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Dokumentenidentifikation DE69517336T2 04.01.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0797840
Titel VERWENDUNG SCHIEFER IMPLANTATION BEIM BILDEN DER BASIS VON BIPOLAREN TRANSISTOREN
Anmelder National Semiconductor Corp., Sunnyvale, Calif., US
Erfinder HUNG-SHENG, Chen, San Jose, US;
TENG, Sieh, Chih, San Jose, US
Vertreter Glawe, Delfs, Moll & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69517336
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.10.1995
EP-Aktenzeichen 959433319
WO-Anmeldetag 12.10.1995
PCT-Aktenzeichen US9514625
WO-Veröffentlichungsnummer 9615549
WO-Veröffentlichungsdatum 23.05.1996
EP-Offenlegungsdatum 01.10.1997
EP date of grant 31.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.01.2001
IPC-Hauptklasse H01L 21/265
IPC-Nebenklasse H01L 21/328   

Beschreibung[de]
Anwendungsfeld

Diese Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Verfahren zum Herstellen bipolarer Transistoren.

Hintergrundtechnik

Ein bipolarer Transistor, der aus einem Emitter, einem Kollektor und einer dazwischenliegenden Basis besteht, wird üblicherweise in vertikaler Anordnung entlang einer Hauptoberfläche eines Halbleiterkörpers hergestellt. Fig. 1 stellt einen konventionellen vertikalen NPN-Transistor des oben beschriebenen Typs dar, der in Stolfa et al. "A BiCMOS 0,8 um Process with a Toolkit for Mixed-Mode Design", IEEE Cust. Integ. Circs. Conf., 9. bis 12. Mai 1993, Seiten 24.2.1 bis 24.2.4., beschrieben ist. Der Transistor in Fig. 1 ist aus einem Siliziumhalbleiterkörper hergestellt, der aus einem P-Substrat 10 und einer darüberliegenden epitaktischen N-Schicht 12 besteht. Eine versenkte N&spplus;-Schicht 14 befindet sich entlang der metallurgischen Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und der epitaktischen Schicht 12. Ein Feldoxidbereich 16 ist entlang der oberen Fläche der Schicht 12 teilweise in den Halbleiterkörper versenkt.

Ein P-dotierter Basisbereich 18 und ein N&spplus;-dotierter Emitterbereich 20 sind in der epitaktischen Schicht 12 angeordnet, wobei der Basisbereich 18 am Feldoxid 16 anliegt. Der Kollektor ist aus einer versenkten N&spplus;-Schicht 14 und einem Abschnitt der epitaktischen N-Schicht 12, die unterhalb des Basisbereichs 18 liegt, gebildet. Kleine Bereiche der epitaktischen Schicht 12, die an den Seiten des Basisbereiches 18 gelegen sind, dienen ebenfalls stets als Teil des Kollektors. Die Elemente 22 und 24 in Fig. 1 zeigen den Kollektor-Basis- bzw. den Emitter-Basis-Übergang an. Der Transistor schließt außerdem eine P&spplus;-dotierte Basiskontaktzone 26 und eine N&spplus;-dotierte Kollektorkontaktzone 28 ein.

Der Basisbereich 18 und der Emitterbereich 20 werden gebildet, indem geeignete P- und N-Dotiermaterialien in die epitaktische Schicht 12 über geeignete Abschnitte ihrer Oberfläche eingebracht werden, um die Übergänge 22 bzw. 24 festzulegen. Die P-Dotierung erfordert typischerweise (a) Ionenimplantierung eines Bor enthaltenden Materials in die Schicht 12 unter Verwendung einer geeigneten Abschirmung, um zu steuern, wo das Dotiermaterial in die Schicht 12 eindringt, und (b) Erwärmen des Halbleiterkörpers zum Aktivieren des implantierten Bors und um dieses weiter in die Schicht 12 einzutreiben.

Die während des Implantierens der P-Ionen, was üblicherweise als "Basisimplantieren" bezeichnet wird, verwendete Abschirmung besteht teilweise aus dem Feldoxidfilm 16. Die Abschirmung für das Basisimplantieren schließt oft einen Fotolack (Photoresist) ein, dessen Position durch die gestrichelte Linie 30 angedeutet ist. Wie von den Pfeilen 32 in Fig. 1 schematisch gezeigt, wird das Basisimpläntieren in einer Richtung senkrecht oder fast senkrecht zur epitaktischen Oberfläche durchgeführt. Typischerweise wird das Basisimplantieren unter einem Kippwinkel von 7º relativ zur Vertikalen - d. h. der Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der epitaktischen Oberfläche steht - durchgeführt, um unerwünschte Kanaleffekte (Chanelling) entlang der Kristallstruktur zu reduzieren.

Während des nachfolgenden Temperns diffundieren Teile der implantierten P-Dotieratome nach unten und zur Seite, um den Kollektor-Basis-Übergang 22 in Fig. 1 zu bilden. Die laterale Diffusionsrate ist etwas geringer als die vertikale Diffusionsrate.

Der Transistor nach Stand der Technik aus Fig. 1 arbeitet in der folgenden Weise. Wenn die Basis-Emitter-Spannung auf einen geeigneten Wert angehoben wird, bewegen sich Elektronen vom Emitterbereich 20 über den Basisbereich 18 und den darunterliegenden Teil der epitaktischen Schicht 12 nach unten zur versenkten Schicht 14. Die Elektronen bewegen sich dann lateral entlang der versenkten Schicht 14 und die Kollektorkontaktzone 28 vertikal hinauf zur epitaktischen Oberfläche. Obwohl der Stromfluß durch den Basisbereich 18 größtenteils in vertikaler Richtung verläuft, bewegen sich einige Elektronen lateral durch die Kanten des Basisbereichs 18. Der laterale Stromfluß kann den Transistorbetrieb signifikant beeinflussen und somit muß er beim Testen der Leistungsfähigkeit des Transistors berücksichtigt werden.

Eine wichtige Transistorcharakteristik ist die Spannung des Kollektor-Emitter-Durchbruchs BVCEO mit offener Basis (nicht angeschlossen). Die BVCEO ist der angenäherte Wert der Kollektor-Basis-Spannung VCE, bei der der Kollektorstrom bei geringem Anstieg von VCE sehr schnell anzusteigen beginnt. Dies kann bei lawinenartiger Ladungsträgervervielfachung oder Durchbruch auftreten. Beim Durchbruch erstreckt sich die Verarmungszone des Kollektor-Basis-Übergangs bis zur Verarmungszone des Emitter-Basis-Übergangs. Die normalerweise zwischen den beiden Zonen gelegene quasineutrale Zone wird beseitigt, wodurch es ermöglicht wird, daß die Zahl der Ladungsträger, die durch die Basis hindurchtreten, mit steigender VCE rasch in einer Weise ansteigt, die nicht erwünscht ist.

