БиКМОП-ПРИБОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК H01L27/06 

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно БиКМОП-приборы, у которых на одном кристалле формируются комплементарные полевые и биполярные транзисторы. Изобретение также относится к способу изготовления этого прибора, а именно к технологии изготовления самосовмещенных комплементарных и биполярных транзисторов на общей подложке. Имеется целый ряд областей применения, где на смену КМОП-транзисторов (КМОПТ) приходят БиКМОП-приборы, сочетающие достоинства КМОПТ (малая потребляемая мощность) и биполярных транзисторов (высокое быстродействие).

Известны различные исполнения БиКМОП-приборов и способы их изготовления на общей подложке [1] (Пат.WO 94/29903, H 01 L 29/73, 1991г.), [2] (Пат. США N5422290, H 01 L 21/265, 1995г.). В [1] структура БиКМОП-прибора содержит подложку первого типа проводимости, имеющую изолированную область, в которой расположены карманы первого и второго типов проводимости. В кармане первого типа проводимости расположен n-канальный МОПТ, имеющий области стока и истока второго типа проводимости и расположенный между ними канал, в кармане второго типа проводимости расположен р- канальный МОПТ, имеющий области стока и истока первого типа проводимости и расположенный между ними канал, в третьем кармане второго типа проводимости расположен биполярный транзистор, имеющий базовую область первого типа проводимости, коллекторную и эмиттерную области второго типа проводимости, контакты к областям транзисторов выполнены слоем поликристаллического кремния, силицированного вольфрамом. В [2] содержится способ изготовления БиКМОП-прибора, обеспечивающий получение на одной подложке биполярного транзистора и комплементарных полевых транзисторов, включающий осаждение на подложке первого типа проводимости эпитаксиального слоя того же типа проводимости, формирование скрытого слоя второго типа проводимости и изолирующих областей первого типа проводимости вокруг скрытого слоя второго типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование локальных областей второго типа проводимости в центре и по периферии скрытого слоя для биполярного транзистора, формирование карманов первого и второго типов проводимости для n-канальных и р-канальных транзисторов, соответственно, формирование локальных областей первого типа проводимости над областями того же типа проводимости, сформированными в эпитаксиальном слое первого типа проводимости, формирование противоканальных областей под будущим LOCOS (полевым) слоем диоксида кремния, формирование полевого диоксида кремния над противоканальными областями и частично над локальными областями второго типа проводимости по периферии скрытого слоя второго типа проводимости, а также между базовой и коллекторной областями, формирование базовой области первого типа проводимости биполярного транзистора, формирование подзатворного диоксида кремния, осаждение первого слоя поликристаллического кремния, вскрытие окон под эмиттер в затворном диэлектрике и первом слое поликристаллического кремния, осаждение второго слоя поликристаллического кремния, локальное легирование слоя поликристаллического кремния примесью второго типа проводимости над эмиттером и затворами, формирование затворов и эмиттера обтравливанием слоя поликристаллического кремния, формирование стоков и истоков комплементарных транзисторов ионным легированием, формирование диоксида кремния (спейсера) на вертикальных стенках поликремния, быстрый термический отжиг для разгонки сформированных слоев, реактивно-ионное травление диоксида кремния с истоковых, стоковых и базовых областей транзисторов, осаждение титана с последующим формированием силицида титана, формирование контактов из нитрида титана к силициду титана, осаждение пиролизом из кремнийорганических соединений (пиролизного) изолирующего диоксида кремния, вскрытие окон в этом диоксиде кремния к нитриду титана, осаждение вольфрама, химико-механическая полировка вольфрама до планарности с пиролизным диоксидом кремния, напыление металлического слоя, включающего алюминий, кремний и медь, формирование разводки из металлического слоя.

Недостатком конструкции БиКМОП-прибора [1] и способа изготовления ИС на БиКМОП [2] является большая площадь, занимаемая транзисторами, когда контакты к областям транзисторов разделены большими интервалами, между контактами к базовой, эмиттерной и коллекторными областями, а также между контактами к затворной, стоковой и истоковой областями, учитывающие погрешности совмещения и исполнения отдельных слоев. Большие размеры транзисторов не позволяют достигнуть высокой степени интеграции, ограничивают быстродействие ИС, последние становятся критичными к поражению дефектами, что снижает процент выхода годных ИС.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение [3] (Пат. РФ N2 106 719, H 01 L 27/06, 1998 г.). В [3] защищается БиКМОП-прибор, включающий: первый МОП-транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости скрытым слоем того же типа проводимости, сформированным в кармане второго типа проводимости на первом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области второго типа проводимости в вышеупомянутом кармане, разделенные канальной областью, электроды к областям стока и истока из третьего слоя поликристаллического кремния, выведенные на изолирующие области и покрытые металлическим силицидным слоем, затвором, состоящим из первого и второго слоев поликристаллического кремния, осажденных на подзатворный диэлектрик, и металлического силицидного слоя, осажденного на слой поликристаллического кремния, металлические электроды, выполненные к затворным, истоковым и стоковым силицидным слоям;

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 в вышеупомянутом кармане и имеющий такую же структуру, как первый МОП-транзистор;

первый биполярный транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, сформированным в кармане второго типа проводимости на третьем отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, включающий участок изолирующей области, сформированной на области кармана, разделяющей коллекторную область второго типа проводимости, выполненную на одной стороне изолирующей области и соединенную с вышеупомянутым скрытым слоем, область активной базы второго типа проводимости, выполненную на другой стороне изолирующей области, области пассивной базы одного с активной базой типом проводимости, формируемые по обеим сторонам активной базы, эмиттерную область первого типа проводимости под эмиттерным электродом из второго слоя поликристаллического кремния, сформированную между областями пассивной базы, базовые электроды к двум областям пассивной базы и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликристаллического кремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерным и коллекторным электродам, металлические электроды, выполненные соответственно к базовым, эмиттерным и коллекторным силицидным слоям;

второй биполярный транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, на четвертом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости и имеющий такую же структуру, как и первый биполярный транзистор.

