БИКМОП-ПРИБОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H01L27/06 H01L21/8248 

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно БиКМОП-приборы, у которых на одном кристалле формируются комплементарные биполярные и полевые транзисторы. Изобретение также относится к способу изготовления этого прибора, а именно технологии изготовления вертикальных NPN и PNP биополярных транзисторов и комплементарных полевых транзисторов на общей подложке.

В настоящее время на смену КМОП-приборам приходят БиКМОП-приборы, сочетающие достоинства одновременно биополярных и полевых транзисторов. Наиболее прогрессивным вариантом БиКМОП-приборов являются КБиКМОП-приборы, сочетающие высокую экономичность по мощности потребления при сверхвысоком быстродействии с простотой КМОП.

В настоящее время известны различные исполнения комплементарных биополярных и МОП-приборов и способы изготовления комплементарных и полевых транзисторов на общей подложке [1] и [2].

В [1] структура совмещенного полупроводникового прибора содержит подложку, имеющую две изолированные по краям п/п области. В первой изолированной области расположены первый МОП-транзистор, имеющий области истока и стока первого типа проводимости и расположенный между ними канал, и первый биполярный транзистор, имеющий базу первого типа проводимости и эмиттер с коллектором второго типа проводимости. Во второй изолированной области расположены второй МОП-транзистор, имеющий области стока и истока второго типа проводимости и расположенный между ними канал, и второй биополярный транзистор, имеющий базу второго типа проводимости и эмиттер с коллектором первого типа проводимости.

В [2] содержится способ изготовления ИС на биполярных и КМОП-транзисторах с изолированной вертикальной структурой PNP-транзистора, обеспечивающий получение на одной подложке изолированных вертикальных PNP- и NPN-транзисторов и комплементарных полевых транзисторов, включающий формирование в подложке p-типа проводимости скрытого слоя n⁺-типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя p-типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое карманов n-типа проводимости для создания PMOS и коллектора NPN-транзисторов, создание скрытого коллектора PNP-транзистора в кармане n-типа проводимости, формирование базовых областей биполярных транзисторов, создание эмиттерных областей биполярных транзисторов и сток-истоковых областей КМОП-транзисторов.

Недостатком данной конструкции КБиКМОП-прибора [1] и способа изготовления ИС на биполярных и полевых транзисторах [2] является большая площадь, занимаемая биполярными транзисторами, когда в базовой области размещается контакт к базе и область эмиттера, разделенные большими интервалами, учитывающими погрешности совмещения и исполнения отдельных слоев. Большие размеры транзисторов не позволяют достигнуть высокой степени интеграции и ограничивают быстродействие ИС, делают ИС критичной к поражению дефектами, что снижает процент выхода годных.

В последнее время появились технические решения, позволяющие существенно снизить размеры транзисторов благодаря использованию самосовмещенной технологии формирования биоплярных транзисторов, согласованной с технологией КМОП.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение включающее БиКМОП-прибор и способ его изготовления [3].

БиКМОП-прибор [3] включает первый МОП-транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа на первом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области второго типа проводимости, расположенные в вышеупомянутом кармане, разделенные канальной областью, затвор, имеющий первый и второй поликремниевые слои и металлический силицидный слой, нанесенные на подзатворный диэлектрик, металлические электроды, изготовленные к областям затвора, истока и стока; второй МОП-транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа на втором отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области первого типа проводимости и имеющей такую же структуру, как первый МОП-транзистор; первый вертикальный биополярный транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа на третьем отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, включающий участок полевого окисла, нанесенный на области кармана, разделяющий коллекторную область первого типа проводимости, выполненную на одной стороне полевого окисла и соединенную с вышеупомянутым открытым слоем, область активной базы второго типа проводимости, выполненную на другой стороне полевого окисла, области пассивной базы одного с ней типа проводимости, формируемые по обеим сторонам области активной базы, эмиттерную область первого типа проводимости, сформированную между двумя областями пассивной базы, базовый электрод из второго слоя поликремния и первого металлического силицидного слоя, нанесенный на область активной базы, эмиттерный и коллекторный электроды из третьего слоя поликремния и второго металлического силицидного слоя, выполненные соответственно над эмиттерной и коллекторной областями, металлические электроды, выполненные соответственно к эмиттерному, базовому и коллекторному электродам; второй биполярный транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости на четвертом отрезке полупроводниковой подложки и имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора, эмиттерный и коллекторный электроды из второго слоя поликремния и первого металлического силицидного слоя, базовые электроды из третьего слоя поликремния и второго металлического силицидного слоя, металлические электроды, выполненные соответственно к эмиттерным, коллекторным и базовым электродам.

