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Technisches Gebiet
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Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors. Weitere Ausführungsformen betreffen einen Bipolartransistor. Weitere Ausführungsformen betreffen einen HBT (heterojunction bipolar transistor, Bipolartransistor mit Heteroübergang) mit einem Emitterfenster, das in Bezug auf eine vorstrukturierte Basiselektrode mit einer Einkristallbasisverbindung vollständig selbstpositioniert ist, die durch gesteuerte Hohlraumfüllung realisiert wird, welche minimale parasitäre Effekte und eine Skalierbarkeit unterhalb lithographischer Grenzen ermöglicht.
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Hintergrund der Erfindung
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Bipolartransistoren werden in vielen Anwendungen verwendet, wie etwa Signalgeneratoren in Auto-RADAR-Anwendungen (RADAR: Radio Detection and Ranging - Funkdetektion und -abstandsmessung) oder ähnlichen Mikrowellenanwendungen, die hohe Schaltfrequenzen erfordern. Um die Leistungszahl einer maximalen Schaltfrequenz (fmax) zu verbessern, ist es wichtig, sowohl das Ausmaß parasitärer Widerstände und Kapazitäten zu reduzieren als auch die Basisbreite des Transistors auf dem minimal möglichen Wert zu halten. Gleichzeitig sollten die Herstellungskosten niedrig gehalten werden.
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Die
US 5 326 718 A bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines seitlich begrenzten, einkristallinen Gebietes in einem Bipolartransistor. Auf einem Substrat aus einkristallinem Halbleitermaterial wird eine erste Schicht und eine zweite Schicht erzeugt, wobei die erste Schicht sowohl zum Substrat als auch zur zweiten Schicht selektiv ätzbar ist. Die erste Schicht und die zweite Schicht werden so strukturiert, dass eine Unterätzung der ersten Schicht unter die zweite Schicht entsteht, in der die Oberfläche des Substrats freigelegt wird. Mittels selektiver Epitaxie wird auf der freiliegenden Oberfläche des Substrats ein einkristallines Gebiet erzeugt.
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Die
DE 100 05 442 A1 bezieht sich auf einen Bipolartransistor. Der Bipolartransistor weist eine erste, auf einem Substrat befindliche Schicht, in der ein Kollektor vorgesehen ist, eine auf der ersten Schicht befindliche zweite Schicht, die eine Basisausnehmung mit einer Basis aufweist, wenigstens eine weitere, dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht vorgesehen ist und die eine Zuleitung für die Basis aufweist, wobei die Zuleitung in einem Übergangsbereich mit der Basis in direktem Kontakt steht und wobei die dritte Schicht eine Emitterausnehmung mit einem Emitter aufweist, und wenigstens eine Unterätzung, auf, die in der zweiten Schicht im Anschluss an die Basisausnehmung zwischen der ersten und dritten Schicht vorgesehen ist, wobei sich die Basis zumindest bereichsweise auch in der Unterätzung befindet.
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Die
WO 2009/158054 A1 bezieht sich auf eine Verbesserung einer Hochfrequenzleistung von (z.B. Silizium) bipolaren Vorrichtungen, indem die kapazitive Kopplung zwischen dem äußeren Basiskontakt und dem Kollektor verringert wird. Während der Herstellung wird eine dielektrische Kante erzeugt, um den äußeren Grundkontrakt von der Peripherie des Kollektors zu trennen. Die dielektrische Kante liegt unter dem Übergangsbereich, in dem der Kontakt der äußeren Basis mit der inneren Basis gekoppelt ist. Während der Vorrichtungsherstellung wird ein mehrschichtiger dielektrischer Stapel neben der intrinsischen Basis gebildet, der die gleichzeitige Erzeugung eines hinterschnittenen Bereichs ermöglicht, in dem die intrinsische Basis mit dem extrinsischen Basiskontakt in Kontakt steht. Der in dem Hohlraum gebildete Übergangsbereich liegt über der dielektrischen Kante, die ihn vom Umfang des Kollektors trennt, wodurch die Basis verringert wird.
