht 73, während der Emitterbereich 87 und der
störstellenleitende Basisbereich 85 durch die
Emitterelektrode 51 und die Basiselektrode 91
selbstjustiert sind. Auf dem Kollektorbereich 29 ist eine
Kollektorelektrode 53, bestehend aus der zweiten
Polysiliziumschicht 39 und der ersten metallischen
Silizidschicht 41, aufgebracht.
Die Fig. 2(A) bis 2(H) veranschaulichen den
Verfahrensablauf der Herstellung der BICMOS-Vorrichtung
gemäß Fig. 1.
Bezugnehmend auf Fig. 2(A) werden nach der Herstellung des
N-leitenden ersten Bereiches zwei auf dem vorbestimmten
Abschnitt des P-leitenden (100) Halbleitersubstrates mit
einem spezifischen Widerstandswert von 2 bis 20 Ohm·cm
der hochdotierte P-leitende zweite und vierte Bereich 3 und 4
sowie der hochdotierte N-leitende dritte und fünfte
Bereich 5 und 9 mit Hilfe des herkömmlichen
Doppelschachtverfahrens (twin well process) hergestellt.
Der vierte Bereich 7 wird durch den ersten Bereich 2 wie
eine Insel vom Halbleitersubstrat 1 getrennt. Als nächstes
wird die undotierte Epitaxieschicht 11 von 1 bis 2 µm auf
dem zweiten, dritten, vierten und fünften Bereich 3, 5, 7
und 9 aufgebracht.
Bezugnehmend auf Fig. 2(B) werden der leicht dotierte
P-leitende sechste und achte Bereich 13 und 14 sowie der
leicht dotierte, N-leitende siebte und neunte Bereich 15
und 17 auf der Epitaxieschicht 11 in der gleichen Weise
aufgebracht wie im Falle des zweiten, dritten, vierten und
fünften Bereiches 3, 5, 7 und 9.
Anschließend werden die Feldoxydschicht 23 und die
Kanalsperre 21 zwischen dem sechsten, siebten, achten und
neunten Bereich 13, 15, 17 und 19 gebildet. Gleichzeitig
wird das Feldoxyd auch auf dem vorbestimmten Abschnitt des
achten und neunten Bereiches 17 und 19 angebracht.
Bezugnehmend auf Fig. 2(C) werden nach der Herstellung
einer schützenden Oxydschicht 25 von 400 bis 600 Å auf der
gesamten Oberfläche der Struktur die Kollektorbereiche 27
und 29 des vertikalen PNP-Bipolartransistors und des
NPN-Bipolartransistors auf den vorbestimmten Abschnitten
jeweils des achten und neunten Bereiches 17 und 19
aufgebracht. Die Kollektorbereiche 27 und 29 werden durch
zweimaliges Fotomaskieren und zweimalige Ionenimplantation
mit nachfolgendem Glühen hergestellt. Mit anderen Worten
werden die Kollektorbereiche 25 und 27 in den folgenden
Verfahrensstufen hergestellt: Bilden eines
Fotolacküberzuges auf der schützenden Oxydschicht 25;
Aussetzen des vorbestimmten Abschnittes der schützenden
Oxydschicht 25 auf dem achten Bereich 17 der Bemusterung
durch das herkömmliche fotolithografische Verfahren;
Implantieren P-leitender Störionen; Beseitigen des
Fotolackes; Neuüberziehen mit Fotolack; Aussetzen des
vorbestimmten Abschnittes der Einwirkung der Störionen;
und Beseitigen des Fotolackes. Bei diesem Verfahren werden
P-leitende Störionen, wie beispielsweise Bor, und
N-leitende Störionen, wie beispielsweise Phosphor, mit
einer Energie von etwa 140 KeV und einer Dosis von
5 E14-2 E10 Ionen/cm2 implantiert, wobei die
Ionenimplantationsfolge geändert werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 2(D) wird nach dem Beseitigen der
schützenden Oxydschicht 25 die Gateoxydschicht 35 von 150
bis 300 Å gebildet. Als nächstes werden P-leitende
Störionen, wie beispielsweise Borionen, mit einer Energie
von 30 KeV und einer Dosis von 1 E11-1 E13 Ionen/cm2
implantiert, um die Schwellenspannung der NMOS- und
PMOS-Transistoren anzupassen. Anschließend werden durch