Способ изготовления БиКМОП-прибора [3], включает формирование областей скрытного слоя первого и второго типа проводимости на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя на полупроводниковой подложке, формирование в эпитаксиальном слое областей карманов первого и второго типа проводимости над областями скрытого слоя одного с ними типа проводимости, изготовление охранных областей под полевым окислом между карманами разного типа проводимости, изготовление полевого окисла на определенных участках поверхности карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, изготовление коллекторных областей первого и второго типа проводимости в карманах одного с ними типа проводимости по одну сторону полевого окисла в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, нанесение на поверхность структуры подзатворного окисла и первого слоя поликремния, формирование базовых областей первого и второго типа проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевого окисла, удаление подзатворного окисла и первого слоя поликремния с областей карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, осаждение на поверхность структуры второго слоя поликремния, первого металлического силицидного слоя и первого изолирующего слоя, формирование через маску фоторезиста затворов первого и второго МОП-транзисторов, базового электрода первого биполярного транзистора, эмиттерного и коллекторного электродов второго биполярного транзистора, имплантацию примесей второго типа проводимости для изготовления областей истока и стока первого МОП-транзистора в области кармана первого типа проводимости и имплантацию примесей первого типа проводимости для формирования истоковой и стоковой областей второго МОП-транзистора в области кармана второго типа проводимости, формирование второго изолирующего слоя на боковых стенках затворов в первом и втором МОП-транзисторах, осаждение третьего слоя поликремния и второго металлического слоя, формирование в них через маску фоторезиста эмиттерного и коллекторного электродов первого биполярного транзистора и базового электрода второго биполярного транзистора, изготовление истоковой и стоковой областей первого и второго МОП-транзисторов, областей эмиттера и пассивной базы первого и второго биполярных транзисторов посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости, нанесение третьего изолирующего слоя, изготовление в нем контактных окон и создание металлических электродов.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение БиКМОП-прибора, выполненного в соответствии с прототипом [3] и содержащего NМОП- и PМОП-транзисторы, а также вертикальные биполярные PNP и NPN-транзисторы. Приведенные на фиг. 1 сокращения NM, PM, NB, и PB обозначают соответственно области NМОП-транзистора, PМОП-транзистора, биполярного NPN-транзистора и вертикального PNP-транзистора.

На отрезках NM, PM, NB и PB полупроводниковой подложки первого типа проводимости 1 показаны сформированные области скрытого слоя первого типа проводимости 3 и 7 и области скрытого слоя второго типа проводимости 5 и 9. Область 2 используется для электрической изоляции скрытого слоя 7 от подложки. На подложке выращен эпитаксиальный слой, в котором формируются области карманов 13, 15, 17 и 19, расположенные над скрытыми слоями 3, 5, 7 и 9 одного с ними типа проводимости. Между областями карманов 13, 15, 17 и 19 выполняется канальный стопор 21. Для электрической изоляции транзисторов на канальный стопор наносится полевой окисел 23. Между областями истока и стока 75 после изготовления подзатворного окисла 31 формируется затвор 45, состоящий из первого и второго слоев поликремния 23 и 39, первого металлического силицидного слоя 41 и первого диэлектрического слоя 43. После этого вся поверхность структуры за исключением контактных окон покрыта защитным слоем 93.

В области 13 к областям истока и стока 75 NМОП-транзистора через контактные окна изготавливаются металлические электроды 95.

В области кармана 15 формируется PМОП-транзистор. PМОП-транзистор является таким же, как NМОП-транзистор, изготовленный в области 13, за исключением того, что области истока и стока 77 имеют противоположный тип проводимости по сравнению с NМОП-транзистором.

В области 17 формируется вертикальный PNP биполярный транзистор, включающий базовую область n-типа проводимости 35, а также высоколегированную коллекторную область 27 p⁺-типа проводимости, причем область базы и коллекторная область разделены с помощью полевого окисла 23. Затем на поверхности коллекторной области 27 формируется высоколегированная коллекторная контактная область 83 для снижения контактного сопротивления. С обеих сторон активной базовой области 35 формируются области пассивной базы 79 n⁺-типа проводимости, и на эти области наносятся базовые электроды 49, содержащие вторую поликремниевую пленку 39 и первый слой металлического силицида 41.

Боковой диэлектрик 59 и первый изолирующий слой 43 выполняются сбоку и сверху базового электрода 49, а самосовмещенная эмиттерная область 81 p-типа проводимости выполняется под эмиттерным электродом 87.

Аналогичным образом на поверхности области 19 формируется область активной базы 37, эмиттерная область 89. Коллекторная область 29, область пассивной базы 85 и коллекторная контактная область 90 биполярного NPN-транзистора.

На эмиттерной области 89 выполняется эмиттерный электрод 51, состоящий из второй поликремниевой пленки 39 и первой металлической пленки 41, а на эмиттерный электрод 51 наносится базовый электрод 91, который находится в контакте с активной базовой областью 85 и электрически отделяюеся боковым диэлектриком 59 и первым изолирующим слоем 43.