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Die
DE 10038955 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors. Auf einer horizontalen Oberfläche einer Grundschicht aus monokristallinem Halbleitermaterial wird eine erste isolierende Schicht, darüber eine Basisanschlussschicht aus Polysilizium und darüber eine zweite isolierende Schicht erzeugt. Zur Erzeugung einer Vertiefung werden die zweite isolierende Schicht und die Basisanschlussschicht strukturiert, bis ein Teil der ersten isolierenden Schicht freigelegt wird, so dass seitliche Flächen der Basisanschlussschicht gebildet werden. Der freigelegte Teil der ersten isolierenden Schicht wird geätzt, bis die Grundschicht freigelegt wird. Zur Erzeugung einer Basisschicht wird eine selektive Epitaxie durchgeführt, bis die Basisschicht dicker als die erste isolierende Schicht ist. Da monokristalline Teile, die auf der Grundschicht aufwachsen, und polykristalline Teile, die auf den seitlichen Flächen der Basisanschlussschicht aufwachsen, zumindest teilweise in Kontakt miteinander aufwachsen, ist der elektrische Widerstand zwischen diesen Teilen sehr gering.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors bereit. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Schichtstapels, wobei der Schichtstapel Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einer Grabenisolation; einen Basiskontaktschichtstapel, wobei der Basiskontaktschichtstapel eine Vertiefung umfasst, die ein Emitterfenster bildet; laterale Abstandshalter, die auf Seitenwänden des Emitterfensters angeordnet sind, wobei die lateralen Abstandshalter eine Basiskontaktschicht des Basiskontaktschichtstapels isolieren; und eine Basisschicht, die in dem Emitterfenster auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die Basisschicht unter den lateralen Abstandshaltern wenigstens teilweise herausragt. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Bereitstellens einer Isolationsschicht auf der Basisschicht.
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Weitere Ausführungsformen stellen einen Bipolartransistor bereit. Der Bipolartransistor umfasst Folgendes: ein Halbleitersubstrat mit einer Grabenisolation; eine zweite Isolationsschicht, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die zweite Isolationsschicht eine Vertiefung umfasst; eine Basisschicht, die auf dem Halbleitersubstrat in der Vertiefung der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist; eine Basiselektrodenschicht, die auf der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist; eine Basisverbindung, die die Basisschicht und die Basiselektrodenschicht verbindet, wobei die Basisverbindung so gebildet ist, dass eine Materialschnittfläche zwischen der Basisschicht und der strukturierten Basiselektrode in einer Querschnittsansicht des Bipolartransistors in Bezug auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats geneigt ist; und eine Emitterschicht, die auf der Basisschicht angeordnet ist.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bipolartransistors gemäß einer Ausführungsform;
- 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens eines Halbleitersubstrats;
- 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens eines Basiskontaktschichtstapels auf dem Halbleitersubstrat;
- 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der dritten Isolationsschicht und der Basiskontaktschicht bis zu der zweiten Isolationsschicht in einem Bereich, der durch die lithographische Maske definiert wird, um eine Vertiefung zu erhalten, die ein Emitterfenster bildet;
- 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens lateraler Abstandshalter auf Seitenwänden des Emitterfensters;
- 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der zweiten Isolationsschicht an einer Unterseite des Emitterfensters und des Bereitstellens einer Basisschicht in dem Emitterfenster, so dass die Basisschicht auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die Basisschicht wenigstens teilweise unter den lateralen Abstandshaltern herausragt;
- 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens der Isolationsschicht (ersten Isolationsschicht) auf der Basisschicht und den lateralen Abstandshaltern;
- 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der Isolationsschicht bis zu den lateralen Abstandshaltern, während der dickere Teil der Isolationsschicht, der die Basisschicht bedeckt, (in vertikaler Richtung) teilweise beibehalten wird, um die Basisschicht zu schützen;