In der Vorrichtung nach Stand der Technik aus Fig. 1 unterscheidet sich die Dicke des Basisbereichs 18 in lateraler Richtung von der Basisdicke in vertikaler Richtung. Insbesondere kann die minimale Basisdicke tBL in lateraler Richtung größer oder kleiner sein als die minimale Basisdicke tBV in vertikaler Richtung. Wie in Fig. 1 angedeutet, tritt die minimale laterale Basisdicke tBL an der Halbleiteroberfläche auf. Die minimale vertikale Basisdicke tBV ist auch näherungsweise die mittlere vertikale Basisdicke. Die spezifische Beziehung zwischen den Dicken tBL und tBV hängt von der Mechanik der Basisimplantierung und der Diffusion sowie von dem Betrag Dos, um den die Kante des Fotolacks 30 von der Kante des Emitterbereichs 20 am tBL-Ort entlang der Halbleiteroberfläche versetzt ist, ab.

Falls im Transistor aus Fig. 1 tBL kleiner als tBV ist, wird der Basisbereich 18 zuerst entlang seiner lateralen Kante am tBL-Ort durchbrochen. Wenn die Spannung des Kollektor- Emitter-Durchbruchs BVCEO vom Durchbruch gesteuert wird, ist BVcEO verringert. Der Leckstrom ICEO zwischen Kollektor und Emitter steigt an. Beide Effekte sind unerwünscht. Kurz gesagt, die Transistorcharakteristika werden deutlich verschlechtert, wenn tBL geringer ist als tBV.

Durch Einstellen des Versetzungsabstandes Dos auf einen ausreichend hohen Wert, wird erreicht, daß tBL größer ist als tBV. Dies setzt jedoch typischerweise voraus, daß die laterale Fläche, die vom Transistor eingenommen wird, erhöht wird, was ein unerwünschtes Ergebnis ist. Insbesondere baucht sich aufgrund der Mechanik der Basisimplantierung und -diffusion der Basisbereich 18 lateral über eine Distanz DBLG über den vertikalen tBL-Schatten aus. Der Ausbauchungsabstand DBLG ist typischerweise groß im Vergleich zu tBL. Im dargestellten Beispiel ist DBLG größer als tBL. Falls die Versetzung (Offset) Dos um einen bestimmten Betrag vergrößert wird, um tBL gegenüber tav zu vergrößern, wird der Ausbauchungsabstand DBLG in Fig. 1 um den gleichen Betrag nach links verschoben, wodurch die laterale Abmessung des Basisbereichs 18 vergrößert wird. Dies macht eine entsprechende Vergrößerung der lateralen Abmessung des Transistors nötig, wenn der Abstand zwischen dem Basisbereich 18 und dem Kollektorkontakt 28 konstant gehalten werden soll, um zusätzliche laterale Wirkungen des Transistors zu vermeiden. Es wäre wünschenswert, eine Technik zum Vergrößern der Dicke tBL ohne Vergrößerung der Dicke tBV zu besitzen, die vorzugsweise in der Lage ist, tBL auf einen Wert einzustellen, der gleich oder größer als tBV ist, ohne die Transistorfläche wesentlich zu vergrößern.

Das Problem der übermäßig kleinen lateralen Basisdicke ist auch im oxidisolierten vertikalen bipolaren Transistor von Bedeutung, in welchem der Emitter durch eine Wand begrenzt ist (Wall) - d. h. ein Teil des Emitters steht mit dem Isolationsoxid in Kontakt. Ratnam et al. "The Effekt of Isolation Edge Profile on the Leakage and Breakdown Charakteristics of Advanced Bipolar Transistors", IEEE Bipolar Circs. & Techn. Meeting, 7.-8. Oktober 1992, Seiten 117-120, beschäftigen sich mit diesem Thema.

Fig. 2 stellt das Profil eines vertikalen NPN-Transistors mit wandbegrenztem Emitter dar, das in Ratnam et al mit einem Computer simuliert worden ist. Der simulierte Transistor enthält einen N-dotierten Kollektorbereich 34, einen P-dotierten Basisbereich 36 und einen N&spplus;-dotierten Emitterbereich 38, die jeweils aus monokristallinem Silizium bestehen. Die Bereiche 34 bis 38 liegen alle an einer inneren Seitenwand eines Feldoxidbereichs 40 an. Der N&spplus;-dotierte Emitterbereich 38 ist in einer selbstausrichtenden Weise mittels Herausdiffundieren eines Dotierstoffes aus dem N&spplus;- dotierten Polysilizium-Emitterkontakt 42 hergestellt. Die Elemente 44 und 46 sind der Kollektor-Basis- und der Emitter-Basis-Übergang.

Der Feldoxidbereich 40 in Fig. 2 besitzt die bekannte "Vogelschnabelform" (Birds Peak), in der die Bereiche 36 und 38 am Feldoxid 40 anliegen. Die Vogelschnabelform des Feldoxids 42 führt dazu, daß die minimale Dicke tBW des Basisbereichs 36 entlang der Seitenwand des Feldoxids 40 deutlich kleiner ist als die minimale vertikale Basisdicke tBV in vertikaler Richtung. Wie in Ratnam et al diskutiert wird, erhöht dies deutlich den Leckstrom ICEO und reduziert die Durchbruchsspannung BVCEO. Ratnam et al deuten an, daß das Problem, das tBW kleiner ist als tBV, deutlich verringert werden kann, indem der Oxidfilm mit einer größtenteils vertikalen Seitenwand versehen wird. Dies benötigt jedoch zusätzliche Bearbeitung. Ähnlich wie bei dem Transistor aus Fig. 1 wäre es wünschenswert, eine Technik zum Vergrößern der Dicke tBw zu besitzen, ohne daß die zusätzliche Bearbeitung angewendet werden muß, die nötig ist, um den Vogelschnabel zu beseitigen.

TW-A-224539 zeigt die Verwendung von geneigter Ionenimplantierung beim Bilden eines versenkten Kollektorbereichs.

Allgemeine Offenbarung der Erfindung

In der vorliegenden Erfindung wird eine hochschräge Ionenimplantierung beim Herstellen der Basis eines bipolaren Transistors angewendet. Die hochschräge Implantierung ermöglicht es, die minimale Dicke tBL der Basis relativ zu deren minimaler vertikalen Dicke tBV einzustellen. Wenn die Basis an einer geneigten Seitenwand eines elektrisch isolierenden Feldbereichs anliegt, ermöglicht die schräge Implantierung der Erfindung auch, die minimale Dicke tBW entlang der Seitenwand in einer ähnlichen Weise einzustellen. Die Dicken tBL und tBW nehmen beide relativ zur Dicke tEv zu, je schräger die Basisimplantierung wird.

Es ist von Bedeutung, daß die Dicken tBL und tBW in der Erfindung vergrößert werden können, ohne die vom Transistor eingenommene laterale Fläche wesentlich zu vergrößern. Der Durchbruch an der Kante der Basis und die damit einhergehende Verschlechterung der Kenndaten des Transistors kann vollständig vermieden werden, ohne die Packungsdichte der Vorrichtung zu verringern. Die Erfindung liefert einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik.