Способ изготовления БиКМОП-прибора [3], включающий формирование областей скрытого слоя первого и второго типов проводимости на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое карманов первого и второго типов проводимости над областями скрытых слоев одного с ним типа проводимости, формирование коллекторных областей первого и второго типов проводимости в карманах одного с ним типа проводимости по одну сторону полевых изолирующих областей в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, формирование охранных областей под полевыми изолирующими областями, формирование полевых изолирующих областей между карманами разного типа проводимости и на определенных участках поверхности карманов, предназначенных для размещения биполярных транзисторов, формирование подзатворного диэлектрика, осаждение первого слоя поликристаллического кремния, локальное удаление первого слоя поликристаллического кремния с областей расположения биполярных транзисторов, локальное формирование базовых областей первого и второго типов проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевой изолирующей области, удаление подзатворного диэлекрика, осаждение второго слоя поликристаллического кремния, локальное легирование второго слоя поликристаллического кремния примесью первого и второго типов проводимости в местах расположения затворов МОПТ и эмиттеров биполярных транзисторов, осаждение первого слоя диэлектрика, формирование поликремниевых затворов и поликремниевых контактов к эмиттерам, локальное легирование примесями первого и второго типов проводимости коллекторных контактов, пассивных областей баз, истоков и стоков, формирование разделительного диэлектрика (спейсера) на боковых стенках затворов и электродов эмиттеров, осаждение третьего слоя поликристаллического кремния, формирование из него электродов к областям истоков и стоков КМОПТ, пассивным базовый и коллекторным областям, локальное легирование примесями первого и второго типов проводимости электродов истоков и стоков КМОПТ, пассивных базовых и коллекторных электродов, термоотжиг структуры, удаление первого диэлектрического слоя с затворов и электродов эмиттеров, селективное формирование слоя вольфрама, осаждение изолирующего диэлектрика, вскрытие в нем контактных окон, напыление металла и формирование металлической разводки.

На фиг.1-5 приведено поперечное сечение БиКМОП-прибора, выполненного в соответствии с прототипом и процесс его изготовления.

Отрезки 1, 2, 3, 4 обозначают области расположения NМОПТ и РМОПТ, вертикальных р-n-р и n-р-n транзисторов, соответственно.

На отрезках 1, 2, 3, 4 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 3, 7 от подложки. На подложке выращен эпигаксиальный 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 канальном стопоре формируется полевой диоксид кремния 23.

На отрезке 1 в области кармана 13 размещен NМОПТ, 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, осажденных на подзатворный диоксид кремния 31. К области истока и стока 75 с перекрытием на полевой диоксид кремния 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 2 в области кармана 15 формируется РМОПТ, содержащий области истока и стока р-типа проводимости 77 и имеющий такую же структуру, как NМОПТ, изготовленный в области 13.

На отрезке 3 в области кармана 17 формируется первый вертикальный биполярный р-n-р транзистор с активной базовой областью второго типа проводимости 35 и высоколегированной коллекторной областью 27 первого типа проводимости, разделенных с помощью полевой изолирующей области 23. На поверхности коллекторной области 27 формируется высоколегированная контактная область 83. В центре активной базовой области расположена самосовмещенная с ней эмиттерная область первого 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 второго типа проводимости, и на эти области с выходом на полевую изолирующую область 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 силицидными слоями базы, эмиттера и коллектора.

На отрезке 4 в области 19 формируется второй биполярный n-р-n транзистор, имеющий такую же структуру, как и первый вертикальный биполярный транзистор, с типом проводимости, противоположным типу провсдимостя первого вертикального биполярного транзистора.

На фиг.1 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 диоксидом кремния 23 между карманами разного типа проводимости, изготовления полевого диоксида кремния 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 диоксида кремния в контакте со скрытыми слоями того же типа проводимости, формирования на поверхности структуры подзатворного диоксида кремния 31, первого слоя поликристаллического кремния 33, локальное удаление первого слоя поликристаллического кремния с областей биполярных транзисторов, формирования базовых областей первого 37 и второго 35 типов проводимости в карманах с противоположным типом проводимости по другую сторону полевого диоксида кремния.

На фиг.2 представлен разрез структуры после удаления подзатворного диоксида кремния 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 МОПТ и электродов эмиттеров биполярных транзисторов.

На фиг.3 представлен разрез структуры после имплантации примесей второго типа проводимости 55 для изготовления областей истока и стока первого МОПТ и областей пассивной базы в карманах первого типа проводимости и имплантации примесей первого типа проводимости 57 для формирования истоковой и стоковой областей второго МОПТ и базовых областей в карманах второго типа проводимости, формирования разделительного диэлектрика (спейсера) 59 на боковых стенках затворов и эмиттерных электродах.