Базовый электрод 91 состоит из третьего поликремниевого слоя 71 и второго металлического силицидного слоя 73, в то время как эмиттерная область 89 и базовая область с примесной проводимостью 85 самосовмещаются с помощью эмиттерного электрода 51 и базового электрода 91. На коллекторную область 29 нанесен коллекторный электрод 53, состоящий из второго поликремниевого слоя 39 и первого металлического силицидного слоя 41.

Вся поверхность структуры покрыта изолирующим диэлектриком 93. а к электродам базы, эмиттера и коллектора выполнены металлические электроды 95.

На фиг. 2 - 6 показан процесс изготовления БиКМОП-прибора. изготавливаемого по способу прототипа [3].

На фиг. 2 представлен разрез структуры после формирования на определенном участке подложки первого типа проводимости 1 области второго типа проводимости 2, создания областей скрытого слоя первого 3 и 7 и второго типа проводимости 5 и 9, осаждения эпитаксиального слоя 11 на полупроводниковой подложке, формирования в эпитаксиальном слое областей карманов первого 13 и 17 и второго типа проводимости 15 и 19 над областями скрытого слоя одного с ними типа проводимости, изготовления охранных областей 21 под полевым окислом 23 между карманами разного типа проводимости, изготовления полевого окисла на определенных участках поверхности карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, изготовления коллекторных областей первого 27 и второго типа 29 проводимости в карманах одного с ними типа проводимости по одну сторону полевого окисла в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, нанесения на поверхность структуры подзатворного окисла 31 и первого слоя поликремния 33, формирования базовых областей первого 35 и второго 37 типа проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевого окисла.

На фиг. 3 представлен разрез структуры после удаления подзатворного окисла и первого слоя поликремния с областей карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, осаждения на поверхность структуры второго слоя поликремния 39, легирования его примесью второго типа проводимости, осаждения первого металлического силицидного слоя 41 и первого изолирующего слоя 43, формирования через маску фоторезиста затворов первого 45 и второго 47 МОП-транзисторов, базового электрода 49 первого биполярного транзистора и эмиттерного 51 и коллекторного 53 электродов второго биполярного транзистора.

На фиг. 4. представлен разрез структуры после имплантации примесей второго типа проводимости 55 для изготовления областей истока и стока первого МОП-транзистора в области кармана первого типа проводимости и имплантации примесей первого типа проводимости 57 для формирования истоковой и стоковой областей второго МОП-транзистора в области кармана второго типа проводимости, формирования второго изолирующего слоя 59 на боковых стенках затворов в первом и втором МОП-транзисторах.

На фиг. 5 представлен разрез структуры после осаждения третьего слоя поликремния 71, легирования его примесью первого типа проводимости, осаждения второго металлического слоя 73, формирования в них через маску фоторезиста эмиттерного 87 и коллекторного 89 электродов первого биполярного транзистора и базового электрода 91 второго биполярного транзистора, изготовления истоковой и стоковой областей первого 75 и второго 77 МОП-транзисторов, областей эмиттера 81 и пассивной базы 79 первого транзистора, областей эмиттера 87 и пассивной базы 85 второго биполярного транзистора посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости.

На фиг. 6 представлен разрез структуры после нанесения третьего изолирующего слоя 93, изготовления в нем контактных окон и изготовления металлических электродов 95.

Недостатком данной конструкции является то, что она только частично решает проблему минимизации размеров БиКМОП-прибора - повышает степень интеграции и быстродействия только комплементарных NPN- и PNP-транзисторов за счет использования методов самосовмещения и самоформирования базовых и эмиттерных электродов, но не снижает размеры полевых транзисторов.

Используемая в прототипе классическая конструкция полевых транзисторов, предусматривающая размещение в областях стоков и истоков контактных окон для создания через них металлических электродов к стоку и истоку, требует введения топологических запасов между контактным окном и полевым окислом с одной стороны и спейсером с другой, что увеличивает размеры полевых транзисторов.

Большие размеры стока и истока снижают степень интеграции БиКМОП, ведут к росту емкостей и сопротивлений истока и стока и поражаемости дефектами.

В конструкции прототипа используются два типа биполярных транзисторов с разными конструкциями сомосовмещенных транзисторов (ССТ): с эмиттером из второго слоя поликремния (NPN-транзистор) и с эмиттером из третьего слоя поликремния (PNP-транзистор), что усложняет конструкцию БиКМОП-прибора.

Конструкция БиКМОП-прибора усложнена использованием двух слоев силицида, при этом первый слой наносится в середине процесса и подвергается всем высокотемпературным воздействиям по маршруту, что повышает сопротивление контактов и ухудшает параметры транзисторов.

Целью изобретения является повышение степени интеграции и быстродействия БиКМОП-прибора за счет новой конструкции формирования электродов к стоку и истоку полевых транзисторов и унификации конструкции биполярных транзисторов с одним слоем силицида металла, наносимого по завершении высокотемпературных обработок.