- 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der lateralen Abstandshalter, wodurch der Basiskontaktschichtstapel und der Teil der Basisschicht, der unter den lateralen Abstandshaltern herausragt, lateral freigelegt wird;
- 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Aufwachsens einer Basisverbindung auf dem freigelegten Teil der Basisschicht, wobei die Basisverbindung die Basisschicht mit einer Basiskontaktschicht des Basiskontaktschichtstapels verbindet;
- 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens einer Schutzschicht auf der Isolationsschicht, auf der Basisverbindung und auf den Seitenwänden des Emitterfensters;
- 12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der Schutzschicht, um die Isolationsschicht freizulegen, die die Basisschicht bedeckt, während ein L-förmiger Teil der Schutzschicht, der die Seitenwände des Emitterfensters und die Basisverbindung bedeckt, beibehalten wird;
- 13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der Isolationsschicht, um die Basisschicht freizulegen;
- 14 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens einer vierten Isolationsschicht auf der Basisschicht und den L-förmigen Teilen der Schutzschicht und des Bereitstellens einer zweiten Schutzschicht auf der zweiten Isolationsschicht;
- 15 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der zweiten Schutzschicht und der vierten Isolationsschicht bis zu der Basisschicht, um die Basisschicht freizulegen, während Teile der vierten Isolationsschicht, die den L-förmigen Teil der Schutzschicht bedecken, beibehalten werden;
- 16 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens einer Emitterschicht auf der Basisschicht;
- 17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens aller Schichten oberhalb der Basiskontaktschicht, um die Basiskontaktschicht freizulegen;
- 18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors während der Herstellung nach dem Schritt des Strukturierens der Basiskontaktschicht;
- 19 zeigt ein Transmissionselektronenmikroskopiebild eines Sektors eines Bipolartransistors, das ein Gebiet um eine Basisverbindung herum hervorhebt.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nacheinander unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besprochen, wobei identische Bezugsziffern für Objekte oder Elemente, die die gleiche oder eine ähnliche Funktion aufweisen, bereitgestellt sind, so dass deren Beschreibung gegenseitig anwendbar und austauschbar ist.
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1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 10 zum Herstellen eines Bipolartransistors. Das Verfahren 10 umfasst einen Schritt 12 des Bereitstellens eines Schichtstapels, wobei der Schichtstapel Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einer Grabenisolation; einen Basiskontaktschichtstapel (oder einen Basiselektrodenschichtstapel), wobei der Basiskontaktschichtstapel eine Vertiefung umfasst, die ein Emitterfenster bildet; laterale Abstandshalter, die auf Seitenwänden des Emitterfensters angeordnet sind, wobei die lateralen Abstandshalter eine Basiskontaktschicht (oder eine Basiselektrodenschicht) des Basiskontaktschichtstapels isolieren; und eine Basisschicht, die in dem Emitterfenster auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die Basisschicht unter den lateralen Abstandshaltern wenigstens teilweise herausragt. Das Verfahren 10 umfasst ferner einen Schritt 14 des Bereitstellens einer Isolationsschicht (z.B. einer ersten Isolationsschicht) auf der Basisschicht und auf den lateralen Abstandshaltern, wobei ein Teil der Isolationsschicht, der die Basisschicht bedeckt, dicker als ein Teil der Isolationsschicht ist, der die lateralen Abstandshalter bedeckt.
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Anschließend sind Ausführungsformen des Verfahrens 10 zum Herstellen des Bipolartransistors beschrieben, bei denen ein Heteroübergang-Bipolartransistor unter Bezugnahme auf 1 bis 18, die Querschnittsansichten des Heteroübergang-Bipolartransistors nach verschiedenen Herstellungsschritten zeigen, beispielhaft hergestellt wird.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens eines Halbleitersubstrats 22. Das Halbleitersubstrat (z.B. ein Si-Substrat) kann eine Grabenisolation (z.B. STI) 24 umfassen, die in der Querschnittsansicht aus 2 durch den Graben 24 angegeben wird. Ferner kann das Halbleitersubstrat einen Kollektor 26 umfassen.