zweimaliges Fotomaskieren und zweimalige Ionenimplantation
mit nachfolgendem Glühen die eigenleitenden Basisbereiche
35 und 37 des vertikalen PNP-Bipolartransistors und des
NPN-Bipolartransistors jeweils auf dem achten und neunten
Bereich 17 und 19 hergestellt. Die eigenleitenden
Basisbereiche 35 und 37 des vertikalen
PNP-Bipolartransistors werden durch Implantieren
N-leitender Störionen, wie beispielsweise Phosphor, mit
einer Energie von etwa 60 KeV-100 KeV und einer Dosis
von 5 E13-5 E14 Ionen/cm2 hergestellt, während der
eigenleitende Basisbereich 37 des NPN-Bipolartransistors
durch Ionenimplantation von p-leitenden Störatomen mit
einer Energie von 40-100 KeV und einer Dosis von
1 E14-5 E14 Ionen/cm2 erzeugt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 2(E) werden die erste
Polysiliziumschicht 33 und die Gateoxydschicht 31 auf dem
vertikalen PNP-Bipolartransistorbereich (PB-Bereich) und
dem NPN-Bipolartransistorbereich (NB-Bereich) beseitigt,
und dann wird als nächstes die zweite Polysiliziumschicht
39 von 2000 bis 4000 Å aufgebracht, auf die eine
Ionenimplantation von N-leitenden Störatomen folgt, wie
beispielsweise Arsen, mit einer Dosis von
6 E15-1 E16 Ionen/cm2. Dann werden auf der gesamten
Oberfläche der zweiten Polysiliziumschicht 39 durch das
herkömmliche CVD-Verfahren (chemische Dampfbeschichtung)
nacheinander die metallische Silizidschicht 41 von 1000
bis 3000 Å und die erste Isolierschicht 43 von 2000 bis
4000 Å aufgebracht. Die erste metallische Silizidschicht
41 besteht auf WSi2 oder TiSi2 und dient zur
Verringerung des Kontaktwiderstandes zu den später
gebildeten Metallelektroden. Weiter besteht die erste
Isolierschicht 43 aus SiO2 oder Si3N4. Als nächstes
werden mit Hilfe des herkömmlichen fotolithografischen
Verfahrens gleichzeitig die Gateelektroden 45 und 47 der
NMOS- und PMOS-Transistoren, die Basiselektrode 49 des
vertikalen PNP-Bipolartransistors und die Emitter- und
Kollektorelektroden 51 und 53 des NPN-Bipolartransistors
hergestellt.
Bezugnehmend auf Fig. 2(F) werden durch Ionenimplantation
von N-leitenden Störatomen, wie etwa Phosphor, und
P-leitenden Störatomen, wie etwa Bor, im sechsten und
siebten Bereich 13 und 15 jeweils die ersten und zweiten
ionenimplantierten Bereiche 55 und 57 hergestellt, um die
LDD-Struktur (leichdotierte Drainstruktur) des
MOS-Transistors zu bilden. Als nächstes werden zu beiden
Seiten der Elektroden 45, 47, 49, 51 und 53 die
Seitenwände 59 durch Aufbringen einer Oxydschicht von 3000 bis 6000 Å
auf der gesamten Oberfläche der Struktur mit
Hilfe des herkömmlichen Dampfbeschichtungsverfahrens
erzeugt und durch radioaktives Ionenätzen (RIE) wieder
entfernt. Dann wird der dritte ionenimplantierte Bereich
61 durch Ionenimplantation von N-leitenden Störatomen, wie
beispielsweise Arsen, im sechsten Bereich 13 mit einer
Energie von 60 KeV und einer Dosis von
3 E15-7 E15 Ionen/cm2 durch eine Fotolackmaske
erzeugt. In gleicher Weise wird der vierte
ionenimplantierte Bereich 63 durch Ionenimplantation von
P-leitenden Störatomen, wie beispielsweise BF2, mit
einer Energie von 60 KeV und einer Dosis von
1 E15-7 E15 Ionen/cm2 im siebten Bereich 15 erzeugt.
Gleichzeitig werden der P-leitende fünfte und sechste
ionenimplantierte Bereich 65 und 67 im Kollektorbereich 27
des vertikalen PNP-Bipolartransistors sowie im
eigenleitenden Basisbereich 37 des NPN-Bipolartransistors
gebildet.