Поставленная цель достигается за счет того, что в конструкции БиКМОП-прибора, включающем, первый МОП-транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа на первом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области второго типа проводимости в вышеупомянутом кармане, разделенные канальной областью, затвор, имеющий первый и второй поликремниевые слои и металлический силицидный слой, нанесенный на подзатворный диэлектрик, металлические электроды, изготовленные к областям затвора, истока и стока; второй МОП-транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа на втором отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области первого типа проводимости и имеющий такую же структуру, как первый МОП-транзистор; первый вертикальный биполярный транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа на третьем отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, включающий участок полевого окисла, нанесенный на область кармана, разделяющий коллекторную область первого типа проводимости, выполненную на одной стороне полевого окисла и соединенную с вышеупомянутым скрытым слоем, область активной базы второго типа проводимости, выполненную на другой стороне полевого окисла, области пассивной базы одного с ней типа проводимости, формируемые по обеим сторонам области активной базы, эмиттерную область первого типа проводимости, сформированную между областями пассивной базы, металлические электроды, выполненные соответственно к эмиттерным, базовым и коллекторным электродам из поликремния и силицидного слоя; второй биполярный транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости на четвертом отрезке полупроводниковой подложки и имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора, для достижения поставленной цели первый МОП-транзистор содержит электроды из третьего слоя поликремния к областям истока и стока, выведенные на полевой окисел и покрытые металлическим силицидным слоем, а металлические электроды контактируют к областям истока и стока через электроды из третьего слоя поликремния, выведенные на полевой диэлектрик; второй МОП-транзистор имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора; первый вертикальный биполярный транзистор содержит эмиттерный электрод из второго слоя поликремния над эмиттерной областью, базовые электроды к двум областям пассивной базы и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерному и коллекторному электродам, металлические электроды, выполненные соответственно к обоим базовым, к эмиттерному и коллекторному электродам; второй биполярный транзистор имеет такую же структуру, как и первый вертикальный биполярный транзистор с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора.

Предлагается способ изготовления конструкции БиКМОП-прибора, описанный выше, включающий формирование областей скрытого слоя первого и второго типа проводимости на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя на полупродниковой подложке, формирование в эпитаксиальном слое областей карманов первого и второго типа проводимости над областями скрытого слоя одного с ними типа проводимости, изготовление охранных областей под полевым окислом между карманами разного типа проводимости, изготовление полевого окисла на определенных участках поверхности карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, изготовление коллекторных областей первого и второго типа проводимости в карманах одного с ними типа проводимости по одну сторону полевого окисла в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, нанесение на поверхность структуры подзатворного окисла и первого слоя поликремния, формирование базовых областей первого и второго типа проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевого окисла, удаление подзатворного окисла и первого слоя поликремния с областей карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, осаждение на поверхность структуры второго слоя поликремния и первого изолирующего слоя, формирование через маску фоторезиста затворов МОП-транзисторов и эмиттерного электрода одного из биполярных транзисторов, имплантацию примесей для изготовления областей истока и стока МОП-транзисторов, формирование второго изолирующего слоя на боковых стенках затворов МОП-транзисторов, осаждение третьего слоя поликремния, изготовление истоковой и стоковой областей первого и второго МОП-транзисторов, областей эмиттера и пассивной базы первого и второго биполярных транзисторов посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости, нанесение третьего изолирующего слоя, изготовление в нем контактных окон и создание металлических электродов, отличающийся тем, что после осаждения второго слоя поликремния его легируют через маску фоторезиста в местах расположения затворов КМОП-транзисторов и эмиттерных электродов биполярных транзисторов примесью соответствующего типа проводимости, осаждают первый изолирующий слой, формируют через маску фоторезиста затворы МОП-транзисторов и эмиттерные электроды биполярных транзисторов, имплантируют примеси для изготовления областей истока и стока МОП-транзисторов и областей пассивной базы биполярных транзисторов, формируют второй изолирующий слой на боковых стенках затворов и эмиттерных электродов, осаждают третий слой поликремния, формируют через маску фоторезиста электроды из третьего слоя поликремния к истокам и стокам полевых транзисторов и к областям пассивной базы биполярных транзисторов, имплантируют электроды и часть незакрытых ими областей истока и стока и пассивной базы примесями одного с ними типа проводимости, изготавливают истоковую и стоковую области первого и второго МОП-транзисторов, областей эмиттера и пассивной базы первого и второго биполярных транзисторов посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости, наносят третий изолирующий слой, изготавливают в нем контактные окна и создают металлические электроды.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются по конструкции то, что первый МОП-транзистор содержит электроды из третьего слоя поликремния к областям истока и стока, выведенные на полевой окисел и покрытые металлическим силицидным слоем, а металлические электроды контактируют к областям истока и стока через электроды из третьего слоя поликремния, выведенные на полевой диэлектрик; второй МОП-транзистор, имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора; первый вертикальный биполярный транзистор содержит эмиттерный электрод из второго слоя поликремния над эмиттерной областью, базовые электроды к двум областям пассивной базы и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерному и коллекторному электродам, металлические электроды, выполненные соответственно к обоим базовым, к эмиттерному и коллекторному электродам; второй биполярный транзистора имеет такую же структуру, как и первый вертикальный биполярный транзистор с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора.

