Способ изготовления мощных вч транзисторных структур

Способ изготовления мощных вч транзисторных структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

((Ill Я ((11 2МИ4 А1 (5Ц 5 H Oi Ь И 02

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (23) 2633018/25 (22) 27.0678 (46) 301093 Бюа f4i 39-40

P2) Гиущенио ВН„Краскожон АИ. (54) CAQC05 ИЭГОТ09ЛЕНИЯ МОЩНЫХ ВЧ

ТМКМ4СТОРЙЫХ ЮРУКТУР

705924

Изобретение относится к области микроэлектроники, преимущественно к технологии изготовления транзисторов.

Известен способ изготовления МОПтранзистора с двойной самосовмещенной диффузией.

Этот способ предполагает формирование через окно в маскирующем покрытии диффузионной области с типом проводимо.сти, противоположным типу проводимости подложки. а затем через это же окно — вновь диффузионной области с тйпом проводимости, противоположным типу первой диффузионной области и перекомпенсирующим его. Область между двумя р — n переходами, образовавшуюся в результате разной глубины залегания двух диффуэионйых слоев и выходящую на поверхность, используют как подзатворную область МОП-транзистора, по которой инверсионным каналом исток связывается со стоком. Прямого контакта к полученной подзатворной области не делают иэ-за особенностей работы МОП-транзистора, Известен способ изготовления мощного ВЧ транзистора с поверхностной конфи- гурацией эмиттера в виде "гребенки" с волнистой границей эмиттер-базового р-и перехода, По этому способу с одной стороны полупроводниковой пластины для образования структуры транзистора формируют эмиттер с "волнистой" формой эмиттер-базового перехода. При этом расстояние между р-и переходами эмиттер-база и база-коллектор на поверхности пластины получают переменной величины и большим, чем в объеме. т.е, инжекционная эффективность эмиттера неодинакова по периметру. и область активной базы фактически ограничена площадью змиттера и, если остальная область базы. выходящая на поверхность (пассивная база), с одной из сторон эмиттера служит для осуществления контакта к базе транзистора, то с остальных сторон наличие пассив ной базы лишь увеличивает геометрические размеры структуры и ухудшает ее латвральные характеристики. Кроме того, в структуре транзистора происходит искрйвление диффузионного фронта базовой .области, обусловленное эффектом эмиттерного вытеснения базовой примеси (например, влиянием примеси фосфора на диффузионный фронт примеси бора), что ослабляет пробивные напряжения и усилительные свойства .транзистора. Ухудшает характеристики транзистора в боковом направлении в облас.и перехода эмиттер-база и то обстоятель ство. чтб эмиттерная примесь компенсирует базовую на поверхности. где концентрация примеси выше, чем в обьеме. Следствием этого является сужение области обьемногозаряда эмиттер-базового перехода, что приводит к уменьшению пробивного напряжения Оь и инжекционной эффективности (эмиттера /у) в целом, Известен способ изготовления мощных

ВЧ транзисторных структур, включающий диффузию контактной примеси в полупроводниковую подложку через маскирующее покрытие. создание s маскирующем покрытии окна под диффузию базовой и эмиттерной примесей, диффузионное легирование для создания базовой. а затем эмиттерной

"5 областей. В этом способе с целью получения мелкой базовой области эмиттерную и базовую области создают диффузией через одно и то же окно в маскирующем слое на поверхности полупроводника, контакт к эмиттерной области создают через то же окно, а базовый контакт подводят через отдельное окно, причем справа в маскирующем слое создают базовое контактное окно, а затем область того же типа проводимости, что и базовая область. которая устанавливает соединение с базовой областью и диффундирует в полупроводник через базовое контактное окно, затем создают эмиттерное контактное окно и осуществляют базовую и

З0 эмиттерную диффузию. Базовое контактное окно составляют открытым во время базовой и эмиттерной диффузии. В этом случае осуществляют диффузию примесей в базовое контактное окно с такой высокой поверхностной концентрацией (для кремниевого и-р-и транзистора поверхностная концентрация бора 5 10 см ), что не происходит