Bezugnehmend auf Fig. 2(C) wird die zweite Isolierschicht
69 durch Aufbringen eines Oxyds oder Nitrids von 1000 bis
2000 Å auf der gesamten Oberfläche der Struktur gebildet,
wobei die zweite Isolierschicht auf der Oberfläche der
PB- und NB-Abschnitte lithografisch beseitigt wird.
Anschließend werden die dritte Polysiliziumschicht 71 von
2000 bis 4000 Å und die zweite metallische Silizidschicht
73 von 1000 bis 2000 Å nacheinander auf der gesamten
Oberfläche der Struktur aufgebracht. Bei diesem Verfahren
werden die P-leitenden Störionen, wie beispielsweise BF2
oder Bor, mit einer Dosis von 1 E15-5 E15 Ionen/cm2
implantiert.
Die zweite metallische Silizidschicht 73 wird aus dem
gleichen Material wie die erste metallische Silizidschicht
41 hergestellt.
Durch konventionelle Glühbehandlung werden die Störatome
im ersten bis sechsten Bereich 55, 57, 61, 63, 65 und 67
diffundiert, um den Source- und Drainbereich 75 des
NMOS-Transistors, den Source- und Drainbereich 77 des
PMOS-Transistors, den Kollektorkontaktbereich 83 des
vertikalen PNP-Bipolartransistors und den
störstellenleitenden Basisbereich 85 des
NPN-Bipolartransistors zu erzeugen.
Dabei werden die Störatome in der zweiten
Polysiliziumschicht 45 nach unten diffundiert, wodurch der
selbstjustierte, störstellenleitende Basisbereich 79 des
vertikalen PNP-Transistors ebenso wie der selbstjustierte
Emitterbereich 88 und der Kollektorkontaktbereich 90 des
NPN-Bipolartransistors gebildet werden.
Weiter diffundieren die Störatome in der dritten
Polysiliziumschicht 71 nach unten und bilden den
selbstjustierten Basiskontaktbereich 81 des vertikalen
PNP-Transistors. Außerdem werden die NMOS- und
PMOS-Transistoren in der LDD-Struktur geschaffen.
Die Emitter- und Kollektorelektroden 87 und 89 des
vertikalen PNP-Bipolartransisotors und die Basiselektrode
91 des NPN-Bipolartransistors werden also durch das
herkömmliche fotolithografische Verfahren hergestellt.
Bezugnehmend auf Fig. 2(H) wird die dritte Isolierschicht
93 von 3000 bis 5000 Å, die aus dem gleichen Material wie
die erste und zweite Isolierschicht 43 und 69 besteht, auf
der gesamten Oberfläche der Struktur durch das
CVD-Verfahren hergestellt.
Schließlich wird nach der Herstellen der Kontaktlöcher
durch die dritte Isolierschicht 93 die Metallelektrode 95
aus Al gebildet.
Wie oben beschrieben, werden die Störatome in der zweiten
Polysiliziumschicht nicht bis in den Kanalbereich
diffundiert, weil die Gates der NMOS- und
PMOS-Transistoren aus der undotierten ersten
Polysiliziumschicht und der dotierten zweiten
Polysiliziumschicht bestehen, so daß die Veränderung der
Schwellenspannung verhindert wird.
Zusätzlich werden die Emitterbereiche des vertikalen PNP- und
des NPN-Bipolartransistors durch die selbstjustierte
Diffusion gebildet, wodurch die Flächengröße der
Halbleitervorrichtung reduziert wird.
Die vorliegende Erfindung verbessert daher die Kennwerte
der Vorrichtung durch Stabilisieren der Schwellenspannung
der PMOS- und NMOS-Transistoren.
Darüber hinaus verbessert die vorliegende Erfindung nicht
nur die Betriebsgeschwindigkeit, sondern sie verringert
auch durch die selbstjustierende Bildung der
Emitterbereiche die Chipfläche des vertikalen PNP- und des
NPN-Bipolartransistors, wodurch eine hohe
Integrationsdichte erzielt wird.