по способу изготовления предлагаемой конструкции то, что после осаждения второго слоя поликремния его легируют через маску фоторезиста в местах расположения затворов КМОП-транзисторов и эмиттерных электродов биполярных транзисторов примесью соответствующего типа проводимости, осаждают первый изолирующий слой, формируют через маску фоторезиста затворы МОП-транзисторов и эмиттерные электроды биполярных транзисторов, имплантируют примеси для изготовления областей истока и стока МОП-транзисторов и областей пассивной базы биполярных транзисторов, формируют второй изолирующий слой на боковых стенках затворов и эмиттерных электродов, осаждают третий слой поликремния, формируют через маску фоторезиста электроды из третьего слоя поликремния к истокам и стокам полевых транзисторов и к областям пассивной базы биполярных транзисторов, имплантируют электроды и часть незакрытых ими областей истока и стока и пассивной базы примесями одного с ними типа проводимости, изготавливают истоковую и стоковую области первого и второго МОП-транзисторов, областей эмиттера и пассивной базы первого и второго биполярных транзисторов посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости, наносят третий изолирующий слой, изготавливают в нем контактные окна и создают металлические электроды.

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

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

Конструкция предлагаемого БиКМОП-прибора в отличие от прототипа решает проблему минимизации размеров БиКМОП-прибора - повышает степень интеграции и быстродействия как комплементарных NPN и PNP, так и полевых транзисторов за счет использования методов самосовмещения и самоформирования базовых и эмиттерных электродов в биополярных и электродов истока и стока в полевых транзисторах.

В новой конструкции полевых транзисторов электроды к истоку и стоку выполнены из третьего слоя поликремния и выводятся на полевой окисел для формирования контактов с металлическим электродом, что снижает размеры истоков и стоков по следующим причинам:
не требуется размещения на их площади контактных окон под металлические электроды,
не требуется топологических запасов между поликремниевым электродом и полевым окислом внутри истока и стока,
топологический запас относительно затвора выполняется между поликремниевым электродом относительно поликремниевого затвора, а не спейсера, как в случае прототипа.

Биполярные комплементарные транзисторы выполнены по одной конструкции, оба эмиттера NPN- и PNP-транзисторов выполнены из второго поликремния, а электроды к базовым областям выполнены из третьего поликремния.

Кроме того, конструктивно биполярные транзисторы близки к конструкции полевых транзисторов - электрод эмиттера аналогичен электроду затвора, базовые электроды аналогичны электродам к истоку и стоку. Способ изготовление БиКМОП-прибора данной конструкции содержит меньше операций по сравнению с прототипом, так, легирование базовых областей совмещено с легированием областей истока и стока, что упрощает БиКМОП-прибор. Самосовмещенные металлические силицидные слои создаются в одном процессе.

Унификация конструкции комплементарных биполярных и полевых транзисторов и способа их изготовления существенно упрощает техпроцесс и позволяет повысить процент выхода годных.

Такая совокупность отличительных признаков позволяет устранить недостатки конструкции БиКМОП-прибора [3] и обеспечивает повышение степени интеграции и быстродействия прибора.

На фиг. 7 приведено поперечное сечение БиКМОП-прибора, выполненного в соответствии с патентуемым изобретением. Сокращения NM, PM, PB и NB обозначают соответственно области расположения NМОП-транзистора, PМОП-транзистора, вертикального биполярного PNP-транзистора и биполярного NPN-транзистора.

На отрезках NM, PM, PB и NB полупроводниковой подложки первого типа проводимости 1 показаны сформированные области скрытого слоя первого типа проводимости 3 и 7 и области скрытого слоя второго типа проводимости 5 и 9. Область 2 второго типа проводимости используется для электрической изоляции скрытого слоя 7 от подложки. На подложке выращен эпитаксиальный слой 11, в котором формируются области карманов 13, 15, 17 и 19, расположенные над скрытыми слоями 3, 5, 7 и 9, одного с ними типа проводимости. Между областями карманов 13, 15, 17 и 19 выполняется канальный стопор 21. Для электрической изоляции транзисторов на канальный стопор наносится полевой окисел 23.

На отрезке NM в области 13 размещен NМОП-транзистор, содержащий области истока и стока n-типа проводимости 75, разделенные канальной областью, с затвором 45 из первого и второго слоев поликремния 33 и 39 и бокового диэлектрика 59, нанесенных на подзатворный окисел 31.

К области истока и стока 75 с перекрытием на полевой окисел изготавливаются электроды из третьего слоя поликремния 101. Поликремниевые электроды, непокрытая поликремнием часть истока и стока и поликремниевый затвор покрыты металлическим силицидным слоем 103.

