Способ изготовления мощных ВЧ и СВЧ транзисторов Советский патент 1993 года по МПК H01L21/331 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления как дискретных, так и интегральных ВЧ и СЕЧ транзисторов

Известен способ изготовления биполярного транзистора с высоким быстродействием Способ включает формирование на полупроводниковой подложке первого типа проводимости первого че- . тырехслойного маскирующего покрытия, состоящего из последовательно осажденных пленок Si,N4, SiO, Si;jN,

Поверх пленок формируют маскирующий слой фоторезиста. После селективного химического травления всех

О 00 четырех пленок формируют с применением диффузии контактную область базы, .при этом четырехслойную структуру диО Сл) электрика используют в качестве диффузионной маски Пленку SiO растворяют полностью, а полоску SiO подтравливают. Далее растворяют полностью плеяку ., а полоску . подтравливают до меньшей ширины, чем у SiO. С помощью диффузии примеси перзого ТИпа проводимости в зазоре между контактной областью базы и узкой полосой . формируют высоколегированную, внешнюю (пассивную) область базы. На стадии разгонки примеси образуется слой окисла второй мас ки„ Концентрация примеси в поверхнос ном слое пнешней базы составляет , Полоску SijN растворяют полностью (образуется окно эмиттера) и через вторую маску создают активную базовую область второго типа про водимости на глубину, меньшую глубины залегания первой высоколегированной базовой области и перекрывающую последнюю. Высоколегированную област эмиттера первого типа проводимости создают диффузией также через вторую маску и в то же окно, что и активную базовую область. Недостатком способа является технологическал сложность его реализации, заключаю1цаяся в весьма тонком избирательном подтравливании одного и нескольких слоев в четырехслойной структуре диэлектрика. Сложным представляется и поэтапно формирование контактного внешнего (пассивного) и активного участков базовой области, каждый из которых должен иметь свой оптимальный характер легирования и распределения примеси При этом гради.ент распределени базовой примеси во внешнем участке базовой области перпендикулярен к поверхности структуры и не является оптимальным R отношении усилительных свойств и устойчивости транзистора к вторичному пробою Уменьшение усиления при больших токах вызвано тем, что под действием встроенного поля, обусловленного наличием градиента,распределения приме си, неосновные носители тока д,олн(Ны пройти всю увеличенную толщину пассивного участка базовой области, где вероятность рекомбинации выше, чем в активной части базовой области о В свою очередь, уменьшение устойчивости к вторичному пробою вызвано тем, что при нормальном примесном градиенте с максимумом концентрации на поверхности или в объеме структуры в поперечном направлении (вдоль поверхности) всегда имеется участок минимального сопротивления, ослабляю щий отрицательную обратную связь по напряжению, прикладываемому к переходу эмиттер-база. Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ВЧ и СВЧ мощных транзисторных структур, зключаю1ций формирование первой маски на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, создание диффузией через маску высоколегированной области второго, противоположного первому, типа проводимости,формирование второй маски, создание через нее области второго типа проводимости на глубину, меньшую глубины залегания первой высоколегированной области и перекрывающую последнюю, и создание через вторую маску высоколегированной области первого типа проводимости о Способ обеспечивает за счет создания сверхузких эмиттерных областей и регулируемых сопротивлений отдельным формированием активных и контактных участков базовой области получение быстродействующих транзисторных структур В указанном способе высоколегированная контактная базовая область и активная ее часть непосредственно переходят одна в другую, взаимно перекрываясЬо В результате активная базовая область своей боковой границей, выходящей на поверхность, непосредственно касается, а при разгонке частично перекрывается наиболее высоколегированной поверхностной частью контактной базовой области„ Таким образом, область эмиттера состоит из периферийной, расположенной над боковым участком более высоколегированной базовой области, части и центральной части над активной базовой областью,, Необходимой рабочей эффективностью обладает лишь средняя часть области эмиттера с большим коэффициентом инжекции и высоким значением коэффициента переноса инжектированных в активную базу неосновных носителей. Большая степень легирования пассивной части базовой области обеспечивает низкое ее сопротивление. В основном это уменьшение достигается больше поверхностным легированием, чем расширением менее легированной .боковой части базовой области„ А поскольку активная базовая область переходит непосредственно в пассивную высоколегированную бэзовую область значительно меньшего сопротивления,то при больших токэх устойчивость транзистора к вторичному пробою снижается и.