20 изменения типа проводимости, несмотря на противоположное легирование эмиттерны40 ми примесями (для осфора поверхностная концентрация 2 10 см ). При диффузии в базовое контактное окно проводимость этой области не остановится ниже величины, необходимой для соединения базы с базовым электродом. Глубина диффузионной области в KOHTBKTHOM окне больше, чем в базовой области. Между базовым контактным окном и эмиттерным контактным окном находится слой диэлектрика шириной менее суммы глубин проникновения под него базовой области и базовой контактной области 2-5 мкм

Недостатком способа является то. что перекрытие контактной и основной базовой области происходит под узкой перемычкой маскирующего слоя между окнами под контактную и основную базовую диффузию в пределах очень тонкой базовой области (= 1 мкМ. а для ВЧ транзисторов

70г924

45

= 0.3 мкМ) и составляет некоторую ее часть, т.е,. во-первых. необходимо перекрытие двух диффузионных областей их боковыми искривленными диффузионными фронтами, в результате чего в месте их перекрытия уменьшается глубина залегания диффузионных слоев основной и контактной базовых областей, ведущее к ослаблению свойств р-и перехода коллектор-база. Вовторых, диффузионный фронт высоколегирован ной контактной диффузии (для бора в и-р-и транзисторе поверхностная концентрация 5 10 см . для фосфора в р-и-р транзисторе 1 20 см . т.е. предельная

24 концентрация растворимости примеси) не должен касаться объемного заряда эмиттер-базового р-и перехода и, тем более, самого бокового диффузионного фронта эмиттерной области, что приводит к уменьшению кэк эффективности эмиттера, так и пробивного напряжения перехода эмиттербаза.

Перекрытие вышеупомянутых диффузионных областей проводят под маскирующим покрытием шириной менее суммы глубин проникновения под него двух диффузионных областей. т.е. процесс очень критичен не только к очень тонкому согласованию параметров диффузионных слоев, но и требует фотографирования с высоким разрешением со строго контролируемым боковым подтравливанием маскирующего промежутка между окнами для диффузии.

Уменьшение же толщины маскирующего слоя для уменьшения величины бокового подтравливания при фотогравировке ограничено условием эффективного маскирования по меньшей мере двух диффуэией. высоколегированной контактной и основной базовой, а также и эмиттерной

Описанное выше свидетельствует о сложности способа и невысоких частотных характеристиках, так как способ в конечном счете не позволяет получить очень мелкие диффузионные области.

Цел ью изобретения я вля ется уп рощеwe способа и повышение предельных частот усиления.

Цель достигается тем, что диффузию контактной примеси осуществляют в окислительной атмосфере до поверхностной концентрации одного порядка с концентрацией на границе перехода эмиттер-база, а окно под диффузию базовой и эмиттерной примесей выполняют смыкающимся с окном под контактную диффузию или частично его перекрывающим.

При такой совокупности операций приемы фотолитографии на этапе создания

35 контактной. базовой и эмиттерной областей становятся некритичными, так как соединение базовой и контактной областей при диффузии происходит не в области тонкой базы, а за ее пределами, без уменьшения глубины залегания диффузионных слоев базовой и контактной областей.

Таким образом. полностью исключаются изложенные выше недостатки способапрототипа, На фиг,1-4 показаны основные этапы изготовления транзисторной структуры с частично перекрывающимися окнами под контактную и базовую диффузии; на фиг.5-9 — то же, со смыкающимися окнами.

На исходном полупроводниковом теле, например. и-типа проводимости, — подложке 1, создают маскирующее покрытие 2. затем через окно 3, вскрытое в этом покрытии, формируют диффузионную контактную область 4 с типом проводимости, противоположным типу прОводимости подложки, В процессе диффузии нэ поверхности окна выращивают или осаждают закрытое покрытие 5. Далее, фотогравировкой открывают окно 6. имеющее перекрытие 7 с окном

3. Через окно 6 последовательно с помощью . диффузии формируют основную базовую область 8 и эмиттерную 9. Затем создают (возмо>кно — в процессе диффузии) изолирующее покрытие 10, Далее вскрывают контактные окна 11 и 12 и проводят диффузию подлегирования с образованием области 13 в контактной области 4 с последующим созданием контактной метэллизэции 14 и 15 к эмиттерной и базовой областям.