Вся структура закрыта защитным слоем 93, в котором вскрыты контактные окна для контактирования металлических электродов с областями стока, истока и затворов 95.

На отрезке PM в области кармана 15 формируется PМОП-транзистор, содержащий области истока и стока p-типа проводимости 77 и имеющий такую же структуру, как NМОП-транзистор, изготовленный в области 13.

На отрезке PB области 17 формируется вертикальный биполярный PNP-транзистор с активной базовой областью n-типа проводимости 35 и высоколегированной коллекторной областью 27 p⁺-типа проводимости, разделенных с помощью полевого окисла 23. На поверхности коллекторной области 27 формируется высоколегированная контактная область 83. В центре активной базовой области расположена самосовмещенная с ней эмиттерная область p⁺-типа проводимости 81 под эмиттерным электродом 87, состоящим из второго слоя поликремния и бокового диэлектрика 59. С обеих сторон эмиттерной области располагаются области пассивной базы 79 n⁺-типа проводимости, и на эти области с выходом на полевой диэлектрик наносятся базовые электроды 101 из третьего слоя поликремния.

Поликремниевые электроды к базе и непокрытая поликремнием часть базы одновременно с поликремниевым электродом эмиттера и областью коллектора локально покрываются силицидным металлическим слоем 103.

Вся структура защищается слоем диэлектрика 93, в котором вскрыты контактные окна для контактирования металлических электродов 95 с областями базы, эмиттера и коллектора.

На отрезке NB в области 19 формируется биполярный NPN-транзистор, имеющий такую же структуру, как и первый вертикальный биполярный транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора.

На фиг. 8 - 12 показан процесс изготовления патентуемого БиКМОП-прибора.

На фиг. 8 представлен разрез структуры после формирования на определенном участке подложки первого типа проводимости 1 области второго типа проводимости 2, создания областей скрытого слоя первого 3 и 7 и второго 5 и 9 типа проводимости, осаждения эпитаксиального слоя 11 на полупроводниковой подложке, формирования в эпитаксиальном слое областей карманов первого 13 и 17 и второго типа проводимости 15 и 19 над областями скрытого слоя одного с ними типа проводимости, изготовления охранных областей 21 под полевым окислом 23 между карманами разного типа проводимости, изготовления полевого окисла на определенных участках поверхности карманов, предназначенных для размещения биополярных транзисторов, изготовления коллекторных областей первого 27 и второго 29 типа проводимости в карманах одного с ними типа проводимости по одну сторону полевого окисла в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, нанесения на поверхность структуры подзатворного окисла 31 первого слоя поликремния 33, формирования базовых областей первого 35 и второго 37 типа проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевого окисла.

На фиг. 9 представлен разрез структуры после удаления подзатворного окисла и первого слоя поликремния с областей карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, осаждения на поверхность структуры второго слоя поликремния 39, имплантации примесей в поликремний в местах расположения затворов и электродов, осаждения первого изолирующего слоя 43. формирования через маску фоторезиста затворов первого 45 и второго 47 МОП-транзисторов и электродов эмиттеров биполярных транзисторов.

На фиг. 10 представлен разрез структуры после имплантации примесей второго типа проводимости 55 для изготовления областей истока и стока первого МОП-транзистора и областей пассивной базы в карманах первого типа проводимости и имплантации примесей первого типа проводимости 57 для формирования истоковой и стоковой областей второго МОП-транзистора и базовых областей в карманах второго типа проводимости, формирования второго изолирующего слоя 59 на боковых стенках затворов в эмиттерных электродах.

На фиг. 11 представлен разрез структуры после осаждения третьего слоя поликремния 101, формирования из него через маску фоторезиста электродов к истокам и стокам полевых транзисторов и к областям базы и коллекторов биполярных транзисторов, имплантации в электроды и в часть незакрытых ими областей истока и стока и пассивной базы примесями одного с ними типа проводимости, изготовления истоковой и стоковой областей первого 75 и второго 77 МОП-транзисторов, областей эмиттера 81 и пассивной базы 79 первого транзистора, областей эмиттера 87 и пассивной базы 85 второго биполярного транзистора посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости.

На фиг. 12 представлен разрез структуры после нанесения третьего изолирующего слоя 93, изготовления в нем контактных окон и изготовления металлических электродов 95.

Пример. В монокристаллической подложке p-типа проводимости (10 Ом•см) формируют первый скрытый слой диффузией сурьмы из твердого источника Sb 205 в атмосфере азота при 1200^oC с поверхностным сопротивлением 35 Ом/кВ, создают глубокий открытый слой n-типа имплантацией фосфора с дозой 1 мкКул/см² и отжигом при 1150^oC в азоте для изоляции от подложки создаваемого в последующем p⁺ скрытого слоя, формируют p⁺ скрытый слой с поверхностным сопротивлением 200 Ом/кВ имплантацией бора с дозой 40 мкКул/см² с последующей разгонкой при температуре 1100^oC.