На фиг.4 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 примесей одного с ними типа проводимости, изготовления истоковой и стоковой областей первого 75 и второго 77 МОПТ, областей эмиттера 81 и пассивной базы 79 первого транзистора, областей эмиттера 87 и пассивной базы 85 второго биполярного транзистора посредством диффузии имплантироваиных ранее примесей второго и первого типа проводимости, формирования силицидного слоя 103.

На фиг.5 представлен разрез структуры после нанесения третьего изолирующего слоя 93, изготовления в нем контактных окон и изготовления металлических электродов 95.

Недостатком конструкции прототипа является то, что она только частично решает проблему минимизации размеров транзисторов за счет самосовмещения затворов КМОПТ и эмиттеров биполярных транзисторов, а также формирования силицидных контактов. Используемая в прототипе конструкция полевых и биполярных транзисторов, предусматривающая формирование контактов к стокам, истокам и базовым областям третьим слоем поликристаллического кремния, требует введения топологических запасов между контактными окнами стоков и истоков и разделительным диэлектриком (спейсером) затворов КМОПТ и между контактными окнами к базовым областям и разделительным диэлектриком (спейсером) эмиттеров биполярных транзисторов. Увеличение размеров, из-за отсутствия самосовмещения третьего слоя поликристаллического кремния с контактными окнами стоков, истоков и базовых областей, ведут к росту емкостей, снижению быстродействия и поражаемости дефектами. Использование подслоя из третьего слоя поликристаллического кремния для формирования контактов не позволяет реализовать полностью принцип самосовмещения формирования структур. Технологическим недостатком изготовления прототипа является то, что при травлении второго и третьего слоев поликристаллического кремния, лежащего на кремнии в контактных областях стока, истока и пассивных баз, приводит к затравам в этих областях, из-за отсутствия селективности травления кремния и поликремния. Последнее приводит к невоспроизводимости характеристик БиКМОП-приборов и закороткам базовых областей на коллектор, стоков и истоков на подложку, что снижает процент выхода годных БиКМОП-приборов.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в повышении степени интеграции, быстродействия и процента выхода годных БиКМОП-приборов за счет усовершенствованной конструкции, позволяющей реализовать комплексный принцип самосовмещения областей и усовершенствованной технологии изготовления БиКМОП-прибора.

Поставленная задача решается в БиКМОП-приборе, включающем:

первый МОП-транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, сформированным в кармане второго типа проводимости на первом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области второго типа проводимости в вышеупомянутом кармане, разделенные канальной областью, электроды к областям стока и истока, состоящие из слоев поликристаллического кремния и покрытые металлическим силицидным слоем, затвором, состоящим из слоев поликристаллического кремния, осажденных на подзатворный диэлектрик, и металлического силицидного слоя, осажденного на слой поликристаллического кремния, металлические электроды, выполненные к затворным, истоковым и стоковым силицидным слоям;

второй МОП-транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, на втором отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области первого типа проводимости в вышеупомянутом кармане и имеющий такую же структуру, как первый МОП-транзистор;

первый биполярный транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, сформированного в кармане второго типа проводимости на третьем отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, коллекторную область первого типа проводимости, область активной базы второго типа проводимости, области пассивной базы одного с активной базой типом проводимости, формируемые по обеим сторонам активной базы, эмиттерную область первого типа проводимости под эмиттерным электродом из слоя поликристаллического кремния, сформированную между областями пассивной базы, базовый электрод к области пассивной базы и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликристаллического кремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерным и коллекторным электродам, металлические электроды, выполненные соответственно к базовым, эмиттерным и коллекторным силицидным слоям;

второй биполярный транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости на четвертом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости и имеющий такую же структуру, как и первый биполярный транзистор, причем для достижения поставленной задачи первый МОП-транзистор содержит электроды к областям истока и стока из первого и второго слоев поликристаллического кремния, а затвор состоит из третьего слоя поликристаллического кремния,

второй МОП-транзистор имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости областей, противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора,

первый биполярный транзистор содержит эмиттерный электрод из третьего слоя поликристаллического кремния над эмиттерной областью, базовый электрод к области пассивной базы состоит из первого и второго слоев поликристаллического кремния,

второй биполярный транзистор имеет такую же структуру, как и первый биполярный транзистор с типом проводимости областей, противоположным типу проводимости первого биполярного транзистора.

