Способ изготовления биполярных транзисторов

Способ изготовления биполярных транзисторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к микроэлектро нике и может быть использовано при изготовлении транзисторов в изделиях, эксплуатируемых в условиях воздействия радиации. Сущность: готовые структуры биполярных транзисторов облучают электронами флюэнсом (10 5-5,1016)см.2, затем проводят отжиг при 280-320°С в течение 0,5-1 ч, после этого проводят в Планерную сторону структуры имплантацию ионов водорода флюэнсами (5,1012-1014) с энергией 100-200 кэВ и постимплантационный обжиг при 300- 400°С в течение 3-6 ч.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . (л)5 Н 011 21/263

ГОСУДАРСТВЕI+iOE ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4934488/25 (22) 07,05.91 (46) 07.03.93, Бюл. М 9 (71) Научно-исследовательский институт прикладной механики и Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им, А.Н.Севченко (72) H.ÔÕîëóáåâ, А.В.Латышев, B.М.Лома. ко и Ю.МЛрохоцкий (56) Патент США ЬЬ 4137099, . кл. й. Н 01 L 21/263, 1989.

Патент США ЬЬ 3513035, Н 01 L7/54, 1970.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов.

Цель изобретения — повышение радиационной стойкости кремниевых биполярных транзисторов, в процессе изготовления которых использованы операции радиационно-термической обработки (PTO).

Для этого после изготовления активных

-областей транзистора и создания контактов проводят PTO путем облучения различными видами радиации и отжига: облучают электоонами флюэнсами 1,10 -5,10 см2, отжигают при 280-320 С, затем облучают ионами, водорода с планарной стороны флюэнсами

5,10 -1,10 см" с энергией 100-200 кзВ, отжигают при 340-400"С в течение 3-6 ч. В результате электронной обработки и пассиаации водородом технологических структурных и радиационных дефектов в кремнии и Si0z повышается радиационная стойкость, улучшаются электрические свойства

„„50„„1800501 А1

2 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИПОЛЯРHblX ТРАНЗИСТОРОВ (57) Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении транзисторов в изделиях, эксплуатируемых в условиях воздействия радиации.

Сущность: готовые структуры биполярных транзисторов облучают электронами флюзнсом (10 -5,10 6)см ; затем проводят отжйг при 280-320 С в течение 0,5-1 ч, после этого проводят в планарную сторону структуры имплантацию ионов водорода флюэнсами (5,10 -10 4)см 2 с энергией 100-200. кэВ и постимплантационный обжиг при 300400 С в течение 3-6ч, транзисторов и достигается минимальный их разброс по пластине.

Цель изобретения — повышение радиационной стойкости за счет релаксации механических напряжений на границах раздела и пассивации технологических и радиационных дефектов в кремнии и Si02 водородом.

Пример 1. Эпитаксиальные (p= . =4,5 Ом,см) кремниевые структуры п-типа, выращенные на сильно легированной (p= 0,01 Ом,см) подложке, окисляют при

1150 С до получения на поверхности слоя маскирующего оксида кремния толщиной

С,7 мкм. Затем операциями фотолитографии и травления вскрывают окна в слое ЫОг, в которые проводят диффузию примесей бора и фосфора, формирующих вертикальный ир-и-тиранзистор с глубиной залегания эмиттерного р-и-перехода и 1,0 мкм и толщиной активной базым0,7-0,8 мкм. Применяя стандартные фотолитографические процессы, 1800501 удаляют защитные слои с непланарной поверхности пластин, проводят вскрытие контактных окон к базовой и эмиттерной областям транзистора, наносят двухслойную металлизацию Т1 Al (толщиной 0,1 и 0,8 мкм соответственно), которую вжигают при 480 С в течение 20 мин в атмосфере аргона; .

На следующей операции пластины с транзисторами подвергают радиационной обработке электронами флюэнсом 1 10 см с энергией 8 МэВ. Затем кассету с пластинами помещают в печь и выдерживают при T1 = 300 С в течение 60 мин в атмосфере аргона. Долее пластины с планарной стороны обрабатывают ионами водорода на установке ионно-лучевого легирования, устанавливая энергию пучка

150 кэВ, флюэнс легирования 1,10 см . после операции ионного легирования пластины термообрабатываются при Tz 380 С в течение 180 мин в атмосфере Аг+5% Н2. На заключигельных операциях производят разделение пластин на кристаллы, монтаж кристаллов в корпус и разварку выводов.

П ример 2,Тоже,что впримере1,за исключением того,.что флюэнс ионов водорода устанавливают равным 5,10 cv

12 -2

Пример 3. То же, что в примере 1, за исключением того, что флюэнс ионов водорода устанавливают равным 1,10 см

Л р и м е р 4, То же, что в примере I, за исключением того, что температуру Т1 устанавливают равной 28 С.

Пример 5. То же, что в примере 1, за исключением того, что температуру Т1 устанавливают равной 320 С.

Пример 6. То же, что в примере 1, за исключением того, что температуру Т2 устанавлива1от равной 340 С.

Пример 7. То же, что в примере 1 за исключением того. что температуру Т2 устанавливают равной 400 С.

