СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА Российский патент 1997 года по МПК H01L21/331 

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления ИС на биполярных транзисторах с диэлектрической изоляцией с высокой степенью интеграции.

Известен способ изготовления биполярного транзистора с боковой изоляцией диэлектриком, включающий формирование коллекторной, базовой, эмиттерной областей транзистора, вскрытие окна в диэлектрике над эмиттером и создание металлического электрода к эмиттеру. Принципиальной особенностью данного способа является использование "непристеночного" к диэлектрику эмиттера, когда вокруг области эмиттера располагается область базы [1]
Недостатком такого способа изготовления биполярных транзисторов является невозможность выполнения эмиттера субмикронных размеров из-за необходимости формирования к эмиттеру металлического или поликремниевого электрода, связанного с эмиттером через в окно в диэлектрике, что приводит к увеличению размеров и снижению быстродействия транзисторов, и что делает малоэффективным использование такого рода транзисторов в современных сверхскоростных СБИС с высокой степенью интеграции.

Также известен способ изготовления полупроводникового прибора, позволяющий устранить вышеуказанный недостаток [2] включающий создание изолирующих областей диэлектрика на поверхности с формой на краях в виде клюва, создание базы, ограниченной областью изолирующего диэлектрика, формирование поликремниевого электрода, одновременно являющегося и источником диффузии примеси для формирования эмиттера, ограниченного изолирующим диэлектриком по крайней мере с одной стороны, и выводом эмиттера.

Вместе с тем при создании "пристеночного" к диэлектрику эмиттера происходит утонение базы под эмиттером в области "пристенки" из-за подтрава клюва диэлектрика при освежении диэлектрика перед осаждением поликремния, в результате чего эмиттерная примесь сильнее уходит под окисел, чем базовая. Кроме того, боковая составляющая ухода примеси под окисел для эмиттера пропорционально больше, чем для базовой примеси, что характерно для источников диффузии с высокой концентрацией примеси.

Утонение базы в высокочастотных транзисторах с тонкой базой приводит к проколу базы ("IEEE Trans. on Elect. Devices vol 38 N 6 1991" Pong Fei Lu "The Designand Optimization of Righ Porormance Double Poly self-aligned pnp Technology").

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является структура биполярного транзистора и способ создания биполярного транзистора с боковой изоляцией диэлектриком (патент H 01 L 29/73, 29/10, 21/331), включающий формирование локального скрытого слоя первого типа проводимости в подложке кремния второго типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя первого типа проводимости, формирование на поверхности изолирующих областей диэлектрика с формой на краях в виде клюва, создание базы второго типа проводимости, ограниченной областью изолирующего диэлектрика, создание на верхней фаске клюва диэлектрического покрытия, примыкающего к базе и легированного примесью того же типа, что и база, осаждение слоя поликремния, легированного примесью первого типа проводимости, создание эмиттера, получаемого диффузией из поликремниевого электрода, и ограниченного областью изолирующего диэлектрика по крайней мере с одной стороны [3]
На фиг. 1 4 представлены основные этапы изготовления транзистора по способу в соответствии с прототипом с эмиттером, ограниченным с двух сторон.

На фиг. 1 представлен разрез структуры после создания на поверхности эпитаксиального слоя 3, выращенного на подложке 1 со скрытым слоем 2, изолирующего диэлектрика 4 с формой на краях в виде клюва 5, создания базы 6.

На фиг. 2 приведен разрез структуры после создания базы 6, ограниченной областью изолирующего диэлектрика, и осаждения слоя диэлектрического покрытия 7, легированного примесью базы.

На фиг. 3 представлен разрез структуры после формирования на верхней фаске клюва 5 диэлектрического покрытия 8 (сформированного по типу спейсера), примыкающего к базе 6, и осаждения слоя поликремния 9, легированного примесью эмиттера.

На фиг. 4 приведен разрез окончательно сформированной структуры транзистора после формирования поликремниевого электрода 11, создания эмиттера 10, получаемого диффузией из поликремниевого электрода, и ограниченного областью изолирующего диэлектрика с двух сторон.