Gemäß eines folgenden ersten unabhängigen Anspruchs wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das den Schritt umfaßt: Einführen von Halbleiterdotiertstoff in einen Halbleiterkörper, indem Ionen schräg durch Teile seiner Oberfläche hindurch implantiert werden, um eine dotierte Zone zu definieren, die mit außerhalb der dotierten Zone angrenzendem Material des Halbleiterkörpers einen PN-Übergang bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der dotierten Zone einen Basisbereich für einen bipolaren Transistor bildet, wobei der Schritt des Einführens beinhaltet, daß der Dotierstoff in den Halbleiterkörper mit einem Neigungswinkel von mindestens 15º relativ zu einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, Ionenimplantiert wird, wobei eine Abschirmung verwendet wird, um zu steuern, wo der Dotierstoff in den Halbleiterkörper eintritt, und wobei Werte für den Neigungswinkel und die Energie der Ionenimplantierung während des Implantierschrittes variabel sind, wodurch es ermöglicht wird, daß die minimale Dicke des Basisbereiches entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers getrennt von der minimalen Dicke des Basisbereiches in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, eingestellt werden kann.

In einem zweiten unabhängigen Anspruch ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Basisbereich an einer geneigten Wand eines elektrisch isolierenden Feldbereiches, der zumindest teilweise in den Halbleiterkörper entlang dessen Oberfläche versenkt ist, anliegt, und daß die Werte für den Neigungswinkel und für die Energie für die Ionenim plantation während des Implantierungsschrittes variabel sind, wodurch es ermöglicht wird, daß die minimale Dicke des Basisbereiches entlang der geneigten Wand des feldisolierenden Bereichs getrennt von der minimalen Dicke des Basisbereichs in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, eingestellt werden kann.

Der Halbleiterkörper wird nach dem Implantierungsschritt üblicherweise getempert. Das Tempern aktiviert den Dotierstoff und führt dazu, daß er an den gewünschten Ort im Körper diffundiert.

Ein an die Oberfläche angrenzender zweiter Bereich des dem Basisbereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein Dotierstoff des Leitfähigkeitstyps, der dem Dotierstoff der Basis entgegengesetzt ist, durch einen Oberflächenabschnitt, der teilweise mit dem Oberflächenabschnitt überlappt, durch den der Dotierstoff der Basis in den Halbleiterkörper eindringt, in den Halbleiterkörper eingebracht wird. Dieser zweite Dotiervorgang, der vor oder nach dem Dotiervorgang für die Basis begonnen werden kann, wird so durchgeführt, daß der Basisbereich mit dem zweiten Bereich einen PN-Übergang bildet und den zweiten Bereich vom Material des Halbleiterkörpers außerhalb der beiden Bereiche trennt. Der zweite Bereich ist üblicherweise ein Emitterbereich des Transistors.

Aufgrund der Mechanismen des Dotiervorgangs für die Basis vergrößert sich die minimale laterale Basisdicke tBL und, im Fall, in dem der Basisbereich ander geneigten Seitenwand eines feldisolierenden Bereichs anliegt, die minimale Seitenwand-Basisdicke tBW, wenn der Neigungswinkel vergrößert wird. Wenn die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung BVCEO durch Durchstoßen entlang der Kante des Basisbereiches gesteuert wird, muß die Kollektor-Emitter-Spannung einen größeren Wert erreichen, um das Durchstoßen zu verursachen.

Entsprechend ist der Wert der Durchbruchsspannung BVCEO erhöht. Der Kollektor-Emitter-Leckstrom ICEO nimmt ab.

Außerdem verringert sich die minimale vertikale Basisdicke tBV, wenn der Neigungswinkel vergrößert wird. Durch Auswählen eines geeignet großen Wertes für den Implantationswinkel übersteigen sowohl tBL als auch tBw tBV. Somit tritt kein Durchbruch an den Kanten der Basis auf.

Die Verwendung der schrägen Basisimplantierung der vorliegenden Erfindung führt einen wichtigen Einstellmechanismus in den Transistor-Herstellungsprozeß ein. Die Art, in der teL und tBW als Funktion des Neigungswinkels variieren, unterscheidet sich wesentlich von der Art, in der tBL als Funktion des Neigungswinkels variiert. Insbesondere nehmen tBL und tBW im allgemeinen mit einer Vergrößerung des Neigungswinkels zu, wohingegen tav im allgemeinen bei einer Vergrößerung des Neigungswinkels abnimmt. Das Justieren der Werte für den Neigungswinkel und die Implantationsenergie während der Basisimplantierung ermöglicht es daher, tBL und tBV getrennt von tBW einzustellen. Dies liefert einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Optimieren der dynamischen Leistungsfähigkeit des Transistors. Z. B. ist zur Erhöhung des Verstärungsfaktors für den Transistorstrom eine größere Breite verfügbar. Kurz gesagt, die Erfindung ist äußerst vorteilhaft.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 und 2 sind Querschnittsansichten konventioneller vertikaler bipolarer Transistoren.

Die Fig. 3a, 3b, 3c und 3d sind Querschnittsansichten, die Schritte beim Herstellen eines vertikalen Bipolartransistors gemäß der Erfindung darstellen.

Fig. 4 ist ein Graph, der die Dicken tBL und tBV als Funktion des Neigungswinkels der Basisimplantierung für simulierte Bipolartransistoren zeigt.

Fig. 5 ist das Profil eines simulierten Bipolartransistors, der mit einer hochschrängen Basisimplantierung gemäß der Erfindung hergestellt worden ist.

Fig. 6 ist ein Profil eines simulierten Bipolartransistors mit Grundspezifikation (Base Line Bipolar Transistor), der mit einer konventionellen Basisimplantierung hergestellt ist.

Die Fig. 7a, 7b, 7c, 7d und 7e sind Querschnittsansichten einer detaillierten Realisierung des in den Fig. 3a bis 3c gezeigten erfinderischen Prozesses.

Die Fig. 8a, 8b, 8c sind Querschnittsansichten, die Schritte darstellen, durch welche die in den Fig. 7c bis 7e gezeigten Schritte ersetzt werden können.

Fig. 9 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Wafers in einem Ionenimplantiersystem.

Gleiche Bezugszeichen werden in den Zeichnungen und der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dazu verwendet, gleiche oder sehr ähnliche Elemente darzustellen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Fig. 3a bis 3d (gemeinsam als Fig. 3 bezeichnet) stellen allgemein dar, wie ein vertikaler NPN- Bipolartransistor unter Verwendung der erfindungsgemäßen hochschrägen Basisimplantierung zum Einstellen der Basisabmessungen hergestellt wird. Der Ausgangspunkt ist ein monokristalliner Halbleiterkörper mit einem N-dotierten Hauptbereich 50, wie es in Fig. 3a gezeigt ist. Der Halbleiter körper besteht typischerweise aus Silizium, könnte aber auch aus anderen Halbleitern, wie etwa Germanlum oder Galliumarsenid hergestellt sein. Die Nettokonzentration am Dotierstoff im Hauptbereich 50 kann auf einem mittleren Niveau liegen, wie dies durch die Verwendung von "N" in Fig. 3A angedeutet ist, oder auf einem geringen Niveau. Der Bereich 50 kann eine oder mehrer hochdotierte N-dotierte Zonen enthalten (nicht gezeigt).