2. Способ изготовления БиКМОП-прибора, включающий формирование областей скрытого слоя первого и второго типов проводимости на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, осаждение на полупроводниковой подложке эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое областей карманов первого и второго типов проводимости над областями скрытых слоев одного с ними типа проводимости, формирование охранных областей под изолирующими областями, формирование областей изоляции между карманами, изолирующими областями, формирование областей изоляции между карманами, формирование коллекторных областей биполярных транзисторов в карманах одного с ним типа проводимости, формирование диэлектрика, осаждение первого слоя поликристаллического кремния, локальное удаление первого слоя поликристаллического кремния и диэлектрика, осаждение на поверхность структуры второго и третьего слоев поликристаллического кремния, формирование разделительного диэлектрика «спейсера», формирование силицидного слоя, осаждение изолирующего диэлектрика, формирование контактных окон в нем, создание металлической разводки, после осаждения первого слоя поликристаллического кремния его легируют примесями второго типа проводимости в местах расположения первого МОП- транзистора, пассивной базовой области первого биполярного транзистора и контакта к коллектору второго биполярного транзистора, примесями первого типа проводимости в местах расположения второго МОП-транзистора, пассивной базовой области второго биполярного транзистора и контакта к коллектору первого биполярного транзистора, для последующего формирования истоковых и стоковых областей, пассивных базовых областей и контактов к коллекторам, формируют на поверхности первого слоя поликристаллического кремния первый и второй диэлектрические слои, локально удаляют первый и второй диэлектрические слои и первый слой поликристаллического кремния до диэлектрика в местах будущих затворов и активных базовых областях, после осаждают второй диэлектрический слой, травлением второго диэлектрического слоя формируют разделительный диэлектрик «спейсер» на вертикальных стенках, сформированных окон в первом и втором диэлектрических слоях и первом слое поликристаллического кремния, удаляют диэлектрик в местах расположения затворов МОП-транзисторов, эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, травят диэлектрик на расчетную величину под первым слоем поликристаллического кремния, осаждают второй слой поликристаллического кремния, прокисляют его, травлением, сформированнного диоксида кремния, прокислением второго слоя поликристаллического кремния, формируют разделительный диэлектрик (спейсер) на вертикальных стенках ранее сформированных окон, при этом травится диоксид кремния с поверхности кремния в местах расположения затворов МОП-транзисторов, эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, формируют подзатворный диэлектрик на поверхности кремния, локально удаляют сформированный подзатворный диэлектрик с эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, локально имплантируют примеси первого типа проводимости для формирования активной базы второго биполярного транзистора и контакта к коллектору первого биполярного транзистора, локально имплантируют примеси второго типа проводимости для формирования активной базы первого биполярного транзистора и контакта к коллектору второго биполярного транзистора, локально имплантируют примеси первого типа проводимости для формирования активной базы второго биполярного транзистора и контакта к коллектору первого биполярного транзистора и после осаждения третьего слоя поликристаллического кремния, его локально легируют примесями первого типа проводимости для формирования затворов первого МОП-транзистора, эмиттерных областей и контактов к коллекторам первого биполярного транзистора, локально легируют примесями второго типа проводимости для формирования затворов второго МОП-транзистора, эмиттерных областей и контактов к коллекторам второго биполярного транзистора, локально удаляют третий слой поликристаллического кремния для формирования затворов МОП-транзисторов, эмиттерных областей и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, вскрывают в первом и во втором диэлектриках контактные окна к стоковым и истоковым областям МОП-транзисторов, к базовым областям биполярных транзисторов, локально осаждают тугоплавкий металл, напыляют алюминий и формируют из него металлизированную разводку.

С целью улучшения планарности структуры третий слой поликристаллического кремния осаждают на толщину не менее половины ширины вскрываемых окон в первом слое поликристаллического кремния, производят химико-механическую полировку третьего слоя поликристаллического кремния до второго диэлектрического слоя, лежащего на первом слое поликристаллического кремния, реактивно-ионным травлением удаляют первый и второй диэлектрические слои с первого слоя поликристаллического кремния, локально формируют тугоплавкий металл, осаждают изолирующий диэлектрик, формируют в нем контактные окна, напыляют алюминий и создают из него металлизированную разводку. Таким образом, отличительными признаками изобретения являются по конструкции: то, что первый МОПТ содержит стоковые и истоковые электроды из первого и второго слоев поликристаллического кремния, из которых формируются области стока и истока, затвор содержит третий слой поликристаллического кремния, а металлические электроды контактируют к областям стока, истока через первый и второй, а затвора через третий слои поликристаллического кремния, покрытые силицидным слоем;

второй МОПТ имеет такую же структуру, как и первый МОПТ, с типом проводимости областей, противоположным типу проводимости первого МОПТ;

первый биполярный транзистор содержит электроды к пассивным базовым областям из первого и второго слоев поликристаллического кремния, из которых формируются области пассивной базы, эмиттер и коллектор содержит третий слой поликристаллического кремния, а металлические электроды контактируют к пассивным базовым областям через первый и второй, а эмиттер через третий слои поликристаллического кремния, покрытые силицидным слоем; второй биполярный транзистор имеет такую же структуру, как и первый биполярный транзистор, с типом проводимости областей, противоположным типу проводимости первого биполярного транзистора.