В процессе формирования эмиттера периферийная область базы легируется из диэлектрического покрытия, в результате чего концентрация примеси в базе и ширина базы на периферии 12 (в том числе и под эмиттером) увеличиваются и на периферии базы легируется до большей концентрации, чем ее остальная часть.

Однако указанный способ не лишен ряда существенных недостатков. Так, в частности, при легировании периферийной области базы из легированного диэлектрика (что необходимо для получения требуемого технического результата) происходит также нежелательное легирование поликремниевого электрода эмиттера базовой примесью.

При этом примесь из диэлектрического покрытия, диффундирующая в электрод эмиттера со скоростью на 3-4 порядка выше, чем в кремнии, будет затем легировать из электрода значительную часть базы до повышенных концентраций, что снижает эффективность эмиттера и ухудшает усилительные свойства транзистора.

Кроме того, данный способ лишен локальности, т.е. возможности повышения концентрации примеси только в области пристеночного эмиттера, что приводит к значительному повышению удельной емкости перехода базы-коллектор по всему периметру базы, т. к. распределение примеси в переходе становится более "резким".

Используемый в прототипе источник примеси для подлегирования периферийной части базы решает проблему "пристеночности" эмиттера, но неизбежно приводит к деградации параметров транзистора и снижению выхода годных ИС, выполненных на данных транзисторах.

Задачей настоящего изобретения является повышение процента выхода годных ИС за счет улучшения параметров транзистора путем локального увеличения ширины базы только в пристеночной области эмиттера.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем формирование локального скрытого слоя первого типа роводимости в подложке кремния второго типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя первого типа проводимости, формирование на поверхности изолирующих областей диэлектрика с формой на краях в виде клюва, создание базы второго типа проводимости, ограниченной областью изолирующего диэлектрика, формирование слоя поликремния, легированного примесью первого типа проводимости, создание эмиттера, получаемого диффузией из поликремниевого электрода и ограниченного областью изолирующего диэлектрика по крайней мере с одной стороны, перед формированием на поверхности изолирующих областей диэлектрика проводят в местах расположения будущих клювов диэлектрика, ограничивающих одновременно базу и эмиттер, локальное легирование примесью второго типа проводимости.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что перед формированием на поверхности изолирующих областей диэлектрика проводят в местах расположения будущих клювов диэлектрика, ограничивающих одновременно базу и эмиттер, локальное легирование примесью второго типа проводимости.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

Указанное выполнение предлагаемого способа приводит к тому, что в случае использования пристеночного эмиттера в современных СБИС, исключается опасность электрического прокола базы в местах пристенки, без ухудшения других параметров транзисторов, в результате проводимого расширения базовой области до требуемой величины только в области пристеночного к диэлектрику эмиттера. Локальное подлегирование базы исключает нежелательное расширение базовой области по всей периферии базы и не приводит к увеличению удельной емкости базы и снижению эффективности эмиттера на периферии из-за повышения концентрации в базе по следующим причинам:
1) благодаря принципу локальности, позволяющему расширять базу до постоянной ширины только в области "пристенки" эмиттера, в отличие от прототипа, где формирование легированного диэлектрика по принципу спейсера происходит вдоль всей периферии базы;
2) расширение базы на периферии до требуемой ширины производится из независимого источника, не подлегирующего эмиттер и базу транзистора и не увеличивающего концентрацию примеси в базе, в то время как в прототипе увеличивается концентрация примеси в базе, а следовательно, растет удельная емкость базового перехода и снижается эффективность эмиттера.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, показывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа.

На фиг. 5 представлен разрез структуры после создания нитридной маски 13 с подслоем двуокиси кремния 14 (перед формированием на поверхности изолирующих областей диэлектрика) и проведения локального легирования 15 мест расположения будущих клювов примесью базы на поверхности эпитаксиального слоя 3, осажденного на подложке 1 со скрытым слоем 2.