Контакт к коллектору n — р — n транзисторной структуры осуществляют через другую сторону подложкй.

Смыкание окон под контактную и базовую диффузии, позволяющее получить минимально необходимое перекрытие диффузионных областей, получают при использовании дополнительного маскирующего покрытия, например нитрида кремния со свойствами, резко отличными от свойств маскирующего покрытия 5, например двуокиси кремния.

При этом после создания на подложке 1 в маскирующем покрытии 2 окна 3 на всю поверхность осаждают маскирующее покрытие 16 и фотогравировкой оставляют в окнах 3 участки покрытия 17. После этого проводят диффузию для формирования контактной области 4. В процессе диффузии на поверхности окна 3, свободной от маскирующего покрытия 16, выращивают защитное покрытие 5. Далее удаляют участки 17 маскирующего покрытия 16 и в открывшеесА окно проводят последовательно диффу7 705924 8 зию базовой и эмиттерной примесей для концентрации примеси Ns1 в контактном окобраэования и-р-п структуры транзистора. не.

Последующие этапы аналогичны показан- В то же время переходное сопротивленым на фиг.3 и 4..: .. ние контакта к базовой области остается

Пример 1. Для осуществления спосо- 5 достаточно малым и может быть еще уменьба полупроводниковую подложку кремния шено при увеличении уровня легирования и-типа подвергают термическому окисле- базы до Nss=2 10 см (и соответствующе19 ° нию в комбинированном режиме в среде го ему"увеличения уровня легирования консухого и увлажненного парами водй кйсло- такта и базе) при сохранении величинь1 рода при 1000-1200 С. - .; 10 прибивного "наполнения перехода эмиттерФотогравировкой в выращенном:окис- база:на"уровне транзистора 2Т93ОА, ле 2 кремния вскрывают окно 3 для образо-: Кроме того, самосовмещение внешних . вания диффузионной. области 4 под контакТ . границ змиттерной и базовой области не .. к базе, область 4 формируют имплзмтацией:. выявляет искривление фронта базовой при. бора или диффуэией из борного.ангидрида 15 Меси, как следствие эффекта эмиттерного

Bg0g при Т=940 С до йэ 70-100 Ом/квадрат, : вытеснения базовой примеси, что улучшает

После снятия боросиликатного стекла .при как пробивное напряжение обоих р-и первдальнейшей "рвзгонке" прймеси.в окисля1о-,, ходов, так и усилйтельн@е свойства транзищей среде кислорода нв поверхности окна:: сторов, . выращивают маскирующую плейку ЗОз до- 20 ЭмиттернуЮ область 9 формирую г диф-" статочной толщины (0,6-0.9 мкм) для маски-". фузией. например. фосфора иэ PoCt3 при рования последующей дифффузии; 8: . 950-1050 С до Из=1.10 см с перекомпроцессе этого окисления и последующих : йейсацией йроводимостй до й-типа. На прдиффузий концентрация примеси íà повер- :: верхности: окна 6 образуется слой хности кремния в окне под окислом умень" 25 фосфоросйликатйого стекла 10,. в котором шается за счет сеграций бора границе вскрываотконтактйоеокно11подметаллираэдела кремнйй-;двуокись кремния до зна- . эацию эмиттеря; одновременно вскрывают чений Йз1-(5 10 -1 10 в)... ::; .. . контактное,окйо 12 к базовой области. ПроНеобходимо, чтобы это значенйе Из1 ведение диффузйи эмиттерной примеси было такого же порядка, что и на границе 30 возможно и другим способом без выращи-: . змиттер-базового перехода и ниже поверх- вания ФС стекла. 8 этом.случае прй открыностной концентрации в окнеб после сфор- - . том эмйттерном окне открывается лишь . мирования.основной базовой области 8, базовое контактное окно. Для формирования базовой области. При невысокой конечной (Из=5 10