По способу изготовления предлагаемой конструкции отличительными признаками является: то, что после осаждения первого слоя поликристаллического кремния его легируют через маску фоторезиста в местах расположения КМОПТ и биполярных транзисторов примесью соответствующего типа проводимости, осаждают первый и второй диэлектрические слои и через маску фоторезиста формируют окна под затворы КМОПТ, эмиттера и коллекторные контакты биполярных транзисторов травлением диэлектриков и первого слоя поликристаллического кремния, осаждают второй диэлектрический слой, реакционным ионным травлением удаляют второй диэлектрический слой с горизонтальных областей, удаляют диоксид кремния в местах расположения затворов МОПТ, эмиттеров и контактов к коллекторам, травят диэлектрик на расчетную величину под первым слоем поликристаллического кремния, осаждают второй слой поликристаллического кремния, окисляют его до кремния, реакционным ионным травлением удаляют сформированный диоксид кремния с поверхности кремния в местах расположения затворов МОПТ, эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, формируют диэлектрик на поверхности кремния, локально удаляют сформированный диэлектрик с эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, имплантируют примеси первого типа проводимости для формирования активной базы и контакта к коллектору в кармане биполярного транзистора второго типа проводимости, локально имплантируют примеси второго типа проводимости для формирования активной базы и контакта к коллектору в кармане биполярного транзистора первого типа проводимости, а после осаждения третьего слоя поликристаллического кремния, его локально легируют примесями первого типа проводимости для формирования эмиттерных областей и контактов к коллекторам р-n-р транзисторов и затворов р-канальных МОПТ, локально легируют примесями второго типа проводимости для формирования эмиттерных областей и контактов к.коллекторам n-р-n транзисторов и затворов n-канальных МОПТ, локально удаляют третий слой поликристаллического кремния для формирования затворов КМОПТ, эмиттеров и контактных областей биполярных транзисторов, вскрывают в диэлектрике контактные окна к стоковым и истоковым областям КМОПТ, к базовым областям биполярных транзисторов и формируют металлизированную разводку. Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить техническую задачу. Конструкция предлагаемого БиКМОП-прибора в отличие от прототипа решает проблему минимизации размеров БиКМОП-прибора за счет самосовмещения электродов и областей транзисторов: не требуется топологических запасов между поликремниевыми электродами к стокам, истокам и вертикальным диэлектриком (спейсером) затворов, между поликремниевыми электродами базовых областей и вертикальным диэлектриком (спейсером) эмиттеров и контактов к коллекторам; отсутствует необходимость травления поликремния, лежащего на кремнии, что исключает затравы кремния в стоковых, истоковых и базовых областях БиКМОП-прибора, приводящих к невоспроизводимости характеристик структур; унификация конструкции БиКМОП-прибора и способа его изготовления существенно упрощает технологический процесс его изготовления и позволяет повысить процент выхода годных ИС. Такая совокупность отличительных признаков позволяет устранить недостатки конструкции прототипа [3] и обеспечивает повышение степени интеграции и быстродействия прибора.

На фиг.6 приведено поперечное сечение БиКМОП-прибора, выполненного в соответствии с патентуемым изобретением. Отрезки на фиг.6: 1, 2, 3, 4 обозначают соответственно области расположения КМОПТ и биполярных транзисторов. На отрезках 1, 2, 3, 4 полупроводниковой подложки первого типа проводимости 1 показаны сформированные области скрытого слоя первого типа проводимости 6 и области скрытого слоя второго типа проводимости 7. Область 3 второго типа проводимости используется для электрической изоляции скрытых слоев 6 первого типа проводимости от подложки. На подложке выращен эпитаксиальный слой 11 второго типа проводимости, в котором формируются области карманов 8 первого типа проводимости и 9 второго типа проводимости, расположенные над скрытыми слоями 6 и 7. Между областями карманов и скрытыми слоями выполнена комбинированная изоляция, состоящая из диэлектрического слоя 4 и слоя поликристаллического кремния 5.

На отрезке 1 в области 8 размещен первый МОПТ, содержащий области истока 24 и стока 26 второго типа проводимости, разделенные канальной областью, состоящей из подзатворного диэлектрика 40 и затвора 25, выполненного третьим слоем поликристаллического кремния, легированного примесью одного типа проводимости с подложкой. К области истока и стока 24 и 26 выполнены электроды первым слоем поликристаллического кремния 13, также легированного примесью противоположного типа проводимости подложке. Электроды к стоку и истоку защищены боковыми диэлектриками 16 и 22. Поликремниевые электроды истоков, стоков и поликремниевые электроды затворов покрыты металлическим полицидным слоем 53. Вся структура закрыта защитным диэлектрическим слоем 54, в котором вскрыты контактные окна для контактирования металлических электродов 41, 42, 43 через полицидный слой 53 с областями истока, затвора, стока, соответственно.

На отрезке 2 в области кармана 9 формируется второй МОПТ, противоположным типом проводимости первому МОПТ, имеющий такую же структуру, как и первый МОПТ, изготовленный в области кармана 8.

На отрезке 3 в области кармана 8 формируется первый биполярный транзистор с активной базовой областью 30 противоположного типа проводимости подложке и высоколегированной коллекторной областью 34 одного типа проводимости с подложкой. В центре активной базовой области сформирована самосовмещенная с ней эмиттерная область 32 одного типа проводимости с подложкой. С обеих сторон эмиттерной области располагаются области пассивной базы 55, к которым выполнены электроды первым слоем поликремния 13, легированного примесью противоположного типа проводимости подложке. Поликремниевые электроды к пассивным базовым областям изолированы боковыми диэлектриками 16 и 22. Электроды 31 и 33 к эмиттерной и коллекторным областям 32 и 34, сответственно, выполнены третьим слоем поликристаллического кремния, легированного примесью одного типа проводимости с подложкой. Поликремниевые электроды к пассивным базовым областям и поликремниевые электроды к коллектору и эмиттеру покрыты металлическим полицидным слоем 53. Вся структура закрыта защитным диэлектрическим слоем 54, в котором вскрыты контактные окна для контактирования металлических электродов 47, 48, 49 через полицидный слой 53 с областями пассивной базы, эмиттера и коллектора.

На отрезке 4 в области кармана 9 формируется второй биполярный транзистор, противоположным типу проводимости первого биполярного транзистора, имеющий такую же структуру, как и первый биполярный транзистор.

