Способ изготовления полупроводниковых структур с температурной компенсацией

Способ изготовления полупроводниковых структур с температурной компенсацией

Реферат

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при производстве интегральных микросхем и дискретных полупроводниковых приборов. Цель изобретения - повышение качества структур за счет уменьшения температурного коэффициента удельного сопротивления слоев кремния p- и n-типа и упрощение технологии легирования. В данном способе на поверхности монокристаллического кремния формируют две соприкасающиеся диффузионные области. Области формируют нанесением гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния с последующим диффузионным отжигом при 1000 - 1200С в течение 0,5 - 2 ч. Пленку наносят методом центрифугирования с последующей термодеструкцией. Пленка на первой области содержит 5 - 20 мас. % ангидрида-диффузанта примеси глубокого уровня. На второй области формируют пленку, содержащую 10 - 20 мас. % ангидрида-диффузанта примеси мелкого уровня. После диффузии температурный коэффициент удельного сопротивления составляет от 0,0810^-3 до 0,5910^-3 в диапазоне температур от 20 до 150С. 1 табл.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых микросхем и дискретных полупроводниковых приборов. Цель изобретения - повышение качества структур за счет уменьшения температурного коэффициента удельного сопротивления слоев кремния n- и р-типа и упрощение технологии легирования. П р и м е р 1. На кремниевой пластине (КЭФ-4,5, [100] ) методом термического окисления создают маскирующий слой двуокиси кремния толщиной 0,4-0,8 мкм, методом фотолитографии вскрывают окна первой области. На пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 5 мас. % ангидрида - диффузанта акцептора глубокого уровня - индия. Проводят термодеструкцию пленки при 1000^оС в течение 30 с в атмосфере инертного газа, удаляют с поверхности маскирующего слоя SiO₂ легированную индием пленку. Повторно методом фотолитографии в маскирующем слое SiO₂ вскрывают окно для второй области, т. е. формируют конфигурацию резисторов. Последующей операцией является нанесение на пластину методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния, содержащей 10 мас. % ангидрида - диффузанта акцептора мелкого уровня - бора. Повторно проводят термодеструкцию пленки при указанных выше режимах и удаление легированной бором пленки. Формирование p-n-перехода и перераспределение примесей индия и бора в объеме диффузионной резистивной области производят в потоке азота и кислорода при 1150^оС в течение 1 ч. Для создания контактов с диффузионной областью в обедненной легированной пленке вскрывают окна под металлизацию. В дальнейшем производят напыление алюминия, фотолитографию по алюминию, формирование контактных площадок и получение омического контакта посредством вжигания алюминия. П р и м е р 2. На кремниевую пластину (КЭФ-7,5, [111] ) методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 10 мас. % ангидрида - диффузанта акцептора глубокого уровня - цинка. Затем проводят термодеструкцию пленки при 800^оС в атмосфере воздуха в течение 1 мин. Методом фотолитографии формируют первую область конфигурации резисторов делителя напряжения, которые представляют собой островки на поверхности пластины. На поверхность пластины и островков наносят пленку SiO₂. Затем методом фотолитографии в пленке SiO₂ вскрывают окна, т. е. формируют вторую область конфигурации резисторов делителя напряжения. Наносят на пластину методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 15 мас. % ангидрида - диффузанта акцептора мелкого уровня - алюминия. Повторно проводят термодеструкцию пленки при указанных выше режимах и удаление легированной алюминием пленки. Формирование p-n-перехода и перераспределение примесей цинка и алюминия в объеме диффузионной резистивной области производят при 1200^оС в течение 30 мин в потоке аргона. Затем удаляют пленку SiO₂ и легированные цинком и алюминием пленки. Наносят пленку SiO₂, в которой для создания контактов с диффузионной областью вскрывают окна под металлизацию. В дальнейшем производят напыление алюминия, формирование контактных площадок и межсоединений и получение омического контакта при помощи вжигания алюминия. П р и м е р 3. На кремниевой пластине (КЭФ-10, [110] ) методом термического окисления создают маскирующий слой двуокиси кремния толщиной 0,3-0,8 мм, затем групповым методом фотолитографии вскрывают окна первой области. На пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 20 мас. % ангидрида - диффузанта акцептора глубокого уровня - никеля. Проводят термодеструкцию пленки при 600^оС в течение 3 мин в потоке инертного газа (аргона). Удаляют с поверхности маскирующего слоя SiO₂ легированную никелем пленку. Повторно методом фотолитографии в маскирующем слое SiO₂ вскрывают окно для второй области, т. е. формируют конфигурацию резисторов. Последующей операцией является нанесение на пластину методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния, содеpжащей 20 мас. % ангидрида - диффузанта акцептора мелкого уровня - галлия. Повторно производят термодеструкцию пленки при указанных выше режимах и удаление легированной галлием пленки. Формирование p-n-перехода и перераспределение примесей никеля и галлия в объеме диффузионной резистивной области производят в потоке аргона при 1000^оС в течение 2 ч. Для создания контактов с диффузионной областью в обедненной легированной пленке вскрывают окна под металлизацию. В дальнейшем производят напыление алюминия, фотолитографию по алюминию, формирование контактных площадок и получение омического контакта посредством вжигания алюминия. П р и м е р 4. На кремниевой пластине (КДБ-4,5, [100] ) методом термического окисления создают маскирующий слой двуокиси кремния толщиной 0,4-0,8 мм. Методом фотолитографии вскрывают окна для первой области. На пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 5 мас. % ангидрида - диффузанта донора глубокого уровня - марганца. Проводят термодеструкцию пленки при 1000^оС в течение 30 с в атмосфере инертного газа. Удаляют с поверхности маскирующего слоя SiO₂ легированную марганцем пленку. Затем повторно методом фотолитографии в маскирующем слое SiO₂ вскрывают окно для второй области, т. е. формируют конфигурацию