Ein elektrisch isolierender Feldbereich 52 ist mittels einer konventionellen Technik entlang der Oberfläche des Hauptbereiches 15 aufgebracht. Der feldisolierende Bereich 52 ist teilweise in den Hauptbereich 50 versenkt. Obwohl in Fig. 3a nicht vollständig gezeigt, umgibt der feldisolierende Bereich 52 einen oberen Abschnitt des Hauptbereichs 52 in lateraler Richtung vollständig. Der Feldbereich 52 hat eine geneigte interne Seitenwand, wie es in Fig. 3a angedeutet ist.

Für Erläuterungszwecke ist die Höhe, bis zu der sich der feldisolierende Bereich 52 über der Oberfläche des Hauptbereiches 50 erstreckt, so dargestellt, daß er deutlich kleiner ist, als die Tiefe, bis zu der sich der Feldbereich 52 in den Bereich 50 hinein erstreckt. Nichtsdestotrotz kann die Oberfläche des Bereichs 52 merklich höher oder niedriger sein, als in Fig. 3a dargestellt. Wenn der Hauptbereich 50 aus Silizium besteht, besteht der Feldbereich 52 typischerweise hauptsächlich aus Siliziumoxid.

Eine dünne Schutzschicht 54 ist optional auf dem Abschnitt der Halbleiteroberfläche, die vom feldisolierenden Bereich 52 umgeben ist, vorhanden. Die Schutzschicht 54 ist typischerweise aus einem elektrischen Isolator gebildet, kann aber auch aus Metall oder Halbleitermaterial auf einem elektrischen Isolator bestehen. Wenn der Hauptbereich 50 aus Silizium besteht, besteht die Schutzschicht 54 typischerweise aus thermisch gezüchtetem Siliziumoxid.

Eine strukturierte Schicht 56 aus Fotolack wird entlang der Oberfläche der Struktur mittels einer konventionellen Technik aufgebracht. Siehe Fig. 3b. Der Fotolack 56 besitzt eine Öffnung, die über einem Teil des vom feldisolierenden Bereich 52 lateral umgebenen Halbleitermaterials liegt. Die Kombination des Fotolacks 56 und dem Abschnitt des Feldbereiches 52, der nicht vom Fotolack 56 bedeckt ist, bildet eine zusammengesetzte Basisimplantierungsabschirmung.

Die Herstellung der Basis des Transistors wird dadurch begonnen, daß ein P-Dotierstoff für Halbleiter durch die Öffnung in der zusammengesetzten Basisimplantierungsabschirmung in das darunterliegende Halbleitermaterial implantiert wird. Wenn die Schutzschicht 54 vorhanden ist, durchquert der P-Dotierstoff den unbedeckten Teil der Schicht 54. Die Pfeile 58 in Fig. 3b stellen den Implantierungsschritt dar. Außer in kleinen aber sehr wichtigen Zonen entlang der Kanten der zusammengesetzten Implantierungsabschirmung verhindert die Implantierungsabschirmung, daß der P-Dotierstoff in das Halbleitermaterial, das vertikal durch die Abschirmung bedeckt ist, eintritt.

Der implantierte P-Dotierstoff wird im allgemeinen abhängig von der Implantierungsenergie und der Dosierung vertikal gaussförmig im Halbleitermaterial verteilt. Die kleinen "xs" in Fig. 3b deuten den Ort des Konzentrationsmaximums des implantierten Dotierstoffes an: Der P-Dotierstoff ist typischerweise Bor, das in Form von Bor oder Bordifluorid vorliegt, wenn der Hauptbereich 50 aus Silizium besteht. Die P-Basisimplantierung wird bei einem Kippwinkel A relativ zur Vertikalen - das ist die Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiters steht - durchgeführt. Der Kippwinkel θ ist während der Basisimplantierung mindestens 15º und vorzugsweise mindestens 20º. Wie unten diskutiert ist, beträgt der Kippwinkel θ bei der Ba sisimplantierung typischerweise 40 bis 50º oder mehr. Somit ist die Basisimplantierung relativ zur Oberfläche des Bereichs 50 sehr schräg.

Die Basisimplantierung wird mit einem Ionenimplantierungsgerät durchgeführt, das eine Ionenquelle besitzt, die einen Ionenstrahl in einer bestimmten Richtung zur Verfügung stellt. Der Kippwinkel θ wird in einer vorgeschriebenen Weise, typischerweise bei einer konstanten Rotationsrate, um eine Senkrechte auf der Halbleiteroberfläche gedreht. Dies bringt üblicherweise das Drehen der Struktur aus Fig. 3b mit sich, kann aber auch dadurch erreicht werden, daß die Quelle des Ionenstrahls entlang einem geeigneten Weg bewegt wird. Die dreidimensionale Geometrie für die Rotation des Kippwinkels θ ist in Fig. 9 dargestellt, die unten diskutiert wird.

Während der Basisimplantierung wird der Ionenstrahl zweidimensional in relativ gleichförmiger Weise so über die Oberfläche der Transistorstruktur so bewegt, daß die Implantierungsdosis über dem implantierten Bereich relativ konstant ist. Die zweidimensionale Bewegung wird gemäß einer der konventionellen Techniken durchgeführt. Zum Beispiel kann die Struktur aus Fig. 3b bewegt werden, während der Ionenstrahl feststeht. Alternativ kann der Ionenstrahl abgelenkt werden, oder die Quelle des Ionenstrahls kann bewegt werden. Zudem können beide, sowohl der Ionenstrahl als auch die Struktur aus Fig. 3b, bewegt werden.

Aufgrund der schrägen Art der Basisimplantierung tritt ein bedeutender Teil des implantierten P-Dotierstoffes in kleine, von der Implantierungsabschirmung bedeckte Abschnitte des Halbleitermaterials ein. Dieser Teil des Dotierstoffes ist durch das "x" auf der linken Seite und das kleine "x" auf der rechten Seite in Fig. 3b dargestellt. Diese beiden "x" sind im Vergleich zu den anderen "x" leicht angehoben, um anzuzeigen, daß der Ort der maximalen Konzentration des implantierten Dotierstoffes in den Kantenbereichen unterhalb der Implantierungsabschirmung als Ergebnis des schrägen Implantierungsmechanismus nach oben gebogen ist.