На фиг.7-12 показан процесс изготовления патентуемого БиКМОП- прибора. На фиг.7 представлен разрез структуры после формирования на определенном участке подложки 1 первого типа проводимости областей 3 второго типа проводимости, создания областей скрытого слоя 6 одного типа проводимости с подложкой и областей 7 второго типа проводимости, осаждения эпитаксиального слоя 11 на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, формирования в эпитаксиальном слое областей карманов 8 первого типа проводимости над областями скрытого слоя того же типа проводимости и карманов 9 второго типа проводимости над областями скрытого слоя того же типа проводимости, формирования изолирующих областей 5 между карманами и скрытыми слоями. Изолирующие области 5 выполнены в виде U-образной канавки, на дне которой формируется охранная область 2 одного типа проводимости с подложкой, на стенках канавки формируется диэлектрик 4, а канавка заполняется слоем поликристаллического кремния, формирования диэлектрического слоя 12, осаждения слоя поликристаллического кремния 13, легирования слоя 13 через фоторезистивную маску 14 примесью противоположного типа проводимости подложки над областью формирования первого МОПТ, над областью базы первого биполярного транзистора и над областью коллектора второго биполярного транзистора, легирования слоя 13 через повторную фоторезистивную маску 14 примесью одного типа проводимости с подложкой над областью формирования второго МОПТ, над областью коллектора первого биполярного транзистора и над областью базы второго биполярного транзистора.

На фиг.8 представлен разрез структуры после осаждения диэлектриков 15, 16, формирования окон в слоях 16, 15, 13 и 12 над изолирующими областями, над будущими областями затворов, эмиттеров и контактов к коллекторам, осаждения диэлектрика 16, удаления со дна окон диэлектриков 16, 12, травление диэлектрика 12 под первым слоем поликристаллического кремния 13 на расчетную величину (формирование «подныров» 17 под первым слоем поликристаллического кремния).

На фиг.9 представлен разрез структуры после осаждения второго слоя поликристаллического кремния 18, при этом вытравленные области 17 под первым слоем поликристаллического кремния заполняются вторым слоем поликристаллического кремния.

На фиг 10 представлен разрез структуры после прокисления второго слоя поликристаллического кремния, удаления со дна окон диоксида кремния, полученного в результате прокисления второго слоя поликристаллического кремния, формирования затворного диоксида кремния 19 в окнах, формирование с помощью фотомасок легированных областей 20 противоположного типа проводимости подложке и областей 21 одного типа проводимости с подложкой.

На фиг.11 представлен разрез структуры после формирования истоков, стоков: 24, 26, 27, 29; базовых областей 30, 35, контактов к коллекторам: 34, 39, осаждение третьего слоя поликристаллического кремния, формирование с помощью фотомаски из третьего слоя поликристаллического кремния электродов 25, 28 к затворам, к контактам коллекторов 33, 38, к будущим эмиттерам 31, 36, легирования с помощью фотомасок электродов 25, 31, 38 примесью одного типа проводимости подложке, легирования с помощью фотомасок электродов 28, 33, 36 противоположного типа проводимости подложке, формирование эмиттеров и контактов к коллекторам термоотжигом структуры.

На фиг.12 представлен разрез структуры после удаления с поверхности структуры диэлектриков 15 и 16, формирования полицидного слоя 53 на первом слое поликристаллического кремния и на электродах, сформированных из третьего слоя поликристаллического кремния, осаждения защитного диэлектрического слоя 54, вскрытия окон в защитном диэлектрическом слое для формирования контактов к областям, напыление металла и формирование из него электродов: 41, 42, 43 (первого МОПТ ); 44, 45, 46 (второго МОПТ); 47, 48, 49 (первого биполярного транзистора); 50, 51, 52 (второго биполярного транзистора).

Пример. В монокристаллической подложке р-типа проводимости (КДБ-12) формируют скрытые слои 7 диффузией сурьмы из твердого источника при 1200°С с поверхностным сопротивлением (30-35) Ом/8, имплантацией фосфора с энергией 100 кэВ и дозой 1 мкКул/см² и последующем термоотжигом при 1150°С создают скрытый слой n-типа 3 для изоляции от подложки создаваемого в последующем p⁺-скрытого слоя, формируют p⁺-скрытый слой 6 с поверхностным сопротивлением (p_s) 200 Ом/8 имплантацией бора с энергией 100 кэВ и дозой 40 мкКул/см² с последующим термоотжигом при 1100°С.