Claims (12)
1. BICMOS-Vorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
folgende Komponenten aufweist:
- - einen ersten MOS-Transistor, der einen zweiten und einen sechsten Bereich eines ersten Leitungstyps umfaßt, wobei diese Bereiche auf einem ersten Abschnitt eines Halbleitersubstrates des ersten Leitungstyps angebracht sind;
- - Source- und Drainbereiche eines zweiten Leitungstyps, die auf dem genannten sechsten Bereich angebracht und durch einen Kanalbereich getrennt sind;
- - ein Gate, das eine erste und eine zweite Polysiliziumschicht und eine erste metallische Silizidschicht umfaßt, wobei diese Schichten nach dem Aufwachsen des Gateoxyds auf dem Kanalbereich aufgebracht werden, und wobei metallische Elektroden auf dem Gate-, Source- und Drainbereich erzeugt werden;
- - einen zweiten MOS-Transistor, mit einem dritten und einem siebten Bereich eines zweiten Leitungstyps, der auf einem zweiten Abschnitt des Halbleitersubstrates des ersten Leitungstyps angebracht ist, einen Source- und einen Drainbereich des ersten Leitungstyps aufweist und die gleiche Struktur wie der erste MOS-Transistor besitzt;
- - einen vertikalen ersten Bipolartransistor, der einen vierten und einen achten Bereich des ersten Leitungstyps aufweist, wobei die Bereiche auf einem dritten Abschnitt des Halbleitersubstrates aufgebracht sind;
- - ein Feldoxyd, das auf dem siebten Bereich aufgebracht ist;
- - einen Kollektorbereich des ersten Leitungstyps, der auf einer Seite des Feldoxyds aufgebracht ist und mit dem genannten vierten Bereich verbunden ist;
- - einen eigenleitenden Basisbereich des zweiten Leitungstyps, der auf der anderen Seite des Feldoxyds angebracht ist, und störstellenleitende Basisbereiche des zweiten Leitungstyps, die auf beiden Seiten des eigenleitenden Basisbereiches angebracht sind;
- - einen Emitterbereich des ersten Leitungstyps, der zwischen den störstellenleitenden Basisbereichen hergestellt ist;
- - eine Basiselektrode mit einer zweiten Polysiliziumschicht und einer ersten metallischen Silizidschicht, wobei die Elektrode auf den störstellenleitenden Basisbereichen aufgebracht ist;
- - Emitter- und Kollektorelektroden mit einer dritten Polysiliziumschicht und einer zweiten metallischen Silizidschicht, wobei die Elektroden jeweils auf den Emitter- und Kollektorbereichen angebracht sind;
- - Metallelektroden, die auf der Emitterelektrode, der Basiselektrode und der Kollektorelektrode hergestellt sind;
- - einen zweiten Bipolartransistor, der einen fünften und einen neunten Bereich des zweiten Leitungstyps auf einem vierten Abschnitt des Halbleitersubstrates aufweist, das einen dem Leitungstyps des vertikalen ersten Bipolartransistors entgegengesetzten Leitungstyp besitzt;
- - Emitter- und Kollektorelektroden, die die zweite Polysiliziumschicht und die erste metallische Silizidschicht umfassen;
- - eine Basiselektrode, die die dritte Polysiliziumschicht und die zweite metallische Silizidschicht umfaßt; und
- - Metallelektroden, die auf der Emitterelektrode, der Kollektorelektrode und der Basiselektrode aufgebracht sind.
2. BICMOS-Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der ersten Polysiliziumschicht 300 bis 600 Å beträgt.
3. BICMOS-Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Bipolartransistor einen ersten Bereich des zweiten
Leitungstyps aufweist, der den zweiten Bereich umgibt.
4. BICMOS-Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beim
ersten Bipolartransistor der Emitterbereich zur
Basiselektrode selbstjustierend ist.