Irgendwann nach dem Entfernen des Fotolacks 56 wird die Struktur getempert, um den implantierten P-Dotierstoff zu aktivieren und Beschädigungen des Gitters zu reparieren. Während des Temperns diffundiert ein Teil des implantierten Dotierstoffes nach unten und seitwärts, so daß eine Basisvorläuferzone gebildet wird. Das Basistempern kann direkt nach dem Basisimplantieren durchgeführt werden. Dieser Fall ist in Fig. 3c dargestellt, in der das Element 60 die Basisvorläuferzone ist. Das Element 62 in Fig. 3c ist der PN- Übergang zwischen Kollektor und Basis. Für Darstellungszwecke ist der Ort des nun entfernten Fotolacks 56 mit gestrichelten Linien angedeutet. Aufgrund der schrägen Implantierung liegt ein Teil der Basisvorläuferzone 60 sowohl unterhalb des Ortes des nun entfernten Fotolacks 56 und unterhalb der geneigten Seitenwand des feldisolierenden Bereiches 52.

Alternativ kann das Tempern der Basis zu einem späteren Zeitpunkt des Transistorherstellungsprozesses durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Basistempern mit dem Emittertempern, das unten beschrieben ist, kombiniert werden. Ein N-Dotierstoff für Halbleiter wird in den an die Oberfläche angrenzenden Teil der P-dotierten Basisvorläuferzone 60 durch den Bereich der Oberfläche, der während des Basisdotiervorgangs nicht von der zusammengesetzten Implantierungsabschirmung bedeckt ist, eingebracht. In anderen Worten, der N-Dotierstoff durchquert den Halbleiteroberflächenabschnitt, der mit dem Halbleiteroberflächenabschnitt, durch den der P-Basisdotierstoff ionenimplantiert wird, überlappt. Der N-Dotierstoff bildet einen stark N-dotierten Emitterbereich 64 entlang der Halbleiteroberfläche, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist. Wenn der Hauptbereich 50 Silizium ist, ist der N-Dotierstoff typischerweise Arsen oder Phosphor. Das Element 66 in Fig. 3d bezeichnet den PN- Übergang zwischen Emitter und Basis.

Insbesondere kann jede Technik dazu verwendet werden, den N&spplus;-dotierten Emitterbereich 64 zu bilden. Z. B. kann der Emitterbereich 64 (a) durch selektive Ionenimplantierung, auf die ein Tempern folgt, um den implantierten Dotierstoff zu aktivieren und diesen zu veranlassen, nach unten und zur Seite zu diffundieren,(b) durch Diffusion aus einem Emitterkontakt aus Polysilizium oder (c) durch Diffusion aus einer gasförmigen Form des N-Dotierstoffes, hergestellt werden. Obwohl ein Teil des Emitterbereichs 64 am feldisolierenden Bereich 52 in Fig. 3d anliegt, kann der Emitterbereich 64 alternativ auch so gebildet werden, daß er nicht anliegt. Abhängig davon, wie der Emitterbereich 64 gebildet wird, kann die Schutzschicht 54 an ihrem Platz bleiben, vollständig entfernt werden oder durch eine andere Schutzschicht ersetzt werden. Fig. 3d stellt ein Beispiel dar, in welchem die Schutzschicht 54 entfernt ist.

Der verbleibende P-dotierte Abschnitt 60R der Basisvorläuferzone 60 bildet zumindest einen Teil der Basis des Transistors. Während des Bildens des Emitterbereichs 64 kann sich der P-dotierte Basisbereich 60R etwas in seiner Größe ausdehnen. Unter diesem Gesichtspunkt kann jeder Hochtemperaturvorgang, der während des Emitterdotierens durchgeführt wird, einen Teil des Basistemperns, oder, wie oben angedeutet, das gesamte Basistempern bilden. Außerdem karin die Basisimplantierung und das Tempern nach dem Dotieren des Emitters durchgeführt werden, anstatt daß die Basisimplantierung vor dem Dotieren des Emitters durchgeführt wird. In jedem Fall ist das Endergebnis die Struktur aus Fig. 3d. Der P+-dotierte Basisbereich 60R ist über eine stark Pdotierte Basiskontaktzone (außerhalb der in Fig. 3d dargestellten Ebene gelegen und daher in Fig. 3d nicht gezeigt) an einen darüberliegenden externen Basiskontakt (ebenfalls nicht gezeigt), der über der Halbleiteroberfläche gebildet ist, angeschlossen. Der Abschnitt des Hauptbereichs 50, der unter dem Basisbereich 62R liegt, bildet zumindest einen Teil des Kollektors des Transistors. In einer typischen Konfiguration erstreckt sich der Kollektor lateral über den Basisbereich 60R hinaus und ist über eine stark N-dotierte Kollektorkontaktzone (nicht gezeigt) an einen darüberliegenden externen Kollektorkontakt (ebenfalls nicht gezeigt), der über der Halbleiteroberfläche vorhanden ist, angeschlossen. Alternativ kann der externe Kontakt für den Kollektor am Boden der Struktur eingerichtet sein. Ein externer Emitterkontakt (nicht gezeigt) liegt über dem Emitterbereich 64.

Die nicht wandbegrenzte laterale Kante des N&spplus;-dotierten Emitterbereichs 64 ist vom Ort der Kante der Fotolackschicht 56 um den Betrag Dos versetzt. Im dargestellten Beispiel liegt der Ort des Fotolacks 56 links vom Emitterbereich 64. Nichtsdestotrotz kann der Ort des Fotolacks 56 teilweise über dem Bereich 64 liegen, wodurch der Versetzungsabstand D05 einen negativen Wert haben kann.

Die Elemente tBV, tBL und tBW in Fig. 3d stellen jeweils die minimale vertikale Dicke des Basisbereiches 60R, die minimale laterale Basisdicke an der nicht wandbegrenzten Kante des Emitterbereichs 64 bzw. die minimale Basisdicke entlang der geneigten Seitenwand des feldisolierenden Bereichs 52 dar. Die minimale vertikale Basisdicke tBV ist näherungsweise die mittlere Dicke des Basisbereichs 60R. Die minimale laterale Basisdicke tBL tritt entlang der Halbleiteroberfläche auf. Element tE in Fig. 3d ist die (vertikale) Dicke des Emitters 64.

Die Dicken tBV, tBL und tBW variieren mit dem Kippwinkel θ der Basisimplantierung derart, daß sowohl die Dicke tBL als auch die Dicke tsW mit wachsendem θ größer werden, während die Dicke tBV mit wachsendem θ abnimmt. Wird tBV auf einem konstanten Wert gehalten, werden tBL und tBW dadurch erhöht, daß der Kippwinkel θ vergrößert wird. Wenn die Kollektor- Emitter-Durchbruchspannung BVCEO durch Durchstoßen an der Kante des Basisbereiches 60R entlang der Halbleiteroberfläche oder entlang der Seitenwand des feldisolierenden Bereichs 52 gesteuert wird, führt das Einstellen des Kippwinkels auf 15º oder mehr, vorzugsweise auf mindestens 20º, dazu, daß die Größe der Durchbruchspannung BVCEO größer ist, als sie wäre, wenn der Kippwinkel θ weniger als 15º betrüge. Der Leckstrom ICEO zwischen Kollektor und Emitter ist reduziert.