Наращивают эпитаксиальный слой n-типа проводимости толщиной 1,75 мкм и омностью 0,3 Ом•см, создают в эпитаксиальном слое карманы p-типа проводимости имплантацией бора с дозой 1 мкКул/см² с последующей разгонкой при температуре 1050^oC в течение 70 мин в азоте в местах размещения PNP- и NМОП-транзисторов, формируют в карманах биполярных транзисторов глубокие коллекторы имплантацией бора и фосфора с дозой соответственно 300 и 150 мкКул/см² с отжигом в азоте при температуре 1050^oC, создают в карманах охранные области p⁺- и n⁺-типа проводимости имплантацией бора и фосфора с дозами 20 и 0,7 мкКул/см², формируют полевой диэлектрик 0,6мкм окислением при повышенном давлении 10 атм при температуре 1000^oC в парах воды, формируют подзатворный диэлектрик толщиной 300 термическим окислением в парах воды при 850^oC, осаждают первый слой поликремния толщиной 0,15 мкм пиролизом моносилана при температуре 640^oC, удаляют первый слой поликремния ПХТ-травлением с областей расположения биполярных транзисторов, формируют базовые области n-типа проводимости имплантацией мышьяка с дозой 9 мкКул/см² с последующей разгонкой при температуре 1000^oC 60 мин глубиной 0,3 мкм, формируют базовые области p-типа проводимости имплантацией BF2 с дозой 6 мкКул/см² с последующим отжигом при 100^oC 5 мин, удаляют подзатворный диэлектрик травлением в растворе плавиковой кислоты (1,50), осаждают второй слой поликремния толщиной 0,2 мкм при температуре 640^oC разложением моносилана, легируют во втором слое поликремния через маску фоторезиста места расположения затвора NМОП-транзистора и эмиттера NPN-транзистора примесью мышьяка с дозой 600 мкКул/см² и затвора PМОП- и эмиттера PNP-транзистора примесью бора с дозой 600 мкКул/см², осаждают первый слой диэлектрика, травят через маску фоторезиста поликремневые затворы и поликремниевые контакты к эмиттерам, легируют коллекторные контакты, области внешних баз, а также области истока и стока имплантицией через маску фоторезиста примесей бора с дозой 3 мкКул/см² и фосфора с дозой 3 мкКул/см² в транзисторах соответствующего типа проводимости, формируют боковой диэлектрик (спейсер) затворов и электродов эмиттеров термическим окислением толщиной 600 и осаждением слоя нитрида кремния толщиной 0.2 мкм с последующим его удалением с горизонтальных участков RIT-травлением, осаждают третий слой поликремния, формируют из него электроды травлением через маску фоторезиста к областям истока и стока полевых транзисторов, базовым и коллекторным областям биполярных транзисторов, поочередно под защитой фоторезиста легируют области истока и стока соответствующих полевых транзисторов и области базы и коллектора соответствующих биполярных транзисторов примесью бора с дозой 600 мкКул/см² и мышьяка с дозой 600 мкКул/см² соответственно их типу проводимости, после чего отжигают структуру при температуре 950^oC в течение 30 мин, удаляют с затворов и электродов эмиттеров первый изолирующий слой, селективно создают на поверхности поликремниевых электродов и открытых участках кремния газофазным осаждением пленку вольфрама толщиной 0,1 мкм, осаждают слой диэлектрика толщиной 0,5 мкм, вскрывают в нем контактные окна и формируют металлические электроды из алюминия.

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

Предлагаемая конструкция может использоваться для создания только КМОП-приборов, биполярных или БикМОП-приборов с любым набором полевых или биполярных транзисторов, не выходя за пределы патентных притязаний.

Использование: БиКМОП-приборы, у которых на одном кристале формируются комплементарные биополярные и полевые транзисторы, а также технология изготовления вертикальных NPN и PNP полевых транзисторов и комплементарных полевых транзисторов. Сущность изобретения: конструкция БиКМОП-прибора позволяет существенно снизить размеры транзисторов благодаря использованию самосовмещенной технологии формирования биополярных и полевых транзисторов. В предлагаемой конструкции первый вертикальный биполярный транзистор включает эммитерный электрод из второго слоя поликремния над эммитерной областью, базовые электроды к двум областям пассвной базы и коллекторный электрод из тертьего слоя поликремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерному и коллекторному электродам, металлические электроды, выполненные к базовым, к эмиттерному и коллекторному электродам, при этом второй биполярный транзистор имеет такую же структуру, как и первый вертикальный биполярный транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора, первый МОП-транзистор содержит истоковую и стоковую области, разделенные канальной областью, затвор из первого и второго слоя поликремния и металлического силицилового слоя, нанесенные на подзатворный диэлектрик, электроды из третьего слоя поликремния к области стока и истока, введенные на полевой окисел и покрытые металлическим силицидным слоем, металлические электроды, контактирующие к областям истока и стока через электроды из третьего слоя поликремния, выведенные на полевой окисел, второй МОП-транзистор имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора. 2 с.п. ф-лы, 12 ил.

