СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ПЛАНАРНЫХ N-P-N-ТРАНЗИСТОРОВ Российский патент 1998 года по МПК H01L21/331 

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для изготовления биполярных планарных транзисторов как в дискретном, так и в интегральном исполнении.

Известен способ изготовления биполярных планарных транзисторов [1], включающий диффузию бора для получения области базы и фосфора для получения области эмиттера.

Недостатком способа является так называемый эффект "змиттерного оттеснения", выражающийся в прогибе перехода коллектор-база под эмиттером в транзисторной структуре, получаемой по данному способу. Этот эффект приводит к снижению допустимых пробивных напряжений транзисторов.

Известен также способ изготовления биполярных планарных транзисторов [2] , в котором "эффект эмиттерного оттеснения" исключен за счет легирования эмиттера мышьяком.

Но при толщине области активной базы менее 1 мкм по мере продвижения от края эмиттера к центру базовый ток непрерывно уменьшается, поэтому плотность инжектированного тока снижается в указанном направлении. Это оттеснение тока к периметру увеличивается с ростом напряжения смещения и частоты, что приводит к неоднородному распределению эмиттерного тока, ограничивающему получению требуемой мощности и допустимых нелинейных искажений.

Существенно также то обстоятельство, что падение напряжения вдоль базовой области вызывает постепенное уменьшение напряжения смещения эмиттерного перехода.

Наиболее близким к заявляемому способу, по мнению заявителей, является способ изготовления биполярных планарных n-p-n транзисторов [3].

В способе-прототипе на поверхность полупроводниковой подложки n-типа наносят двухслойное диэлектрическое покрытие, состоящее из нижнего слоя оксида кремния и верхнего слоя нитрида кремния. С использованием фоторезистивной маски формируют маскирующие участки из двухслойного диэлектрического покрытия над областью эмиттера. Затем создают фоторезистивную массу, определяющую границы области базы. После этого осуществляют двухстадийное ионное легирование подложки примесью типа, противоположного основной примеси подложки, в данном случае - бором, на первой стадии с малой энергией при большой дозе, а на второй стадии ионного легирования с большей энергией при малой дозе (энергия 100-200 кэВ, доза до 10¹²-10¹³ ионов/см²). При этом в приповерхностной части подложки образуется центральная область базы (расположенная под маскирующим двухслойным диэлектрическим покрытием) и периферические области одинакового типа проводимости, противоположного проводимости подложки, причем толщина центральной области меньше толщины периферических областей.

Вслед за этим удаляют фоторезистивную маску и покрывают поверхность структуры маскирующим диэлектрическим покрытием из оксида кремния путем термического окисления поверхности структуры. Затем открывают центральный участок над областью эмиттера, удаляя двухслойное диэлектрическое покрытие и повторно ионное легирование, на этот раз ионами n-типа c дозой 10¹⁵-10¹⁶ ионов/см². В результате этого действия формируется область эмиттера n⁺-типа, а расположенная непосредственно под ней область пассивной базы имеет пониженную концентрацию основной примеси (p^-) и толщину, меньшую толщины пассивной базы, главным образом, за счет перекомпенсации в центральной части базовой области ее основной примеси примесью n-типа, а также за счет сегрегации примеси из области базы в область эмиттера. В результате имеет место "подтягивание" коллекторного p-n перехода к области эмиттера. Тем самым устраняется "эффект эмиттерного оттеснения". Это сопровождается снижением поперечного сопротивления области базы транзистора.

На заключительной стадии изготовления биполярного планарного n-p-n транзистора структуру повторно подвергают окислению, с помощью фоторезистивной маски образуют в защитном слое оксида кремния отверстия для осуществления контактов к области эмиттера и базы, наносят контактную металлизацию и опять же с использованием фоторезистивной маски формируют указанные контакты.

Недостатком способа является то, что в созданной такой совокупностью приемов структуре n-p-n транзистора различие в концентрации примеси в активной части области базы (под эмиттером) и ее пассивной части (между эмиттером и контактным окном к базе) вызывает относительно более высокое падение напряжения вдоль области базы при работе транзистора.

Таким образом, изобретение решает задачу улучшения распределения тока по площади транзисторной структуры и снижения нелинейных искажений усиливаемого сигнала.