17

Диффузию базовой йримеси (1 стадия} 35 1018/см ) степени легирования контактной проводятиз 820зидальнейшуюееразгонку базовой области при открытых контактах и (И стадия) ведут в неокисляющей поверхно- к эмиттеру ui к базе проводят диффузию подсти кремния атмосфере. например apro е легирования базовой области с поверхностили азоте, для значения поверхностной кон- нбй концентрацией 1 10 см З мейьшей, центрации Nsg=(5 10 -1.10 /см.. По- 40 чем в змйттере, для искЛ1очения его:пере1В . 19 -З скольку !1 стадия диффузии ведется в . компенсации. Далееследуетсозданиеконинертной среде. to значение поверхност-: такта : с помощью металлизацйи 14 и 15, ной концентрации изменяется в меньшей например. алюминием к открытым контактстепени и сохраняется высОким. В силу это-.: ным окнам.

ro I стадиюдиффузииформируютиз расчета 45 П р и ме р 2. Полупроводниковую поднеобходимого конечного зйаченйя концент- . ложку кремния л-типа подверга1от тepмичерации Изей-(5.10 -1 10 9/см, После-это- скому окислению в комбйнироввнном го, s то же окно 6 проводят диффузию режиме в сРеде сухого и увлажненного пафосфора для формирования эмиттера 8,: рами воды кислорода при 1ООО-1200 С, Диффузионная эмиттерная область при 50 Фотогравировкой в выращенном окис-этом самосовмещается с базовой. В резуль- . лв 2 кремния вскрывают окно 3. После этого тате граница компенсирования базовой "наносФт"слойнитридакремния15толщиной примеси змиттерной проводят йе на Мвер-- досгагочной для маскирования кремния от хности базовой области и под окйслом с йоследующих примесей. Затем проводят уменьшающимся уровнем концентрвции,55 фотогравировку по нитриду кремния, оставбазовой примеси до Nsa--5 10 см .: ляя участки нитрида 17 в окне 2. Далее фор17 -З уровень пробивных напряжений пе- мируют область контакта к базе или рехода эмиттер-база обеспечивают вы- имплантацией бора или дйффузией из борбрайныivi" значением --поверхностной ного ангидрида Bz0q при 940 С до Яз=70705924

100 Ом/квадрат). После снятия боросиликатного стекла при дальнейшей "разгонке" примеси в окисляющей среде кислорода на поверхности окна 3 выращивают маскирующую пленку Si0z 5 достаточной толщины для маскирования последующей диффузии.

Условия по уровням концентраций такие же, как в примере 1.

Затем в селективном травителе по ЯЩ4 удаляют локально участки 17 и проводят диффузию базовой примеси (! стадия).

Все последующие этапы изготовления и-р-и структуры аналогичны раСсмотренным в примере 1.

Формула изобретения

СПОСОЬ ИЗГОтааЛЕНИЯ МОЩНЫХ

ВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР, включающий диффузию контактной примеси.в полупроводкиковую подложку через маскирующее покрытие, создание в маскирующем покрытии окна под диффузию ба" зовой; и змйттерной примесей, диффуэионйое легироаание для создания базовой, а затем-змиттерной областей, отли;ающийся тем, что, с целью упрощения ,у

Изобретение позволяет упростить способ изготовления транзисторов ряда типов за счет отсутствия критичных операций фотолитографии. Кроме того. изобретение по5 зволяет получить тонкие диффузионные области. а также улучшенные частотные характеристики. (56) Альтман, О новинках на международных конференциях по твердотельным

10 схемам. Электроника. N 26, 1975, с,72 — 73.

Полупроводниковые приборы ЧТУ 1175 (ЧТУ а АО 339.036ТУ 22.11.76. Транзисторы типов 2Т930А, 2T93066).

Патент США

15 N 3698077. кл. 29-578. опублик. 1968. способа и повышения предельных частот

20усиления, диффузию контактной примеси осуществляют в окислительной атмосфере до поверхностной концентрации . одного порядка с концентрацией на границе перехода эмиттер-база, а окно под диффузию.

25базовой и эмиттерной примесей выполняют смыкающимся с окном пад контактную диффузию или частично его перекрываю. щим, 705924

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

Редактор О. Юркова

Заказ 3188

ДРГ

Ю J

puzg

fj Ф ) f

Составитель Н. Ярмолюк

Техред М.Моргентал Корректор M. Петрова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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