При проведении технологических операций изготовления транзисторов в активные области вводят неконтролируемые рекомбинационные центры и возникают ме.ханические напряжения на границах раздела (Si-Si02 или Si02 — металл). Это является причиной разброса и плохой воспроизводимости параметров транзисторов по пластине. Кроме того, для таких приборов характерна низкая стойкость к ионизируемому облучению из-за образования рекомбинационных центров на границе раздела

Ь-SiOz, Путем радиационной обработки электронами и стабилизирующего отжига достигают повышения радиационной стойкости. Однако такая обработка сопровождается уменьшением коэффициента усиления по току на 40-60 от исходного значения и

55 диффундируют к РД, созданным электронным облучением и пассивируют их, Так как при облучении электронами в превалирующих концентрациях выводятся дефекты акцепторного типа (А,Е-центры, комплексы

С5-С, дивакансии), в процессе пассивации происходит электрическое взаимодействие между отрицательно заряженными РД и положительно заряженными атомами водорода, В результате процесса комплексообразования отрицательно заряженные центры теряют рекомбинационную активность, Атомы водорода пассивируют также разорванные радиацией связи в решетке на границе Si-Si02, уменьшая плотность поверхностных состояний. Следствием этого является уменьшение механических напряжений на границе Si-S102 и улучшение электрических параметров транзисторов, При эксплуатации приборов в полях ионозирующих излучений атомы водорода в решетке Sf снижают вероятность устойчивых радиационных дефектов за счет взаимодействия с первичными вакансиями, т.е, обеспечивается повышение радиационной стойкости. увеличения напряжения насыщения Окэ, Для транзисторов, обработанных электронами, характерны повышенные уровни генерационно-рекомбинацион н ых шумов, В предлагаемом способе повышение радиационной стойкости и улучшение электрических параметров кремниевых биполярных транзисторов достигается чередованием операции получения различными видами радиации и отжига. Облучение электронами обеспечивает введение равномерно по объему транзисторной структуры рекомбинационных центров и релаксацию механических напряжений на границах раздела, Флюэнсы облучения электронами (1,10 -5,10 см ) выбираютc одной сторо15 15 ны из условия введения необходимой концентрации точечных радиационных дефектов (РД}, повышающей концентраци1о

20 неконтролируемых рекомбинационных центров, с другой стороны — ограничивают флюэнсы, при котором (с учетом отжига) концентрация РД в области-высокоомного коллектора меньше концентрации основной легирующей смеси. После операции обработки структур быстрыми электронами ripoводят термообработку при 280-320ОC в течение 0,5-1 ч. Интервал температур отжига определен экспериментально и соответствует стадии "отрицательного" отжига РД в Si, на которой происходит дополнительный переход РД в электрически активную форму, После облучения ионами водорода на операции термообработки ионы водорода

1800501

Составитель Ю, Прохоцкий

Техред М.Моргентал Корректор М, Керецман.

Редактор

Заказ 1168 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Moctcsa, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Одновременно происходит пассивация водородом технологических и остаточных структурных дефектов, с которыми связан разброс параметров транзисторов по пластине, Величину флюэнсов (5.10 -1,10 см ) ионов водорода выбирают исходя из концентрации РД после электронного облучения, которые необходимо пассировать. Так как в процессе последующей термообработки (при 340-400 С) происходят "потеря" атомов водорода на образование нейтральных молекул (Н2),"взаимодействие атомов и технологическими дефектами, диффузия водорода через границу раздела Si-St0z, необходимо обеспечивать концентрацию . атомов водорода при ионной имплантации, в 10-100 раз превышающую концентрацию

РД поле электронного облучения. Энергию ионов выбирают такой. чтобы проецированный пробег превышал толщину пассивирующего покрытия на поверхности кремния.

Отжиг после имплантации обеспечивает

"разгонку" атомов водорода, образование фиксированного заряда в оксиде кремния и релаксацию атомов на границе раздела SiSi0z, В результате стабилизируются электрические параметры приборов, Интервал температур отжига 340-380ОС после ионной имплантации обеспечивает повышение радиационной стойкости транзисторов по параметру hziz no сравнению с контрольными приборами. Так как при ионной. имплантации в Si образуется РД такие же, как от тяжелых частиц (а — частиц, нейтронов), повышается также стойкостью транзисторов к комбинированию облучения (ионизирующей радиации и тяжелым частицам), После отжига при 380-400 С обнаружено возрастание параметра hz>g выше исходных значений контрольных транзисторов и снижение 1эьо и 1кьо более чем на порядок.

Обнаружено, что дополнительным эффектом от разработанной операции PTO является минимальный разброс параметра

h2>a по пластине, т.е. по предлагаемому способу возможно получать транзисторы с идентичными параметрами для дифференциальных каскадов усилителей.

5 Исследование долговременной стабильности электрических параметров (хранения в течение 500 при 125 С) изготовленных по предлагаемому способу образцов показало, что деградации электрических па10 раметров и повышенного процента отказа по сравнению с транзисторами без PTO не обнаружено.

Предлагаемый способ изготовления биполярных транзисторов по сравнению с изве15 стными способами обеспечивает следующие преимущества: улучшение электрических характеристик приборов, подвергнутых

РТО для повышения стойкости к ионизирующему излучению; повышение воспроизво20 димости параметров и минимальный разброс в значениях параметра h2ig по пластине..Формула изобретения

25 Способ изготовления биполярных транзисторов, включающий направление эпитаксиального слоя кремния на монокристаллическую подложку, создание на поверхности маскирующего слоя, фотолитографию и

30 вскрытие окой в маскирующем слое, формирование базовой и эмиттерной области пу- тем диффузии акцепторных и донорных примесей, создание контактов, радиационно-термическую обработку путем облучения

35 электронами и.стабилизирующего отжига, отличающийся тем, что, с целью повышения радиационной стойкости за счет пассивации дефектов. облучение проводят флюэнсами 10 -5 10 см, а отжиг

40 проводят при температуре 280-320 С в течение (0,5-1) ч, после этого проводят имплантацию в планарную сторону структуры ионов водорода флюэнсами (5 10 -10 4) см с энергией (100-200) кэВ и постимплантаци45 онный отжиг при температуре (340-400) С в течение (3-6) ч.