Задача решается тем, что при изготовлении транзистора получают "обратный прогиб" коллекторного перехода при концентрации бора в активной части базы более высокой, чем в пассивной. В результате этого уменьшается падение напряжения от края эмиттера к центру вдоль базовой области.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления планарных биполярных n-p-n транзисторов, включающем нанесение на полупроводниковую подложку n-типа двухслойного диэлектрического покрытия, состоящего из нижнего слоя оксида кремния и верхнего слоя нитрида кремния, частичное удаление этого покрытия через фоторезистивную маску с образованием маскирующих участков, двухстадийное формирование области базы с применением ионного легирования подложки бором, полное удаление двухслойного диэлектрического покрытия, ионное внедрение в подложку примеси типа, противоположного основной примеси в базе, повторное нанесение диэлектрического покрытия и вытравливание отверстий в нем через фоторезистивную маску для создания контактов к областям базы и эмиттера, нанесение контактной металлизации и формирование указанных контактов также с использованием фоторезистивной маски, перед нанесением на поверхность подложки двухслойного диэлектрического покрытия на ней создают однослойное диэлектрическое покрытие из оксида кремния, производят его частичное удаление с использованием фоторезистивной маски, ионное легирование на первый стадии создания области базы осуществляют перед нанесением двухслойного диэлектрического покрытия, удаляют его в местах создания эмиттера и базовых контактов, вторую стадию формирования базовой области осуществляют путем диффузии бора в окислительной среде с образованием оксида кремния на поверхности структуры, после чего удаляют оставшееся двухслойное маскирующее покрытие, участки поверхности в местах образования базовых контактов защищают маской из фоторезиста и осуществляют легирование подложки примесью типа, противоположного основной примеси в базе с последующим удалением фоторезиста и отжигом структуры для создания области эмиттера.

Общие отличительные признаки заявляемого способа сводятся к следующим:
а) перед нанесением на поверхность подложки двухслойного диэлектрического покрытия на ней создают однослойное диэлектрическое покрытие из оксида кремния;
б) частичное удаление однослойного диэлектрического покрытия с использованием фоторезистивной маски;
в) ионное легирование на первой стадии создания области базы осуществляют перед нанесением двухслойного диэлектрического покрытия;
г) двухслойное диэлектрическое покрытие удаляют в местах создания эмиттера и базовых контактов;
д) вторую стадию формирования базовой области осуществляют путем диффузии бора в окислительной среде с образованием оксида кремния на поверхности структуры;
е) удаление оставшегося двухслойного маскирующего покрытия;
ж) участки поверхности в местах образования базовых контактов защищают маской из фоторезиста и осуществляют легирование подложки примесью типа, противоположного основной примеси в базе;
з) удаление фоторезиста с участков базовых контактов;
и) диффузия примеси для создания области эмиттера при отжиге структуры.

Частные отличительные признаки таковы:
к) в качестве примеси, внедряемой при создании области эмиттера, используют фосфор;
л) в качестве повторно наносимого диэлектрического покрытия при создании контактов к областям базы и эмиттера используют двухслойное покрытие оксид кремния-нитрид кремния.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, на которых фиг. 1 - 4 отражает последовательность выполнения действий по изготовлению биполярных планерных n-p-n транзисторов согласно признакам формулы изобретения.

На фиг. 1 показана полупроводниковая структура, полученная после термического окисления подложки n-типа 1, вытравливания в образовавшемся слое оксида кремния 2 "окна" 3, через которое осуществляют имплантацию ионов бора с образованием предварительного слоя p-типа 4.

На фиг. 2 показана полупроводниковая структура, полученная после последовательного нанесения на ее поверхность тонких слоев оксида кремния 5 и нитрида кремния 6 и вытравливания участков двухслойного покрытия 5, 6 с использованием фоторезистивной маски в соответствии с заданием области эмиттера и базовых контактов.

На фиг. 3 изображена полупроводниковая структура, полученная после диффузии бора в окислительной атмосфере, в результате которой формируется область базы p-типа различной толщины 7, 8 и защитный слой оксида кремния 9. Удаляют участки двухслойного покрытия, соответствующие расположению области эмиттера и базовых контактов. Последние закрывают фоторезистивной маской 10 и осуществляют ионное легирование подложки примесью типа, противоположного основной примеси в базе, в результате чего имеет место первоначальное формирование области эмиттера 11.

На фиг. 4 изображена структура, полученная после удаления фоторезиста 10 с участков базовых контактов и отжига, в результате которого окончательно формируется область эмиттера 11. После этого повторно наносят диэлектрическое покрытие 12, в частности, состоящее из слоев оксида кремния и нитрида кремния, вытравливают в нем отверстия через фоторезистивную маску для создания контактов к области базы и эмиттера, нанесения контактной металлизации и формирования контактов к области эмиттера 13 и базы 14.

Ниже для пояснения предлагаемого способа приведен пример его конкретного осуществления.

На кремниевые эпитаксиальные пластины проводят осаждение слоя нитрида кремния, через фоторезистивную маску травят его в плазме тетафторида углерода и локально окисляют кремний. Удаляют слой нитрида кремния в горячей ортофосфорной кислоте, проводят ионное легирование подложки для создания области базы при E=30 кэВ и Д=10¹⁵ ионов /см².