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Dadurch kann das STI-Modul 22 zum Beispiel auf einem Standardweg verarbeitet werden.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens eines Basiskontaktschichtstapels 28 auf dem Halbleitersubstrat 22. Im Einzelnen kann der Kontaktschichtstapel 28 eine zweite Isolationsschicht (z.B. Oxid) 30, die auf dem Halbleitersubstrat 22 angeordnet ist, die Basiskontaktschicht (z.B. Poly-Si) 32, die auf der zweiten Isolationsschicht 30 angeordnet ist, und eine dritte Isolationsschicht (z.B. Oxid) 34, die auf der Basiskontaktschicht 32 angeordnet ist, umfassen.
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Zum Beispiel kann eine Oxidschicht mit näherungsweise 20 nm als zweite Isolationsschicht 30 abgeschieden werden, kann eine Polysiliciumschicht (optional in-situ p-dotiert) mit näherungsweise 50 nm als Basiskontaktschicht abgeschieden werden, kann eine Oxidschicht (diese Oxidschicht kann eine geringe Nassätzrate aufweisen) mit näherungsweise 130 nm als dritte Isolationsschicht abgeschieden werden.
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Ferner kann eine lithographische Maske für das Emitterfenster auf den Basiskontaktschichtstapel 28 aufgetragen werden.
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4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der dritten Isolationsschicht 34 und der Basiskontaktschicht 32 bis zu der zweiten Isolationsschicht 30 in einem Bereich, der durch die lithographische Maske definiert wird, um eine Vertiefung zu erhalten, die ein Emitterfenster 38 bildet.
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Zum Beispiel kann der Schichtstapel 28 durch eine Abfolge von anisotropen Ätzungen bis herab zu der zweiten Isolationsschicht (unteres Oxid) 30 geätzt werden.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens lateraler Abstandshalter 40 auf Seitenwänden des Emitterfensters 38. Wie in 5 gezeigt können die lateralen Abstandshalter 40 die Basiskontaktschicht 32 des Basiskontaktschichtstapels 28 lateral isolieren.
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Zum Beispiel kann der laterale Abstandshalter 40 ein vertikaler Kollektor-Basis-Abstandshalter z.B. aus Nitrid sein, der auf einen Standardweg, z.B. durch isotrope Abscheidung und anschließende anisotrope Ätzung, verarbeitet werden kann.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der zweiten Isolationsschicht an einer Unterseite des Emitterfensters 38 und des Bereitstellens einer Basisschicht 42 in dem Emitterfenster 38, so dass die Basisschicht 42 auf dem Halbleitersubstrat 22 angeordnet ist, wobei die Basisschicht 42 wenigstens teilweise unter den lateralen Abstandshaltern 40 herausragt.
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Zum Beispiel kann die zweite Schicht (z.B. eine untere Oxidschicht) 30 mittels einer Nassätzung entfernt werden. Ferner kann die Basisschicht (oder Basis) 42 abgeschieden werden. Wie in 6 angegeben, kann die Nassätzung zu einem gewissen Unterschnitt unterhalb des lateralen Abstandshalters (z.B. eines Nitridabstandshalters) 40 führen. Die abgeschiedene Basisschicht (oder Basis) 42 kann dementsprechend eine Form wie ein umgedrehtes T mit runden Ecken aufweisen.
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7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens der Isolationsschicht (ersten Isolationsschicht) 44 auf der Basisschicht 42 und den lateralen Abstandshaltern 40.
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Wie in 7 gezeigt, ist ein Teil 50 der Isolationsschicht, der die Basisschicht 42 bedeckt, dicker als ein Teil 52 der Isolationsschicht 44, der den lateralen Abstandshalter 40 bedeckt.
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Bei Ausführungsformen kann der Teil 50 der Isolationsschicht 44, der die Basisschicht 42 bedeckt (z.B. der Teil 50 der Isolationsschicht 44, der an die Basisschicht 42 angrenzt oder oberhalb von dieser liegt), wenigstens um einen Faktor von zwei dicker als der Teil 52 der Isolationsschicht 44 sein, der die lateralen Abstandshalter 40 bedeckt (z.B. der Teil 52 der Isolationsschicht 44, der an die lateralen Abstandshalter 40 angrenzt)
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Zum Beispiel kann der Teil 50 der Isolationsschicht 44, der die Basisschicht 42 bedeckt, um einen Faktor von zwei bis vier (oder 2,5 bis 3,5; oder 2,7 bis 3,3) dicker als der Teil 52 der Isolationsschicht 44 sein, der die lateralen Abstandshalter 40 bedeckt.