1. БиКМОП-прибор, включающий первый МОП-транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа на первом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области второго типа проводимости в вышеупомянутом кармане, разделенные канальной областью, затвор, имеющий первый и второй поликремниевые слои и металлический силицидный слой, нанесенные на подзатворный диэлектрик, металлические электроды, изготовленные к областям затвора, истока и стока, второй МОП-транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа на втором отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области первого типа проводимости и имеющий такую же структуру, как первый МОП-транзистор, первый вертикальный биполярный транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа на третьем отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, включающий участок полевого окисла, нанесенный на область кармана, разделяющий коллекторную область первого типа проводимости, выполненную на одной стороне полевого окисла и соединенную с вышеупомянутым скрытым слоем, область активной базы второго типа проводимости, выполненную на другой стороне полевого окисла, области пассивной базы одного с ней типа проводимости, формируемые по обеим сторонам области активной базы, эмиттерную область первого типа проводимости, сформированную между областями пассивной базы, металлические электроды, выполненные соответственно к эмиттерным, базовым и коллекторным электродам из поликремния и силицидного слоя, второй биполярный транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости на четвертом отрезке полупроводниковой подложки и имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора, отличающийся тем, что первый МОП-транзистор содержит электроды из третьего слоя поликремния к областям истока и стока, выведенные на полевой окисел и покрытые металлическим силицидным слоем, а металлические электроды контактируют к областям истока и стока через электроды из третьего слоя поликремния, выведенные на полевой диэлектрик, второй МОП-транзистор имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора, первый вертикальный биполярный транзистор содержит эмиттерный электрод из второго слоя поликремния над эмиттерной областью, базовые электроды к двум областям пассивной базы и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерному и коллекторному электродам, металлические электроды, выполненные соответственно к обоим базовым, к эмиттерному и коллекторному электродам, второй биполярный транзистор имеет такую же структуру, как и первый вертикальный биполярный транзистор, с типом проводимости, противоположным типу проводимости первого вертикального биполярного транзистора. 2. Способ изготовления БиКМОП-прибора, включающий формирование областей скрытого слоя первого и второго типа проводимости на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя на полупроводниковой подложке, формирование в эпитаксиальном слое областей карманов первого и второго типа проводимости над областями скрытого слоя одного с ними типа проводимости, изготовление охранных областей под полевым окислом между карманами разного типа проводимости, изготовление полевого окисла на определенных участках поверхности карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, изготовление коллекторных областей первого и второго типа проводимости в карманах одного с ними типа проводимости по одну сторону полевого окисла в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, нанесение на поверхность структуры подзатворного окисла и первого слоя поликремния, формирование базовых областей первого и второго типа проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевого окисла, удаление подзатворного окисла и первого слоя поликремния с областей карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, осаждение на поверхность структуры второго слоя поликремния и первого изолирующего слоя, формирование через маску фоторезиста затворов МОП-транзисторов и эмиттерного электрода одного из биполярных транзисторов, имплантацию примесей для изготовления областей истока и стока МОП-транзисторов и базовых областей биполярных транзисторов, формирование второго изолирующего слоя на боковых стенках затворов МОП-транзисторов и эмиттерного электрода одного из биполярных транзисторов, осаждение третьего слоя поликремния, изготовление истоковой и стоковой областей первого и второго МОП-транзисторов, областей эмиттера и пассивной базы первого и второго биполярных транзисторов посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости, нанесение третьего изолирующего слоя, изготовление в нем контактных окон и создание металлических электродов, отличающийся тем, что после осаждения второго слоя поликремния его легируют через маску фоторезистора в местах расположения затворов КМОП-транзисторов и эмиттерных электродов биполярных транзисторов примесью соответствующего типа проводимости, осаждают первый изолирующий слой, формируют через маску фоторезиста затворы МОП-транзисторов и эмиттерные электроды биполярных транзисторов, имплантируют примеси для изготовления областей истока и стока МОП-транзисторов и областей пассивной базы биполярных транзисторов, формируют второй изолирующий слой на боковых стенках затворов и эмиттерных электродов, осаждают третий слой поликремния, формируют через маску фоторезиста электроды из третьего слоя поликремния к истокам и стокам полевых транзисторов и к областям пассивной базы и колекторам биполярных транзисторов, имплантируют электроды и части незакрытых ими областей истока и стока и пассивной базы примесями одного с ними типа проводимости, изготавливают истоковую и стоковую области первого и второго МОП-транзисторов, области эмиттера и пассивной базы перевого и второго биполярных транзисторов посредством диффузии имплантированных ранее примесей второго и первого типа проводимости, наносят третий изолирующий слой, изготавливают в нем контактные окна и создают металлические электроды.