Wenn die Versetzung Dos und die Emitterdicke tE geeignete Werte haben, können die Dicken tBL und tBw auf Werte größer als oder gleich tBV eingestellt werden, indem ein ausreichend großer Wert des Kippwinkels θ im Bereich zwischen 15º und einem maximalen Implantierungswinkel Arm, der geringfügig kleiner als 90º ist, verwendet wird. Dies vermeidet im wesentlichen den Durchbruch an den Kanten des Basisbereichs 62R. Die Durchbruchsspannung BVcso hängt dann von der Dicke tBV statt von der Dicke tBL und/oder der Dicke tBW ab. Dasselbe gilt für den Leckstrom ICEO.

Es wird nun die Beziehung zwischen den Dicken tBL in größerem Detail betrachtet. Fig. 4 stellt eine Computersimulation der Dicken tBL und tBV als Funktion des Kippwinkels A dar. In dieser Simulation beträgt der Versetzungsabstand DOS 0,12 um und die Emitterdicke tE ist 0,07 um. Fig. 5 stellt ein Teilprofil des vertikalen NPN-Transistors, der in Fig. 4 simuliert worden ist, dar, wenn der Kippwinkel A gemäß der Erfindung auf 50º eingestellt worden ist. Fig. 6 stellt ein Teilprofil eines simulierten NPN-Transistors mit Grundspezifikation (Base Line NPN-Transistor) dar, der mit dem in Fig. 5 simulierten Transistor identisch ist, außer, daß der Kippwinkel θ 0º beträgt. Im wesentlichen ist Fig. 6 eine Computersimulation eines Transistors nach dem Stand der Technik, wie der, der in Fig. 1 gezeigt ist. Aus diesen Gründen ist der Transistor in Fig. 6 mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen gekennzeichnet.

Wie der P-dotierte Basisbereich 18 im konventionellen Transistor der Figuren. 1 und 6 steht der P-dotierte Basisbereich 60R im Transistor der Fig. 3d und 5 aufgrund der Mechanismen der Basisimplantierung und der Diffusion um einen Abstand DBLG über den tBL-Ort vor. Die hochschräge Basisimplantierung, die beim Herstellen des Transistors der Fig. 3d und 5 verwendet worden ist, führt jedoch dazu, daß der Abstand DBLG deutlich kleiner ist und die minimale laterale Basisdicke tBL deutlich größer ist als im Transistor der Fig. 1 und 6. Das heißt, die Dicke tBL hat im Transistor der Erfindung einen deutlich größeren Anteil am lateralen Emitter-Basisabstand BBLG + tBL als im Transistor nach Stand der Technik. Die Erfindung macht deutlich wirksameren Gebrauch von der gesamten Emitter-Basis-Distanz DgLG + tBL, als dies im Stand der Technik geschieht.

Der Emitter-Basisabstand BBLG + tBL in der Simulation in Fig. 5 ist näherungsweise 0,1 um größer als in der Simulation in Fig. 6. Die Parameterwerte in der Simulation von Fig. 5 können jedoch so justiert werden, daß die Distanz DgLG + tBL in beiden Simulationen näherungsweise gleich ist, ohne daß sich die Werte der Versetzung DOS oder der lateralen Abmessungen der Basis wesentlich ändern. Beide Transistoren würden dann im wesentlichen gleiche laterale Flächen einnehmen. Im Transistor, der gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, wäre tBL aber größer als tBV, so daß ein Durchbruch an den Kanten des Basisbereichs 60R vermieden wird. Die Erfindung ermöglicht es daher, die minimale laterale Basisdicke tBL auf einen Wert zu vergrößern, der ausreicht, um einen Durchbruch an der Kante des Basisbereichs 60R zu verhindern, ohne die vom Transistor eingenommene Fläche zu vergrößern.

Gemäß einer groben Näherung variiert die minimale vertikale Basisdicke tBV linear mit dem Cosinus des Kippwinkels θ. In ähnlicher Weise variiert gemäß einer groben ersten Näherung die minimale laterale Basisdicke tBL linear mit dem Sinus des Kippwinkels θ. Das heißt:

tBl RV cosθ - tE (1)

tBL RL sinθ + DOOS, (2)

wobei die Parameter RV und RL von der Implantierungsenergie und der Dosierung abhängen. Die Parameter RV und RL sind typischerweise näherungsweise gleich.

Die Gleichungen 1 und 2 zeigen, daß die minimale laterale Basisdicke tBL mit ansteigendem Kippwinkel θ größer wird, während die minimale vertikale Basisdicke tBV mit ansteigendem θ abnimmt. Insofern als die Parameter RV und RL von der Implantierungsenergie während der Basisimplantierung abhängen, kann tBL dadurch getrennt von tBW gesteuert werden, daß die Werte für den Kippwinkel θ und die Basisimplantierungsenergie justiert werden. Dasselbe gilt für die minimale Seitenwandbasisdicke tBW. Weil tBW mit steigendem θ zunimmt, während tBV mit steigendem A abnimmt, ermöglicht es das Justieren von θ und der Basisimplantierungsenergie, tBW getrennt von tBV einzustellen. Dadurch ist zusätzliche Freiheit beim Optimieren des Stromverstärkungsfaktors und anderer Leistungsparameter des Transistors gegeben.

Die Fig. 7a bis 7e (gemeinsam als Fig. 7 bezeichnet) stellen eine detailliertere Realisierung des Grundprozesses aus Fig. 3 dar. In der Realisierung in Fig. 7 besteht der Halbleiterkörper aus einem leicht P-dotierten monokristallinen Siliziumsubstrat 70 und einer darüberliegenden leicht N-dotierten epitaktischen Siliziumschicht 72. Siehe Fig. 7a. Eine stark N-dotierte versenkte Kollektorschicht 74 erstreckt sich entlang der metallurgischen Grenzfläche zwischen dem V-Substrat 70 und der epitaktischen N&supmin;-Schicht 72. Der Hauptbereich 50 in Fig. 3a wird in Fig. 7a durch die epitaktische N&supmin;-Schicht 72 und die versenkte N&spplus;-Schicht 74 gebildet. Die Schichten 72 und 74 sind mit konventionellen Techniken hergestellt.

Der feldisolierende Bereich 52 umgibt eine Anzahl von Vorrichtungsabschnitten der epitaktischen Schicht 72 lateral. Zwei solcher epitaktischer Vorrichtungsabschnitte sind in Fig. 7a gezeigt. Eine hoch N-dotierte Kollektorkontaktzone 76 erstreckt sich durch den linksseitigen epitaktischen Vörrichtungsabschnitt nach unten zur versenkten Schicht 74. Die N&spplus;-dotierte Kollektorzone 76 wird mittels einer konventionellen Technik gebildet. Die Höhe des Feldbereichs 52 über der epitaktischen Oberfläche ist näherungsweise die gleiche wie die Tiefe des Feldbereiches 52, bis zu der dieser in die epitaktische Schicht 72 hineinreicht.