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Bei Ausführungsformen kann die Isolationsschicht 44 mit einer ersten Abscheidungsrate in einer ersten Richtung (vertikalen Richtung), die senkrecht zu einer Oberfläche 54 des Halbeitersubstrats 22 ist, und mit einer zweiten Abscheidungsrate in einer zweiten Richtung (horizontalen Richtung), die parallel zu der Oberfläche 54 des Halbleitersubstrats 22 ist, abgeschieden werden, wobei die erste Abscheidungsrate größer als die zweite Abscheidungsrate ist.
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Bei Ausführungsformen kann die Isolationsschicht 44 unter Verwendung von zwei oder mehr unterschiedlichen Oxidabscheidungsverfahren bereitgestellt werden. Natürlich kann die Isolationsschicht 44 unter Verwendung von nur einem Abscheidungsverfahren bereitgestellt werden.
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Zum Beispiel kann die Isolationsschicht 44 unter Verwendung einer Kombination einer Ofenoxidabscheidung und einer Oxidabscheidung mittels Plasma mit hoher Dichte bereitgestellt werden.
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Wie in 7 angegeben, kann Bereitstellen der Isolationsschicht Bereitstellen einer ersten Isolationsteilschicht 46 auf der Basisschicht 42 und auf den lateralen Abstandshaltern 40 und Bereitstellen einer zweiten Isolationsteilschicht 48 auf der ersten Isolationsteilschicht 46 umfassen. Dadurch kann die zweite Isolationsteilschicht 48 in einem Bereich 50, der an die Basisschicht 42 angrenzt, dicker als in einem Bereich 52 sein, der an die lateralen Abstandshalter 40 angrenzt.
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Zum Beispiel kann die erste Isolationsteilschicht 46 unter Verwendung einer Ofenoxidabscheidung bereitgestellt werden, während die zweite Isolationsteilschicht 48 unter Verwendung einer Oxidabscheidung mittels Plasma mit hoher Dichte bereitgestellt werden kann.
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Mit anderen Worten kann, wie in 7 gezeigt, eine stark nichtkonforme Oxidabscheidung durchgeführt werden. Die horizontalen Oberflächen (z.B. die Oberfläche der Basisschicht 42) können durch eine Schicht mit voller Dicke bedeckt werden. Die vertikalen Oberflächen (z.B. die Oberfläche der lateralen Abstandshalter 40) können mit näherungsweise einem Drittel der Dicke bedeckt werden. Eine HDP-Oxidabscheidung (HDP: High Density Plasma - Plasma mit hoher Dichte) in Kombination mit einer herkömmlichen Ofenabscheidung kann diese Anforderung erfüllen. Des Weiteren produziert die HDP-Abscheidung ein sogenanntes „Corner Clipping“ (Eckenabschneiden), das für das Herstellen des Heteroübergang-Bipolartransistors von zusätzlichem Wert ist. Ein Ofenoxid ist in 7 als eine dünne erste Oxidteilschicht 46 gezeigt. Das HDP-Oxid ist in 7 als eine zweite Oxidteilschicht 48 gezeigt.
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8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der Isolationsschicht 44 bis zu den lateralen Abstandshaltern 40, während der dickere Teil 50 der Isolationsschicht 44, der die Basisschicht 42 bedeckt, (in vertikaler Richtung) teilweise beibehalten wird, um die Basisschicht 42 zu schützen.
