Способ изготовления кремниевых эпитаксиальных структур

Способ изготовления кремниевых эпитаксиальных структур

Реферат

 

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых приборов и интегральных схем, в частности, к способам изготовления приборов с использованием эпитаксиального наращивания кремния в атмосфере водорода. Сущность: способ включает создание в кремнии р-типа проводимости областей n-типа проводимости, легирование поверхности акцепторной примесью, окисление, вскрытие в окисле окон и эпитаксиальное наращивание в атмосфере водорода. При этом легируют поверхность акцепторной примесью между областями n-типа проводимости до уровня концентрации в 3-8 раз меньшего уровня, при котором имеют место канальные утечки под окислом кремния после эпитаксиального наращивания в атмосфере водорода. После эпитаксиального наращивания структуру отжигают в атмосфере инертного газа, преимущественно азота, при температуре на 100°С больше и на 50°С меньше температуры эпитаксиального наращивания в течение 3-30 мин. Технический результат: улучшение электрических характеристик структур. 2 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых приборов и интегральных схем, в частности, к способам изготовления приборов с использованием эпитаксиального наращивания кремния в атмосфере водорода и способам устранении канальных утечек между электродами прибора, вызванных образованием инверсионных каналов, возникающих на границе раздела окисел кремния - кремний дырочного типа проводимости.

Известно несколько способов устранения инверсионных каналов. Способ по пат. США №3684933 кл. 317-235R предупреждает возникновение инверсионных каналов между областями n-типа, например, между эмиттером и коллектором транзистора путем создания между этими областями двух дополнительных переходов, один из которых включен в прямом, а другой - в обратном направлении. Способ по пат. США, №3763406 кл. 317-235R исключает образование инверсионных каналов путем создания кольцевого электрода, расположенного на поверхности окисла и закороченного через окно в пленке к одной из областей охранного р-n - перехода. Для уменьшения заряда в окисле, индуцирующего инверсионные каналы, в способе по пат. США, №3767483 кл. 148-186 предназначается поверхность кремния перед окислением обрабатывать в щелочных растворах гидразина и триметиламмония. Способ по патенту Японии №48-13572 99(5) С23, предусматривает для прерывания инверсионных каналов области n-типа на подложках с кристаллографической ориентацией (100) окружать узкими углублениями, боковые грани которых при травлении приобретают ориентацию (111).

Наиболее употребительными в технологии кремниевых приборов и интегральных схем являются способы устранения инверсии под окислом путем создания легированного акцепторной примесью слоя до уровня концентрации, при котором для окисла с заданной величиной зарядов инверсия будет отсутствовать. Некоторые способы предусматривают легирование поверхности кремния через пленку окисла быстродиффундирующими примесями: золотом (патент Японии кл. 99(5) С23, №49-31832), алюминием (патент Японии №49-14387 кл. 99(5) С23,), галлием (патент Японии №48-31028 кл. 99(5), С23,). Чаще поверхность кремния легируют бором до высоких концентраций перед окислением (пат. США, №3920482 кл. 148-1.5,), в процессе окисления (пат. США, кл. №3873383 148-187,) или после окисления (пат. США, №3901737 кл. 148-1.5).

Прототипом предназначаемого способа может быть способ, описанный в авт. св. СССР, №439863 кл. H 01 L 19/00.

По этому способу на монокристаллической подложке кремния р-типа создают локальные области n⁺ - типа, легируют поверхность примесью Р⁺ - типа, окисляют поверхность, в окисле вытравливают окна и проводят эпитаксиальное наращивание областей кремния n-типа проводимости.

Недостаток указанного способа заключается в том, что после эпитаксиального наращивания в атмосфере водорода в случае недостаточно высокой концентрации примеси в р⁺ - слое появляются канальные утечки между n-областями.

Для предотвращения канальных утечек концентрацию акцепторной примеси в р⁺ - слое увеличивают, что ведет к уменьшению пробивных напряжений р ⁺ - n⁺ - перехода, ухудшению характеристик приборов. Если выращиваемый n⁺ - слой является эмиттером, то увеличение концентрации акцепторной примеси снижает эффективность эмиттера, уменьшает коэффициент усиления транзистора.

Цель предлагаемого способа - улучшение электрических характеристик приборов, увеличение пробивных напряжений переходов, увеличение коэффициента усиления транзистора. Для достижения поставленной цели между областями n-типа поверхность легируют примесью р-типа до уровня концентрации в 3-8 раз меньшего уровня, для которого имеет место образование инверсионных каналов после термической обработки в водороде, наносят на поверхность окисел кремния, вскрывают в окисле окна, проводят эпитаксиальное наращивание в окнах кремния и отжигают структуру в атмосфере инертного газа с точкой росы ниже - 70°С в диапазоне температур: температура эпитаксиального наращивания (плюс 100°С) - (минус 50°С) в течение 3÷30 мин. Существенное отличие предлагаемого способа заключается в том, что поверхность кремния между областями n-типа легируют акцепторной примесью до уровня концентрации в 3-8 раз меньшей той концентрации, при которой имеет место появление канальных утечек после эпитаксиального наращивания в атмосфере водорода и отжигают структуру в указанных выше режимах. Ниже приведен пример использования способа при изготовлении КИД-транзистора с эпитаксиальным эмиттером.

Пример. На монокристаллической подложке кремния 1 р-типа проводимости создают локальный скрытый слой 2 n⁺ - типа проводимости и после наращивания эпитаксиального слоя 3 р-типа проводимости проводят локальную диффузию примеси n⁺ - типа проводимости по периферии скрытого слоя, в результате чего получают кольцевой коллектор 4. Всю поверхность 5 легируют бором до концентрации 3÷8·10 ¹⁷ см^-3. Поверхность окисляют в сухом и влажном кислороде при температуре 1000÷1150°С. В окисле 6 толщиной 0,2-0,5 мкм вскрывают внутри кольцевого коллектора окно 7. В системе моносилан - водород наращивают легированный примесью при температуре 1050°С эпитаксиальный слой - 8 кремния (фиг.1), который после обтравливания является эмиттером транзистора. Затем структуру отжигают в азоте.

Предлагаемый способ позволяет эффективно устранить канальные утечки между областями n-типа после эпитаксиального наращивания в водороде, при пониженной концентрации акцепторной примеси под окислом. Уменьшении концентрации бора при снижении уровня подлегирования поверхности КИД-транзисторной структуры с 10¹⁸ см^-3, ниже которой наблюдались канальные утечки, до 2÷7·10¹⁷ см^-3 , позволило увеличить пробивные напряжения коллектор-база с 7÷8 В до 5-18 В, а коэффициент усиления транзистора с 15÷30 до 60÷100 для уровня концентрации эмиттера 3·10 ¹⁹ см^-3. Вид ВАХ коллектор-эмиттер до и после отжига в азоте представлены соответственно на фиг.2а и 2б.

Формула изобретения

Способ изготовления кремниевых эпитаксиальных структур, включающий создание в кремнии р-типа проводимости областей n-типа проводимости, легирование поверхности акцепторной примесью, окисление, вскрытие в окисле окон и эпитаксиальное наращивание в атмосфере водорода, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик структур, легируют поверхность акцепторной примесью между областями n-типа проводимости до уровня концентрации в 3-8 раз меньшего уровня, при котором имеют место канальные утечки под окислом кремния после эпитаксиального наращивания в атмосфере водорода, и после эпитаксиального наращивания структуру отжигают в атмосфере инертного газа, преимущественно азота, при температуре на 100°С больше и на 50°С меньше температуры эпитаксиального наращивания в течение 3-30 мин.

РИСУНКИ