Наращивают эпитаксиальный слой 11 n-типа проводимости толщиной (2-2,5) мкм и омностью 4,5 Ом·см, создают в эпитаксиальном слое карманы 8 р-типа проводимости имплантацией бора с энергией (Е) 100 кэВ и дозой (D) 2 мкКул/см² и карманы 9 n-типа проводимости имплантацией фосфора с Е=60 кэВ и D=1 мкКул/см² с последующей разгонкой при Т=1050°С в течение 70 мин. Осаждают диоксид кремния пиролизом ТЭОСа при Т=720°С и давлении (Р) в реакторе 80 Па толщиной 0,6 мкм. Формируют изолирующие области 5: методом фотолитографии в диоксиде кремния вскрывают окна и плазмохимическим травлением в SF₆+CF₃J при Р=4 Па травят кремний на глубину толщины эпитаксиального и скрытого слоев (формируют разделительные U-образные щели), на стенках щелей осаждают диоксид кремния из ТЭОСа толщиной 0,3 мкм, на дне щелей имплантацией бора с Е=60 кэВ и D=6 мкКул/см² формируют противоканальные области 2 и щели заполняют поликремнием при Т=620°С и Р=40 Па. Формируют диоксид кремния 12 толщиной 0,03 мкм, осаждают первый слой поликристаллического кремния 13 толщиной 0,4 мкм пиролизом моносилана при Т=620°С и Р=40 Па. Имплантируют фосфор с Е=40 кэВ и D=600 мкКул/см² в слой 13 через фоторезистивную маску над областью формирования первого МОПТ, над областью базы первого биполярного транзистора и над областью коллектора второго биполярного транзистора, имплантируют бор с Е=40 кэВ и D=400 мкКул/см² через фоторезистивную маску над областью формирования второго МОПТ, над областью коллектора первого биполярного транзистора и над областью базы второго биполярного транзистора. Осаждают диоксид кремния 15 пиролизом ТЭОСа при Т=720°С и Р=80 Па толщиной 0,4 мкм и нитрид кремния 16 аммонолизом дихлорсилана при Т=800°С и Р=15 Па толщиной 0,12 мкм. Плазмохимическим травлением (ПХТ) формируют окна в слоях нитрида кремния, диоксида кремния (в CHF₃-CF₄-Ar при Р=65 Па и мощности ВЧ разряда (350-380) Вт, поликремния (SF₆-О₂ при Р=(2-3) Па и мощности ВЧ разряда 100 Вт) над изолирующими областями, над будущими областями затворов, эмиттеров и контактов к коллекторам, осаждают нитрид кремния толщиной 0,05 мкм, реакционно-ионным травлением (РИТ) удаляют со дна окон нитрид кремния, диоксид кремния, осуществляют травление диоксида кремния 12 в HF:H₂О (1:4) под первым слоем поликристаллического кремния в течение 7 мин. Пиролизом моносилана осаждают второй слой поликристаллического кремния толщиной 0,035 мкм, осуществляют его прокисление в парах воды при Р=5 атм и Т=800°С в течение 20 мин. РИТ удаляют образовавшийся диоксид кремния со дна окон и формируют подзатворный диоксид кремния 19 толщиной 0,02 мкм окислением в трихлорэтилене с кислородом при Т=850°С. Пиролизом моносилана осаждают третий слой поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, из которого методом фотолитографии формируют поликремниевые электроды 25, 28, 31, 33, 36, 38. С помощью фотомасок осуществляют имплантацию бора с Е=80 кэВ и D=600 мкКул/см² электродов 25, 31, 33 и мышьяка с Е=100 кэВ и D=600 мкКул/см² электродов 28, 36, 38. ПХТ удаляют с поверхности структуры нитрид кремния, диоксид кремния, осаждают слой вольфрама 53 толщиной 0,1 мкм, осаждают диоксид кремния 54 пиролизом ТЭОСа толщиной 0,5 мкм, производят термоотжиг структуры при Т=950°С в трихлорэтилене с кислородом в течение 40 мин, вскрывают в диоксиде кремния контактные окна, напыляют слой алюминия толщиной 0,9 мкм и формируют металлические электроды из алюминия.

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

Предлагаемая конструкция может использоваться для формирования только КМОПТ, NМОПТ, РМОПТ, биполярных транзисторов, БиКМОПТ с любым набором полевых или биполярных транзисторов.

Литература

[1] (Пат.WO 94/29903, H 01 L 29/73, 1991 г.).

[2] (Пат. США N5422290, H 01 L 21/265, 1995 г.).

[3] (Пат. РФ N2106719, H 01 L 27/06, 1998 г.).