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Zum Beispiel können die Seitenwände der Isolationsschicht 44 (z.B. des abgeschiedenen Oxids) durch eine zeitlich abgestimmte Ätzung entfernt werden können. Dadurch bleibt ein Teil der Isolationsschicht 44 (z.B. Oxid) auf den horizontalen Oberflächen, der ursprünglich dicker war, zurück. Diese verbleibende Isolationsschicht 44 (z.B. Oxid) kann als eine Hartmaske dienen, die die Basis 42 schützt.
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9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der lateralen Abstandshalter 40, wodurch der Basiskontaktschichtstapel 28 und der Teil 58 der Basisschicht 42, der unter den lateralen Abstandshaltern 40 herausragt, lateral freigelegt wird.
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Zum Beispiel kann der laterale Abstandshalter (z.B. ein Nitridabstandshalter) 40 durch Nassätzen entfernt werden. Als ein Ergebnis wird nur eine Seitenwand der Basis 42 geöffnet. Der obere Teil der Basis 42 wird durch die Isolationsschicht (z.B. Oxid) 44 geschützt. Außerdem kann die Seitenoberfläche der Basiselektrode 32 geöffnet werden. Der entstehende Hohlraum zwischen der Basis 42 und der Seitenwand der Elektrode 32 kann direkt zugänglich sein und direkt gefüllt werden.
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10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Aufwachsens einer Basisverbindung 60 auf dem freigelegten Teil 58 der Basisschicht 42, wobei die Basisverbindung 60 die Basisschicht 42 mit einer Basiskontaktschicht des Basiskontaktschichtstapels verbindet.
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Zum Beispiel kann der Hohlraum (in dem der Teil 58 der Basisschicht 42, der zuvor unter den lateralen Abstandshaltern 40 hervorstand, freigelegt ist) mittels einer selektiven Epitaxie von p-dotiertem Silicium gefüllt werden, was zu einer Basisverbindung 60 führt. Die Seiten der Basisverbindung, die zu der Basis 42 zeigen, können monokristallin sein. Des Weiteren können die In-situ-Dotierungsstoffe sofort die richtigen Gitterpositionen belegen und erfordern möglicherweise kein zusätzliches Ausheilen. Dies kann dabei helfen, die ursprünglichen Dotierungsstoffprofile in der intrinsischen Basis 42 beizubehalten. Auch sind der Querschnitt der Basis 42 und ihre dotierten Gebiete direkt verbunden, wodurch eine verbesserte (oder sogar beste) Kontaktqualität ermöglicht wird. Im Gegensatz zu bekannten Ansätzen ist nur eine kurze Prozesszeit erforderlich, um den Hohlraum zu füllen. Die abstandshalterbasierte Verbindungsdefinition kann dabei helfen, die Basis lateral so eng wie möglich zu halten, und kann dementsprechend die parasitäre Kollektor-Basis-Kapazität zusätzlich reduzieren (oder sogar minimieren).
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11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens einer Schutzschicht (z.B. Nitrids) 62 auf der Isolationsschicht 44, auf der Basisverbindung 60 und auf den Seitenwänden des Emitterfensters 38.
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Zum Beispiel kann eine Nitridschicht 60 abgeschieden werden, um die Seitenwand des Emitterfensters 38 zu schützen.
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12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der Schutzschicht 62, um die Isolationsschicht 44 freizulegen, die die Basisschicht 42 bedeckt, während ein L-förmiger Teil der Schutzschicht 62, der die Seitenwände des Emitterfensters 38 und die Basisverbindung 60 bedeckt, beibehalten wird.
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Zum Beispiel kann eine anisotrope Abstandshalterätzung durchgeführt werden und kann die Schutzschicht 62 (z.B. eine Nitridschicht) an ihren horizontalen Oberflächen geöffnet werden, wodurch der vertikale Nitridabstandshalter zurückgelassen wird.
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13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der Isolationsschicht 44, um die Basisschicht 42 freizulegen.
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Zum Beispiel kann eine zeitlich abgestimmte Nassätzung des Oxids 44 durchgeführt werden. Die Oxidhartmaske 44 an der Unterseite der Emitterbasis kann verschwinden. Das dickere Oxid neben dem Emitterfenster 38 kann gedünnt werden.