На фиг. 6 приведен разрез структуры после формирования на поверхности изолирующих областей диэлектрика 4 с формой на краях в виде клюва 5 и создания базы 6.

На фиг. 7 представлен разрез структуры после осаждения слоя поликремния 9, легированного примесью эмиттера.

На фиг. 8 приведен разрез структуры после формирования поликремниевого электрода 11, создания эмиттера 10, получаемого диффузией из поликремниевого электрода и ограниченного областью изолирующего диэлектрика с двух сторон.

Пример. В монокристаллической подложке p-типа проводимости (pv 10 Ом•см) локально формируют n+ скрытый слой. Методом эпитаксии наращиваю пленку кремния n-типа проводимости (pv 0,7 Ом•см) толщиной 1,75 мкм. Эпитаксиальную пленку маскируют двуслойным покрытием из двуокиси кремния и нитрида кремния толщиной 600 и 1500 А соответственно. Методами фотолитографии и ПХТ травления вскрывают окна в маскирующем слое нитрида кремния и проводят локальное легирование методом имплантации примеси бора с E 40 кэВ и D 5 мккул/см² мест расположения будущих клювов. Под защитой маски из нитрида кремния проводят термическое окисление кремния, в том числе имплантированных участков, для образования изолирующих областей диэлектрика толщиной 0,5-0,6 мкм. С использованием маски фоторезиста методом имплантации легируют базу транзистора бором с E 40 кэВ и D 1-3 мккул/см².

После химической обработки формируют слой поликремния, легированный примесью первого типа проводимости, одним из возможных вариантов, например осаждением слоя нелегированного поликремния с последующим ионным легированием его примесью мышьяка с E 70 кэВ и D 1500 мккул/см².

Методом фотолитографии формируют поликремниевый электрод, затем с помощью отжига в азоте при 950^oC в течение 30-410 мин диффундируют из поликремния мышьяк на глубину 0,15-0,2 мкм, создают эмиттер транзистора. Одновременно происходит разгонка базовой примеси на глубину примерно 0,35-0,4 мкм и локальных областей в области "пристенки" эмиттера на глубину базы.

Пример, описанный выше, является частным случаем, в котором используется предлагаемый способ.

Предлагаемый способ может использоваться для альтернативного типа транзистора PNP типа, других размеров базовых и эмиттерных областей, не выходя за пределы патентных притязаний.

Использование: технология ИС на биполярных транзисторах, изготовление биполярных транзисторов с "пристеночными" к диэлектрику областями базы и эмиттера. Сущность изобретения: способ изготовления биполярного транзистора включает формирование локального скрытого слоя в подложке кремния, осаждение эпитаксиального слоя, легирование примесью базы в местах будущего расположения "пристеночных" областей эмиттера и базы транзистора, формирование изолирующего диэлектрика, создание базы, ограниченной областью диэлектрика, формирование слоя поликристаллического кремния, легированного примесью эмиттера, формирование поликристаллического электрода, создание эмиттера, получаемого диффузией из поликристаллического электрода и ограниченного областью диэлектрика по крайней мере с одной стороны. Способ позволяет исключить электрический прокол базы в области "пристенки" к диэлектрику под эмиттером в связи с сужением ширины базы. 8 ил.

Способ изготовления биполярного транзистора, включающий формирование локального скрытого слоя первого типа проводимости в подложке кремния второго типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя первого типа проводимости, формирование на поверхности изолирующих областей диэлектрика с формой на краях в виде клюва, создание базы второго типа проводимости, ограниченной областью изолирующего диэлектрика, формирование слоя поликремния, легированного примесью первого типа проводимости, формирование поликремниевого электрода, создание эмиттера, получаемого диффузией из поликремниевого электрода и ограниченного областью изолирующего диэлектрика по крайней мере с одной стороны, отличающийся тем, что перед формированием на поверхности изолирующих областей диэлектрика проводят в местах расположения будущих клювов диэлектрика, ограничивающих одновременно базу и эмиттер, локальное легирование примесью второго типа проводимости.