резисторов. Последующей операцией является нанесение на пластину методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния, содержащей 10 мас. % ангидрида - диффузанта донора мелкого уровня - фосфора. Повторно проводят термодеструкцию пленки при указанных выше режимах и удаление легированной фосфором пленки. Формирование p-n-перехода в перераспределение примесей марганца и фосфора в объеме диффузионной резистивной области производят в потоке азота и кислорода при 1150^оС в течение 1 ч. Для создания контактов с диффузионной областью в обедненной легированной пленке вскрывают окно под металлизацию. В дальнейшем производят напыление алюминия, фотолитографию по алюминию, формирование контактных площадок и получение омического контакта посредством вжигания алюминия. П р и м е р 5. На кремниевую пластину (КДБ-7,5, [111] ) методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 10 мас. % ангидрида - диффузанта донора глубокого уровня - хрома. Проводят термодеструкцию пленки при 800^оС в атмосфере воздуха в течение 1 мин. Методом фотолитографии формируют первую область конфигурации резисторов делителя напряжения, которые представляют собой островки на поверхности пластины. На поверхность пластины и островков наносят пленку SiO₂. Затем методом фотолитографии в пленке SiO₂ вскрывают окна, т. е. формируют вторую область конфигурации резисторов делителя напряжения. Последующей операцией является нанесение на пластину методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния, содержащей 15 мас. % ангидрида - диффузанта донора мелкого уровня - мышьяка. Повторно проводят термодеструкцию пленки при указанных выше режимах и удаление легированной мышьяком пленки. Формирование p-n-перехода и перераспределение примесей хрома и мышьяка в объеме диффузионной резистивной области производят при 1200^оС в течение 30 мин в потоке аргона. Затем удаляют пленку SiO₂ и легированные пленки хрома и мышьяка. Наносят пленку SiO₂, в которой для создания контактов с диффузионной областью вскрывают окна под металлизацию. В дальнейшем производят напыление алюминия, формирование контактных площадок и межсоединений и получение омического контакта посредством вжигания алюминия. П р и м е р 6. На кремниевой пластине (КДБ-10, [110] ) методом термического окисления создают маскирующий слой двуокиси кремния толщиной 0,5-0,8 мм, затем групповым методом фотолитографии вскрывают окна для первой области. Затем на пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую 20 мас. % ангидрида - диффузанта донора глубокого уровня - железа. Проводят термодеструкцию пленки при 600^оС в течение 3 мин в потоке инертного газа (аргона). Удаляют с поверхности маскирующего слоя SiO₂ легированную железом пленку. Затем повторно методом фотолитографии в маскирующем слое SiO₂ вскрывают окно для второй области, т. е. формируют конфигурацию резисторов. Последующей операцией является нанесение на пластину методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния, содержащей 20 мас. % ангидрида - диффузанта донора мелкого уровня - сурьмы. Повторно проводят термодеструкцию пленки при указанных выше режимах и удаление легированной сурьмой пленки. Формирование p-n-перехода и перераспределение примесей железа и сурьмы в объеме диффузионной резистивной области производят в потоке аргона при 1000^оС в течение 2 ч. Для создания контактов с диффузионной областью в обедненной легированной пленке вскрывают окна под металлизацию. В дальнейшем производят напыление алюминия, фотолитографию по алюминию, формирование контактных площадок и получение омического контакта при помощи вжигания алюминия. Сравнительные величины температурного коэффициента удельного сопротивления полупроводниковых структур прототипа и изготовленных по данному способу в температурных диапазонах от 20 до 150^оС и от 20 до -75^оС приведены в таблице. Использование способа изготовления полупроводниковых структур с температурной компенсацией обеспечивает уменьшение температурного коэффициента удельного сопротивления полупроводниковых структур кремния; упрощение технологии легирования, обусловленное легированием из гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния ангидридами диффузантами донора глубокого уровня и мелкого уровня, т. е. твердый источник диффузии расположен непосредственно на поверхности кремниевой пластины; уменьшение в два раза времени диффузии, обусловленного одновременной диффузией двух примесей доноров глубокого и мелкого уровня, а не последовательной диффузией примесей, как осуществляется в прототипе; упрощение регулирования поверхностной концентрации примесей каждого диффузанта (донора глубокого уровня и донора мелкого уровня), которое достигается изменением концентрации в пленкообразующем растворе гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния. (56) Патент США N 3491325, кл. H 01 l 3/00, 1970. Патент США N 3484658, кл. H 01 l 3/00, 1969.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР С ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ, включающий формирование на поверхности монокристаллического кремния двух соприкасающихся областей путем диффузионного легирования примесями одинакового типа проводимости, при этом первую область легируют примесью глубокого уровня, а вторую область - примесью мелкого уровня до концентрации примеси мелкого уровня, значительно большей концентрации примеси глубокого уровня, и глубины p - n-перехода примеси мелкого уровня, значительно меньшей глубины p - n-перехода примеси глубокого уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения качества структур за счет уменьшения температурного коэффициента удельного сопротивления слоев кремния p- и n-типа и упрощения технологии легирования, формирование двух соприкасающихся областей осуществляют путем последовательного нанесения на поверхность монокристаллического кремния методом центрифугирования гидролизно-поликонденсационной пленки двуокиси кремния, при этом на первую область наносят пленку, содержащую 5 - 20 мас. % ангидрида-диффузанта примеси глубокого уровня, затем проводят термодеструкцию, а на вторую область наносят пленку, содержащую 10 - 20 мас. % ангидрида-диффузанта примеси мелкого уровня, после чего обрабатывают при 1000 - 1200^oС в течение 0,5 - 2,0 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1