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Das oben beschriebene Verfahren stellt einen Weg zum Herstellen eines Heteroübergang-Bipolartransistors mit folgenden wichtigen Merkmalen bereit. Erstens wird bei Ausführungsformen die Basis auf einem dedizierten Kollektorbereich aufgewachsen, wodurch Kristalldefekte vermieden werden. Zweitens stellen Ausführungsformen eine stark reduzierte (oder sogar minimierte) parasitäre Basis-Kollektor-Kapazität bereit, was für Hochfrequenzeigenschaften notwendig ist. Drittens wird bei Ausführungsformen eine teilweise monokristalline Basisverbindung in ein streng definiertes Gebiet gewachsen und kontaktiert diese die Dotierungsstoffspitzen in der intrinsischen Basis direkt, die keine zusätzliche Ausheilung benötigt und dementsprechend dabei hilft, die ursprünglichen Basisdotierungsstoffprofile beizubehalten. Viertens stellen Ausführungsformen eine inhärente Schrumpfungsfähigkeit bereit, indem eingelegte Abstandshalter verwendet werden, die ermöglichen, dass Transistoren auf unterhalb lithographischer Grenzen schrumpfen. Fünftens stützen sich Ausführungsformen auf relativ einfache Einheitsprozesse, die durch Benutzung ihrer speziellen Merkmale verfügbar sind.
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Bei Ausführungsformen kann eine Basisverbindung nach (z.B. einige Prozessschritte nach) einer Basisabscheidung durch einen kurzen, wohlgesteuerten Prozess aufgewachsen werden.
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Ausführungsformen benutzen eine stark nichtkonforme Abscheidung einer dielektrischen Schicht, um eine anschließende selektive Abstandshalterentfernung, selektive Basisverbindungsepitaxie zu ermöglichen, während gleichzeitig der aktive Bereich der Basis geschützt wird.
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Anschließend ist ein Beispiel, wie die in 13 gezeigte erhaltene Struktur abzuschließen ist, um einen fertigen HBT zu erhalten, mit Bezug auf 14 bis 18 gezeigt.
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14 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens einer vierten Isolationsschicht 64 auf der Basisschicht 42 und den L-förmigen Teilen der Schutzschicht 62 und des Bereitstellens einer zweiten Schutzschicht 66 auf der zweiten Isolationsschicht 64.
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Zum Beispiel können die Oxid- und Nitridschicht 64 und 66, die später einen L-förmigen Abstandshalter bilden, abgeschieden werden.
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Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, dass zuerst die zweite Schutzschicht 66 auf der Basisschicht 42 und den L-förmigen Teilen der Schutzschicht 62 bereitgestellt wird und anschließend die vierte Isolationsschicht 64 auf der zweiten Schutzschicht 62 bereitgestellt wird.
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15 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens der zweiten Schutzschicht 66 und der vierten Isolationsschicht 62 bis zu der Basisschicht 42, um die Basisschicht 42 freizulegen, während Teile der vierten Isolationsschicht 62, die den L-förmigen Teil der Schutzschicht 62 bedecken, beibehalten werden.
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Zum Beispiel kann eine sequenzielle Kombination einer Nitridtrockenätzung, einer Oxidnassätzung und einer Nitridnassätzung einen L-Abstandshalter 62 erzeugen. Dieser Abstandshalter 62 kann das Basisverbindungsgebiet 60 von den Emitterrändern trennen. Dadurch können Emitterbasisleckverluste reduziert (oder sogar minimiert) werden.
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16 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Bereitstellens einer Emitterschicht 66 auf der Basisschicht 42.
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Zum Beispiel kann die Emitterschicht 66 abgeschieden werden.
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17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des selektiven Entfernens aller Schichten oberhalb der Basiskontaktschicht 32, um die Basiskontaktschicht 32 freizulegen.
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Zum Beispiel können der Emitter 66 und die dritte Isolationsschicht (z.B. Oxid) 34 nach der Verwendung einer Lithographie durch anisotrope Trockenätzungen geätzt werden. Die Oxidätzung kann bei dem Basiselektroden-Poly 32 stoppen.