После этого осаждают слой оксида кремния толщиной 300 и слой нитрида кремния толщиной 1000 .

Через фоторезистивную маску в плазме тетрафторида углерода травят слой нитрида кремния.

Затем проводят вторую стадию диффузии бора при температуре 1025^oC в атмосфере влажного кислорода в течение 70 мин. В горячей ортофосфорной кислоте удаляют слой нитрида кремния. Через фоторезистивную маску проводят ионное легирование подложки фосфором при Е=60 кэВ и Д=2•10¹⁶ ионов/см².

Осаждают слои оксида кремния толщиной 2000 и нитрида кремния толщиной 1000 . Проводят вторую стадию диффузии фосфора путем отжига при температуре 950^oC. Через фоторезистивную маску в плазме хладона 23 вытравливают контактные отверстия. Напыляют алюминиевую металлизацию. Фотолитографическим методом формируют контакты к областям эмиттера и базы.

В результате выполнения описанной выше совокупности и последовательностей действий формируется профиль коллекторного p-n перехода в области 7, покрытый слоем нитрида кремния, в 1,2-1,7 раза меньшей глубиной залегания, чем в области 2, подвергшейся только окислению. Концентрация бора под участками 5 двухслойного покрытия в 1,5-3,0 выше, чем в областях базы 7.

Кроме того, при удалении фоторезистивной маски 10 обеспечивается дальнейшее самосовмещение на стадии создания контакта к базе, что улучшает распределение тока по площади транзисторной структуры. Это также способствует упрощению способа (отпадает один фотолитографический процесс) и, следовательно, его удешевлению.

В целом же предлагаемый способ, как это видно из примера конкретного осуществления, отличается простотой и высокой технологичностью.

Использование: изобретение относится ж области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для изготовления биполярных планарных n-р-n транзисторов. Сущность изобретения: в способе изготовления биполярных планарных n-р-n транзисторов перед нанесением на поверхность подложки двухслойного диэлектрического покрытия на ней создают однослойное диэлектрическое покрытие из оксида кремния, производят частичное его удаление с использованием фоторезистивной маски, ионное легирование на первой стадии создания области базы осуществляют перед нанесением двухслойного диэлектрического покрытия, удаляют его в местах создания эмиттера и базовых контактов, вторую стадию формирования базовой области осуществляют путем диффузии бора в окислительной атмосфере с образованием оксида кремния на поверхности структуры, после чего удаляют оставшееся двухслойное покрытие, участки поверхности в местах образования базовых контактов защищают маской из фоторезиста и осуществляют легирование подложки примесью типа, противоположного основной примеси в базе, с последующим удалением фоторезиста и отжигом структуры для формирования области эмиттера. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изготовления биполярных планарных n-p-n-транзисторов, включающий нанесение на полупроводниковую подложку n-типа двухслойного диэлектрического покрытия, состоящего из нижнего слоя оксида кремния и верхнего слоя нитрида кремния, частичное удаление этого покрытия через фоторезистивную маску с образованием маскирующих участков, двухстадийное формирование области базы с применением ионного легирования подложки бором, полное удаление двухслойного диэлектрического покрытия, ионное внедрение в подложку примеси типа, противоположного основной примеси в базе, повторное нанесение диэлектрического покрытия и вытравливание отверстий в нем через фоторезистивную маску для создания контактов к областям базы и эмиттера, нанесение контактной металлизации и формирование указанных контактов также с использованием фоторезистивной маски, отличающийся тем, что перед нанесением на поверхность подложки двухслойного диэлектрического покрытия на ней создают однослойное диэлектрическое покрытие из оксида кремния, производят частичное его удаление с использованием фоторезистивной маски, ионное легирование на первой стадии создания области базы осуществляют перед нанесением двухслойного диэлектрического покрытия, удаляют его в местах создания эмиттера и базовых контактов, вторую стадию формирования базовой области осуществляют путем диффузии бора в окислительной атмосфере с образованием оксида кремния на поверхности структуры, после чего удаляют оставшееся двухслойное маскирующее покрытие, участки поверхности в местах образования базовых контактов защищают маской из фоторезиста и осуществляют легирование подложки примесью типа, противоположного основной примеси в базе, с последующим удалением фоторезиста и отжигом структуры для формирования области эмиттера. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве примеси, внедряемой при создании области эмиттера, используют фосфор. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве повторно наносимого диэлектричисекого покрытия при создании контактов к областям базы и эмиттера используют двухслойное покрытие из слоев оксида кремния и нитрида кремния.