Entlang der Oberfläche der Struktur wird eine Fotolackschicht 56 aufgebracht, wie dies in Fig. 7b gezeigt ist. In diesem Beispiel erstreckt sich der Fotolack 56 vollständig über den linksseitigen epitaktischen Vorrichtungsabschnitt (der die Kollektorkontaktzone 76 bildet), er erstreckt sich jedoch über keinen Abschnitt des rechtsseitigen epitaktischen Vorrichtungsabschnitt.

Die Basisimplantierung mit einem Wert des Kippwinkels θ, der mindestens 15º beträgt, vorzugsweise mindestens 20º, wird dann in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Die Implantierung wird typischerweise mit Bor bei einer Dosis von 8E13 Ionen/cm³ und einer Energie von 80 KeV durchgeführt.

Auf der Oberseite der Struktur wird, wie in Fig. 7c gezeigt ist, eine strukturierte Schicht 78 aus Fotolack aufgebracht. Die Fotolackschicht 78 besitzt eine Öffnung über dem linksseitigen Teil des rechtsseitigen epitaktischen Vorrichtungsabschnitts. Die Öffnung kann sich optional über den linksseitigen epitaktischen Vorrichtungsabschnitt erstrecken, wie dies in Fig. 7c angedeutet ist.

Unter Verwendung des Fotolacks 78 und des feldisolierenden Bereichs 52 als zusammengesetzte Emitterimplantierungsmaske wird ein N&spplus;-Dotierstoff durch die Schutzschicht 54 in den Abschnitt des P-Bereichs 60, der nicht vom Fotolack 78 bedeckt ist, ionenimplantiert. Die Pfeile 80 in Fig. 7c stellen die Implantierung mit N-Dotierstoff dar. Die kleinen Kreise in Fig. 7c stellen den Ort der mittleren Tiefe des implantierten N-Dotierstoffes dar. Wenn sich die Maskenöffnung über den linksseitigen epitaktischen Vorrichtungsabschnitt erstreckt, wird der N-Dotierstoff auch in die Kollektorkontaktzone 76 implantiert. Die Implantierung mit N- Dotierstoff wird typischerweise mit Arsen bei einer Dosierung von 3E15 Ionen/cm³ und einer Energie von 30 KeV durchgeführt.

Die Struktur wird getempert, um die implantierten P- und N- Dotierstoffe zu aktivieren. Teile der implantierten Dotierstoffe diffundieren nach unten und zur Seite, um die P- dotierte Basis 60R und den N&spplus;-dotierten Emitter 64 zu bilden. Fig. 7d zeigt die Struktur zu diesem Zeitpunkt. Der P- dotierte Basisbereich 60 erstreckt sich etwas tiefer in die epitaktische Schicht 73 hinein als der feldisolierende Bereich 52. Aufgrund der schrägen Basisimplantierung ist tBW größer als tBV. Die Erwärmung wird typischerweise 15 Minuten lang bei 1000ºC durchgeführt.

Zu einem Zeitpunkt nach der Bildung des feldisolierenden Bereichs 52 wird eine hoch P-dotierte Basiskontaktzone 80 im rechtsseitigen aktiven epitaktischen Abschnitt an einem Ort, der vom Ort für den Emitterbereich 64 beabstandet ist, gebildet. Die P&spplus;-dotierte Basiskontaktzone 80 wird gemäß einem konventionellen Verfahren gebildet. Eine relativ dicke Schicht 82 aus elektrisch isolierendem Material ist entlang der Oberseite der Struktur vorhanden, wie dies in Fig. 7e gezeigt ist. Die isolierende Schicht 82 schließt die Schicht 54 ein, es sei denn, die Schutzschicht 54 ist entfernt worden.

Unter Verwendung einer geeigneten Fotolackmaske werden Öffnungen durch die isolierende Schicht 82 nach unten zum Emitterbereich 64, zur Basiskontaktzone 80 und zur Kollektorkontaktzone 76 geätzt. Metallische Kontakte 84E, 84B und, 84C werden jeweils auf die Bereiche 64, 80 und 76 aufgebracht, indem eine metallische Schicht auf der Oberseite der Struktur abgeschieden wird und die metallische Schicht unter Verwendung einer weiteren Fotolackmaske strukturiert wird. Vor der Metallabscheidung können dünne Metallsilizidabschnitte entlang der Oberseiten der Bereiche 64, 80 und 76 gebildet werden. Die Herstellung des Transistors in Fig. 7e wird durch Abscheiden einer geeigneten Passivierungsschicht (nicht gezeigt) auf der Oberseite der Struktur und nachfolgendes Ätzen von Anschlußöffnungen durch die Passivierungsschicht abgeschlossen.

Die Fig. 8a bis 8c (gemeinsam als Fig. 8 bezeichnet) stellen eine alternative Weise für das Abschließen der Herstellung eines vertikalen NPN-Transistors gemäß der Erfindung dar, die auf der in Fig. 7b gezeigten Stufe beginnt. In diesem alternativen Herstellungsprozeß wird die Struktur aus Fig. 7b getempert, um einen P-dotierten Basisvorläuferbereich 60 herzustellen. Siehe Fig. 8a.

Die Schutzschicht 54 wird weitgehend unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels entfernt. Eine Schicht aus Polysilizium wird auf der Oberseite der Struktur abgeschieden, mit einem geeigneten N-Dotierstoff dotiert und unter Verwendung einer geeigneten Fotolackmaske geätzt, um einen hoch N- dotierten Polysiliziumemitterkontakt 90 herzustellen, der über einem Teil des rechtsseitigen aktiven epitaktischen Abschnitts liegt und sich bis zu dessen linksseitiger Kante erstreckt.

Diese Struktur wird einer Wärmebehandlung ausgesetzt, was dazu führt, daß ein Teil des N-Dotierstoffes aus dem N&spplus;- dotierten Emitterkontaktbereich 90 aus Polysilizium heraus in den darunterliegenden Teil des P-dotierten Bereichs 60 diffundiert. Der N&spplus;-Emitterbereich 64 wird dadurch in einer zum Polysilizium-Emitterkontakt 90 selbstjustierenden Weise gebildet, wie dies in Fig. 8b gezeigt ist. Als Ergebnis der hochschrägen Basisimplantatierung ist tBW wiederum größer als tBV.

Wie im Prozeß aus Fig. 7 wird die P&spplus;-dotierte Basiskontaktzone 80 zu einem Zeitpunkt nach der Herstellung des feldisolierenden Bereichs 52 gebildet. Eine relativ dicke Schicht 92 aus elektrisch isolierendem Material wird auf der Oberseite der Struktur abgeschieden. Metallische Kontakte 94E, 94B und 94C werden dann aufgebracht, um den Emitterkontakt 90, die Basiskontaktzone 80 und die Kollektorkontaktzone 76 zu kontaktieren, wobei sie in der gleichen Weise wie die metallischen Kontakte 84E, 84B und 84C in der vorangegangenen Version des Herstellungsprozesses gebildet werden. Fig. 8C stellt die resultierende Struktur dar. Um die Transistorherstellung abzuschließen, wird eine Passivierungsschicht abgeschieden und das Ätzen von Anschlußfleckenöffnungen wird durchgeführt.