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18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Heteroübergang-Bipolartransistors 20 während der Herstellung nach dem Schritt des Strukturierens der Basiskontaktschicht 32.
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Zum Beispiel kann die Basiselektrode 32 auf die gleiche Weise strukturiert werden und kann der HBT 20 fertig sein.
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Unter Bezugnahme auf 18 stellen weitere Ausführungsformen einen Bipolartransistor 20 bereit. Der Bipolartransistor 20 umfasst Folgendes: ein Halbleitersubstrat 22 mit einer Grabenisolation 24; eine zweite Isolationsschicht 30, die auf dem Halbleitersubstrat 22 angeordnet ist, wobei die zweite Isolationsschicht 30 eine Vertiefung umfasst; eine Basisschicht 42, die auf dem Halbleitersubstrat 22 in der Vertiefung der zweiten Isolationsschicht 30 angeordnet ist; eine strukturierte Basiselektrodenschicht 32, die auf der zweiten Isolationsschicht 30 angeordnet ist; eine Basisverbindung 60, die die Basisschicht 42 und die Basiselektrode 32 verbindet; und eine Emitterschicht 60, die auf der Basisschicht 42 angeordnet ist. Dadurch ist eine Materialschnittfläche der Basisverbindung zwischen der Basisschicht 42 und der strukturierten Basiselektrode 32 in einer Querschnittsansicht des Bipolartransistors in Bezug auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats geneigt (siehe 19 für mehr Einzelheiten).
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Die geneigte Materialschnittfläche der Basisverbindung 60 zwischen der Basisschicht 42 und der strukturierten Basiselektrode 32 ist ein Ergebnis des epitaktischen Wachstums der Basisverbindung, die den Hohlraum 48 (siehe 9) zwischen der Basisschicht 42 und der Basiselektrodenschicht 32 füllt.
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Zum Beispiel kann die Basisschicht 42, wie in 18 angegeben, eine erste Basisteilschicht 42_1, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, und eine zweite Basisteilschicht 42_2, die auf der ersten Basisteilschicht 42_1 angeordnet ist, umfassen, wobei die erste Basisteilschicht unter der zweiten Basisteilschicht herausragt. Epitaktisches Aufwachsen der Basisverbindung 60 auf einer so gebildeten Basisschicht 42 führt dazu, dass die Materialschnittfläche zwischen der Basisschicht 42 und der strukturierten Basiselektrode 32 mit Bezug auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats geneigt ist.
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Ferner kann die Basisverbindung 60 wenigstens in einem Gebiet, das direkt an die Basisschicht 42 angrenzt, monokristallin sein.
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Der Bipolartransistor 20 kann einen L-förmigen Abstandshalter 62, 64 umfassen, der so angeordnet ist, dass er die Basisverbindung (das Basisverbindungsgebiet) von der Emitterschicht 66 trennt.
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19 zeigt ein Transmissionselektronenmikroskopiebild eines Sektors eines Bipolartransistors, das ein Gebiet um eine Basisverbindung 60 herum hervorhebt. Im Einzelnen zeigt 19 ein Transmissionselektronenmikroskopiebild des Bipolartransistors nach dem Schritt des Aufwachsens der Basisverbindung auf dem freigelegten Teil der Basisschicht 42 (vergleiche mit 10).
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Wie in 19 gezeigt, ist eine Materialschnittfläche 61 der Basisverbindung zwischen der Basisschicht 42 und der strukturierten Basiselektrode 32 aufgrund des epitaktischen Wachstums der Basisverbindung 60 mit Bezug auf eine Oberfläche 54 des Halbleitersubstrats geneigt.
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Die Materialschnittfläche 61 kann entlang einer Linie 63 (in 19 als gestrichelte Linie angegeben) angeordnet sein, die mit Bezug auf eine Oberfläche 54 des Halbleitersubstrats geneigt ist, zum Beispiel in Bezug auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Winkel zwischen 10° und 80° (oder zwischen 20° und 70° oder zwischen 30° und 60°) geneigt ist.