5. BICMOS-Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beim
zweiten Bipolartransistor der störstellenleitende
Basisbereich zur Emitterelektrode selbstjustierend ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer BICMOS-Vorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß es
folgende Stufen aufweist:
- - eine erste Stufe zur Herstellung eines zweiten und vierten Bereiches eines ersten Leitungstyps und eines dritten und fünften Bereiche eines zweiten Leitungstyps auf einem Halbleitersubstrat des ersten Leitungstyps;
- - einen zweiten Schritt zur Herstellung einer Epitaxieschicht auf dem Halbleitersubstrat;
- - eine dritte Stufe zur Herstellung eines sechsten und achten Bereiches des ersten Leitungstyps und eines siebten und neunten Bereiches des zweiten Leitungstyps auf der Epitaxieschicht;
- - eine vierte Stufe zur Herstellung von Kanalsperren zwischen dem sechsten und siebten Bereich und zwischen dem achten und neunten Bereich, und zur Herstellung eines Feldoxyds auf dem vorbestimmten Abschnitt des achten und neunten Bereiches;
- - eine fünfte Stufe zur Herstellung von Kollektorbereichen des ersten und des zweiten Leitungstyps auf dem achten und neunten Bereich und in Kontakt mit dem vierten und fünften Bereich;
- - eine sechste Stufe zum aufeinanderfolgenden Aufbringen eines Gateoxyds und einer ersten polykristallinen Siliziumschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur;
- - eine siebte Stufe zur Herstellung jeweils eines eigenleitenden Basisbereiches des ersten und des zweiten Leitungstyps auf der anderen Seite der Feldoxydschichten auf dem achten und neunten Bereich;
- - eine achte Stufe zur Beseitung der Gateoxydschicht und der ersten Polysiliziumschicht auf dem achten und neunten Bereich;
- - eine neunte Stufe zur Herstellung von Gates des ersten und des zweiten MOS-Transistors, der Basiselektrode des ersten Bipolartransistors und der Emitter- und Kollektorelektroden des zweiten Bipolartransistors durch ein herkömmliches fotolithografisches Verfahrens nach Herstellen einer zweiten Polysiliziumschicht, einer ersten metallischen Silizidschicht und einer ersten Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur;
- - eine zehnte Stufe zum Implantieren von Störionen des zweiten Leitungstyps zur Herstellung der Source- und Drainbereiche des ersten MOS-Transistors im sechsten Bereich und Implantieren von Störionen des ersten Leitungstyps zur Bildung der Source- und Drainbereich des zweiten MOS-Transistors im siebten Bereich;
- - eine elfte Stufe zur Bildung einer zweiten Isolierschicht auf dem ersten und zweiten MOS-Transistor;
- - eine zwölfte Stufe zur Herstellung jeweils einer Emitter- und Kollektorelektrode des ersten Bipolartransistors und einer Basiselektrode des zweiten Bipolartransistors, unter Benutzung einer dritten Polysiliziumschicht und einer zweiten metallischen Silizidschicht;
- - eine dreizehnte Stufe zur Herstellung der Source- und Drainbereiche des ersten und zweiten MOS-Transistors und des Emitters, und des äußeren Basisbereiches des ersten und zweiten Bipolartransistors durch Diffusion der implantierten Störionen des zweiten und ersten Leitungstyps jeweils des sechsten und siebten Bereiches; und
- - eine vierzehnte Stufe zur Herstellung von Metallelektroden nach Anbringen einer dritten Isolierschicht und zur Herstellung von Kontaktlöchern.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der ersten
Stufe vor der Herstellung des zweiten, dritten,
vierten und fünften Bereiches eine Stufe zur
Herstellung eines ersten Bereiches des zweiten
Leitungstyps an einer Stelle, an der der vierte
Bereich gebildet wird, hinzugefügt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die neunte
Stufe durch Ionenimplantation von Störatomen des
zweiten Leitungstyps nach dem Aufbringen der zweiten
Polysiliziumschicht ausgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die zehnte
Stufe durch Ionenimplantation von Störatomen des
ersten Leitungstyps sowohl in einer Kollektorzone des
achten Bereiches, als auch in einer eigenleitenden
Basiszone des neunten Bereiches in der gleichen Zeit
ausgeführt wird, in der die Störionen des ersten
Leitungstyps im siebten Bereich implantiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
zwölfte Stufe weiter eine zusätzliche Stufe zur
Ionenimplantation von Störatomen des ersten
Leitungstyps in der dritten Polysiliziumschicht
aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
dreizehnte Stufe dazu dient, mit Hilfe der ersten
Polysiliziumschicht die Diffusion der in der zweiten
Polysiliziumschicht vorhandenen Störatome des zweiten
Leitungstyps bis hinunter in den Kanalbereich zu
verhindern.
12. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
dreizehnte Stufe den Emitter- und den Basisbereich des
ersten und zweiten Bipolartransistors durch Diffusion
von jeweils in die dritte und die zweite
Polysiliziumschicht eindotierten Störatomen erzeugt.
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