Fig. 9 stellt dar, wie die Basisimplantierung bei rotierendem Kippwinkel θ durchgeführt wird. Der bipolare Transistor, der gemäß der Erfindung implantiert wird, ist Teil einer Halbleiterscheibe 100, die einen Teil eines Halbleiterwafers 102 bildet. Eine Ionenstrahlquelle 104 liefert einen Ionenstrahl 106 unter einem Kippwinkel θ relativ zu einer Senkrechten 108 zu der Oberfläche des Wafers 102. Während der Basisimplantierung wird der Wafer 102 um eine Senkrechte 110 der Waferoberfläche gedreht. Der Betrag der Rotation wird im Gegenuhrzeigersinn durch den Drehwinkel φ gemessen, der auf einen ausgewählten Radius 112 des Wafers 102 bezogen ist. Die Drehrate ist somit dφ/dt.

Außerdem können Halbleitermaterialien des Leitfähigkeitstyps, der den oben beschriebenen entgegengesetzt ist, verwendet werden, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Ein vertikaler PNP-Transistor kann somit derart gebildet werden, daß tBW kleiner ist als tBL und/oder tBW.

Während der Basisimplantierung kann der Kippwinkel θ über einen kleinen Winkelbereich variiert werden, anstatt daß er konstant gehalten wird. Anstatt den Drehwinkel φ mit einer konstanten Rate zu variieren, um eine konstante Rotation für den Kippwinkel θ zu erreichen, kann der Drehwinkel φ auf einen oder mehrere feste Werte eingestellt werden, insbesondere beim Herstellen bipolarer Transistoren, in denen Halbleiterbereiche in Linien angelegt sind, die zueinander parallel bzw. rechtwinklig verlaufen. Zum Beispiel können die Pfeile 58 in Fig. 3b zwei feste Werte des Drehwinkels φ darstellen, die sich um 180º unterscheiden. Ionen würden typischerweise bei den beiden φ-Werten über gleich lange Zeitspannen implantiert werden. Allgemeiner kann die Basisimplantierung für ausgewählte, typischerweise jeweils gleiche Zeitspannen bei 2n Werten des Drehwinkels φ, die sich um 180º/n unterscheiden, durchgeführt werden, wobei n eine geeignete ganze Zahl ist.

Der Feldisolationsbereich 52 kann sich den ganzen Weg nach unten bis zum N&spplus;-dotierten versenkten Bereich 74 erstrecken. Zahlreiche Modifikationen und Anwendungen können so vom Fachmann hergestellt werden, ohne vom wahren Umfang und Geist der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Verfahren, das den Schritt umfaßt: Einführen von Halbleiterdotierstoff in einen Halbleiterkörper (50), indem Ionen schräg durch Teile seiner Oberfläche hindurch implantiert werden, um eine dotierte Zone zu definieren, die mit außerhalb der dotierten Zone angrenzendem Material des Halbleiterkörpers einen PN-Übergang bildet, dadurch gekennzeichent, daß ein Abschnitt der dotierten Zone einen Basisbereich (60) für einen bipolaren Transistor bildet, wobei der Schritt des Einführens beinhaltet, daß der Dotierstoff in den Halbleiterkörper mit einem Neigungswinkel von mindestens 15º relativ zu einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, ionenimplantiert wird, wobei eine Abschirmung (52, 56) verwendet wird, um zu steuern, wo der Dotierstoff in den Halbleiterkörper eintritt, und dadurch, daß die minimale Dicke des Basisbereiches entlang der Oberfläche (tBL) des Halbleiterkörpers getrennt von der minimalen Dicke des Basisbereichs in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche (tBV) des Halbleiterkörpers steht, gesteuert wird, indem Werte sowohl für den Neigungswinkel als auch für die Ionenimplantationsenergie während des Implantationsschrittes variiert werden.

2. Verfahren, das den Schritt umfaßt: Einführen von Halbleiterdotierstoff in einen Halbleiterkörper (50), indem Ionen schräg durch einen Teil seiner Oberfläche hindurch implantiert werden, um eine dotierte Zone zu definieren, die mit außerhalb der dotierten Zone angrenzendem Material des Halb leiterkörpers einen PN-Übergang bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der dotierten Zone einen Basisbereich (60) für einen bipolaren Transistor bildet, wobei der Einführschritt beinhaltet, daß der Dotierstoff in den Halbleiterkörper mit einem Neigungswinkel von mindestens 15º relativ zu einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, ionenimplantiert wird, wobei eine Abschirmung (52, 56) verwendet wird, um zu steuern, wo der Dotierstoff in den Halbleiterkörper eintritt, und die Basisregion an eine geneigte Wand eines elektrisch isolierenden Feldbereiches (52), der zumindest teilweise in den Halbleiterkörper entlang dessen Oberfläche eingelassen ist, anstößt, und dadurch, daß die minimale Dicke des Basisbereichs entlang der geneigten Wand des isolierenden Feldbereiches (tBW) getrennt von der minimalen Dicke des Basisbereiches in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche (tBV) des Halbleiterkörpers steht gesteuert wird, indem Werte sowohl für den Neigungswinkel als auch für die Ionenimplantationsenergie während des Implantationsschritts variiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Einführens einschließt, daß der Körper erwärmt wird, nachdem der Dotierstoff ionenimplantiert worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Implantationsschritt einschließt, daß der Halbleiterkörper relativ zu einer Quelle des Dotierstoffes gedreht wird, während der Neigungswinkel innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten wird, oder bei einem näherungsweise konstanten Winkel.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Implantationschritt einschließt, daß eine Quelle des Dotiermittels über die Oberfläche des Halbleiterkörpers bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Neigungswinkel mindestens 20º beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für einen gegebenen Wert der minimalen Dicke des Basisbereiches in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, die minimale Dicke des Basisbereiches entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers größer ist als die, die auftreten würde, wenn der Neigungswinkel während des Einführschrittes weniger als 15º betragen würde.

8. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem für einen vorgegebenen Wert für die minimale Dicke des Basisbereiches in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht, die minimale Dicke des Basisbereiches entlang der geneigten Wand des isolierenden Feldbereiches größer ist als die, die auftreten würde, wenn der Neigungswinkel während des Einführschrittes weniger als 15º betragen würde.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Abschirmung einen Teil des isorlierenden Feldbereiches einschließt. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem den Basisbereich durchquerender Strom weitgehend in einer Richtung fließt, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers steht.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Neigungswinkel ausreichend groß ist, so daß die minimale Dicke (tBL) des Basisbereiches in Richtung entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers größer ist als die minimale Dicke der Basis, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche (tBV) steht, und tBL kleiner sein würde als tBV, wenn der Neigungswinkel θ wäre.







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