Изобретение относится к области микроэлектроники. Сущность изобретения: БиКМОП-прибор содержит первый МОП-транзистор, содержащий истоковую и стоковую области, электроды к областям истока и стока из первого и второго слоев поликристаллического кремния и затвор из третьего слоя поликристаллического кремния; второй МОП-транзистор, который имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости областей, противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора; первый биполярный транзистор, содержащий эмиттерный электрод из третьего слоя поликристаллического кремния над эмиттерной областью, базовый электрод к области пассивной базы из первого и второго слоев поликристаллического кремния и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликристаллического кремния; второй биполярный транзистор, который имеет такую же структуру, как и первый биполярный транзистор, с типом проводимости областей, противоположным типу проводимости первого биполярного транзистора. Также представлен способ изготовления БиКМОП-прибора. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени интеграции, быстродействия и процента выхода годных БиКМОП-приборов за счет усовершенствованной конструкции, позволяющей реализовать комплексный принцип самосовмещения областей и усовершенствованной технологии изготовления БиКМОП-прибора. 2 н.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 проводимости, сформированным в кармане второго типа проводимости на первом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области второго типа проводимости в вышеупомянутом кармане, разделенные канальной областью, электроды к областям стока и истока, состоящие из слоев поликристаллического кремния и покрытые металлическим силицидным слоем, затвором, состоящим из слоев поликристаллического кремния, осажденных на подзатворный диэлектрик, и металлического силицидного слоя, осажденного на слой поликристаллического кремния, металлические электроды, выполненные к затворным, истоковым и стоковым силицидным слоям; второй МОП-транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, на втором отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, содержащий истоковую и стоковую области первого типа проводимости в вышеупомянутом кармане и имеющий такую же структуру, как первый МОП-транзистор; первый биполярный транзистор, расположенный в области кармана первого типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости, сформированного в кармане второго типа проводимости на третьем отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости, коллекторную область первого типа проводимости, область активной базы второго типа проводимости, области пассивной базы одного с активной базой типа проводимости, формируемые по обеим сторонам активной базы, эмиттерную область первого типа проводимости под эмиттерным электродом из слоя поликристаллического кремния, сформированную между областями пассивной базы, базовый электрод к области пассивной базы и коллекторный электрод к коллекторной области из третьего слоя поликристаллического кремния, самосовмещенные металлические силицидные слои к базовым, эмиттерным и коллекторным электродам, металлические электроды, выполненные соответственно к базовым, эмиттерным и коллекторным силицидным слоям; второй биполярный транзистор, расположенный в области кармана второго типа проводимости со скрытым слоем того же типа проводимости на четвертом отрезке полупроводниковой подложки первого типа проводимости и имеющий такую же структуру, как и первый биполярный транзистор, отличающийся тем, что первый МОП-транзистор содержит электроды к областям истока и стока из первого и второго слоев поликристаллического кремния, а затвор состоит из третьего слоя поликристаллического кремния, второй МОП-транзистор имеет такую же структуру, как и первый МОП-транзистор, с типом проводимости областей противоположным типу проводимости первого МОП-транзистора, первый биполярный транзистор содержит эмиттерный электрод из третьего слоя поликристаллического кремния над эмиттерной областью, базовый электрод к области пассивной базы состоит из первого и второго слоев поликристаллического кремния, второй биполярный транзистор имеет такую же структуру, как и первый биполярный транзистор с типом проводимости областей противоположным типу проводимости первого биполярного транзистора.2. Способ изготовления БиКМОП-прибора, вклющающий формирование областей скрытого слоя первого и второго типов проводимости на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, осаждение на полупроводниковой подложке эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое областей карманов первого и второго типов проводимости над областями скрытых слоев одного с ними типа проводимости, формирование охранных областей под изолирующими областями, формирование областей изоляции между карманами, формирование коллекторных областей биполярных транзисторов в карманах одного с ним типом проводимости, формирование диэлектрика, осаждение первого слоя поликристаллического кремния, локальное удаление первого слоя поликристаллического кремния и диэлектрика, осаждение на поверхность структуры второго и третьего слоев поликристаллического кремния, формирование разделительного диэлектрика «спейсера», формирование силицидного слоя, осаждение изолирующего диэлектрика, формирование контактных окон в нем, создание металлической разводки, отличающийся тем, что после осаждения первого слоя поликристаллического кремния его легируют примесями второго типа проводимости в местах расположения первого МОП-транзистора, пассивной базовой области первого биполярного транзистора и контакта к коллектору второго биполярного транзистора, примесями первого типа проводимости в местах расположения второго МОП-транзистора, пассивной базовой области второго биполярного транзистора и контакта к коллектору первого биполярного транзистора, для последующего формирования истоковых и стоковых областей; пассивных базовых областей и контактов к коллекторам, формируют на поверхности первого слоя поликристаллического кремния первый и второй диэлектрические слои, локально удаляют первый и второй диэлектрические слои и первый слой поликристаллического кремния до диэлектрика в местах будущих затворов и активных базовых областях, после осаждают второй диэлектрический слой, травлением второго диэлектрического слоя формируют разделительный диэлектрик «спейсер» на вертикальных стенках сформированных окон в первом и втором диэлектрических слоях и первом слое поликристаллического кремния, удаляют диэлектрик в местах расположения затворов МОП-транзисторов, эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, травят диэлектрик на расчетную величину под первым слоем поликристаллического кремния, осаждают второй слой поликристаллического кремния, прокисляют его, травлением сформированнного диоксида кремния, прокислением второго слоя поликристаллического кремния, формируют разделительный диэлектрик (спейсер) на вертикальных стенках ранее сформированных окон, при этом травится диоксид кремния с поверхности кремния в местах расположения затворов МОП-транзисторов, эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, формируют подзатворный диэлектрик на поверхности кремния, локально удаляют сформированный подзатворный диэлектрик с эмиттеров и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, локально имплантируют примеси первого типа проводимости для формирования активной базы второго биполярного транзистора и контакта к коллектору первого биполярного транзистора, локально имплантируют примеси второго типа проводимости для формирования активной базы первого биполярного транзистора и контакта к коллектору второго биполярного транзистора, локально имплантируют примеси первого типа проводимости для формирования активной базы второго биполярного транзистора и контакта к коллектору первого биполярного транзистора и после осаждения третьего слоя поликристаллического кремния, его локально легируют примесями первого типа проводимости для формирования затворов первого МОП-транзистора, эмиттерных областей и контактов к коллекторам первого биполярного транзистора, локально легируют примесями второго типа проводимости для формирования затворов второго МОП-транзистора, эмиттерных областей и контактов к коллекторам второго биполярного транзистора, локально удаляют третий слой поликристаллического кремния для формирования затворов МОП-транзисторов, эмиттерных областей и контактов к коллекторам биполярных транзисторов, вскрывают в первом и во втором диэлектриках контактные окна к стоковым и истоковым областям МОП-транзисторов, к базовым областям биполярных транзисторов, локально осаждают тугоплавкий металл, напыляют алюминий и формируют из него металлизированную разводку.