з-за неравномерного токораспререления в транзисторной структуре,вызванного концентрацией тока на периферии эмиттермого переходао В данном способе устойчивость к вторичному пробою зависит от величины общего сопротивления цели пассивной базы транзистора. Поскольку это сопротивление мало, ему соответствует малая максимальная мощность рассеяния, ограниченная шнурованием тока Устойчивость транзистора к вторичному пробою из-за отсутствия палений напряжения на пассивной базе и на эмиттерном переходе также минимальнооЦелью изобретения является улучшение электрических параметров транзисторов за счет повышения устойчивости транзистора к вторичному пробо при прямом смещении эмиттерного перехода с Поставленная цель достигаетсятем что в способе изготовления мощных ВЧ и СВЧ транзисторных структур, вкл чаю1цем формирование первой маски на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, создание диффузией через маску высоколегированной об ласти второго, противоположного первому, типа проводимости, формировани второй маски, создание через нее области второго типа проводимости на глубину, меньшую глубины залегания первой высоколегированной области и перекрывающую последнюю, и -создание через вторую маску высоколегированно области первого типа проводимости, при удалении первого и второго маски рующих покрытий оставляют часть первого покрытия размером, не превышающи расстояния от края первой маски до выхода на поверхность границы первой области второго типа- проводимости, а границу второй области второго типа проводимости формируют под оставшейся частью первой маски. На фиг„1 изображена структура с первой маской; на фиг„2 - структура со второй маской и частью первой/ Нс1 фиГоЗ - структура с пассивной и активной областями базы; на фиг„А структура ВЧ транзистора о Принятые обозначения: подложка 1, первая маска 2, окно 3, область пассивной базы t, вторая маска 5, окно под эмиттер 6, граница области пассивной базы 7, область активной базы 3 , граница области активной базы 9, область эмиттера 10, контакты 11, Пример, На полупроводниковой подложке 1 эпитаксиальной структуры кремния п-типа проводимости с удельным сопротивлением р 3 Ом-см формируют термическим окислением при Т в комбинированной среде сухого, увлажненного водяными парами и вновь сухого кислорода часть первого 2 маскирующего покрытия двуокиси кремния SiOg, толщиной 0,7 мкм, Аотогравировкой вскрывают окна под пассивную (контактную базу) базовую и эми терную области, отделенные равномерным по ширине критическим промежутком 1,П, Поверхность подложки .вновь покрывают первым 2 маскирующим слоем двуокиси, вновь покрывают первым 2 маскирующим слоем двуокиси кремния толщиной- 0,35 мкм. Далее фотогравировкой с размерами окна в светочувствительном слое фоторезиста, перекрывающими на 1,5 мкм, т„е„ более размеров (длины, ширины) окна под контактную базу, травлением первой маски открывают окно от края 3 первичной маски под контактную базу в прежних ее размерах. После удал,ения фоторезиста в открытое окно от границы 3 первичной маски 2 осуществляют загонку примеси бора высоколегированной контактной (пассивной) базовой области ( второго р-типа проводимости при T 9iflC в течение АО мин и поверхностным сопротивлением Rg 70 Пм/квадрат с коэффициентом диффузии DJ 510 см2/с, Термическое формирование второго маскирующего покрытия 5 слоя двуокиси кремния толщиной 0,55 мкм, совмещенное с термическим перераспределением бора в окисляющей среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода при Т 1150°С с П2,5 -Ю смЗ/с проводят на глубину залегания диффузионного слоя Xpf 9 мкм с поверхностным сопротивлением Ом/квадрат и с боковым диффузионным фронтом X р 7 мкмо Затем фотогравировкой с размерами окна в светочувствительном слое фоторезиста, ,5 мкм перекрывающими размеры омиттерного окна, травлением первой 2 и второй 5 масок вскрывают окно 6 в прежних его размерах, оставляя при этом часть первой маски шириной In 6 мкм менее расстояния 7 мкм от края 3 первичной маски ло выхода 7 на поверхность границы первой области k второго р-типа проволимостио Такое многоступенчатое проведение фотолитографических операций вскрытия эмиттерных и базовых окон необходимо л.ля получения строго выдержанного и равномерного по ширине критического промежутка между окнами Во вскрытое окно 6 загонкой бора ионным легированием на ионнолучевом ускорителе Веаувий V (D 60 мккул, угкппителе Везувий V (и ьи мккул, Е 50 кэВ) и последуюи им перераспре L. - / г I vj .- , , , делением (разгонкой) в неокисляюидей / ...v i.A.v.ifi г-1Г11/ 111Аы среде при Т 1100°С с Ds 1-10 CMV создают базовую область 8 с поверхностным сопротивлением Ом/квад рат на глубину (Xр 1,35 мкм), меньшую глубины залегания (Хр 9 мкм) первой высоколегированной области и перекрывающейся с послед нейо При этом выход 9 боковой граниней. При этом выход У ооковои грам.цы области 8 на поверхность осуществляют под оставшуюся часть первой маски 2, а точки 10 сопряжения базы В с искривленным участком высоколегированной области , показанные в поперечном сечении структуры, должн находиться в области плоского участ ка базы 8, В то же окно 6 создают диффузион ной загонкой фосфора при Т 10бО из треххлористого фосфора РС1 высоколегированную змиттерную область 10 первого п-типа проводимости«В процессе перераспределения эмиттерной примеси при Т 9tO С на глубину Х 0,9 мкм с R5,5 Ом/квадра вырастает маскирующая пленка фосфор но-силикатного стекла с Непосредственно под эмиттерной областью 10 получают активную базоую область. Лалее в контактной пасивной области базы i и эмиттерной бласти вскрывают фотогравировкой ока и осуществляют их металлизацию анесением алюминия электроннолучеым методом последующей фотогравиовкой и вжиганием при Т 500 С„ CyineCTBeHHUM отличием данного спооба является то, что при удалении первого 2 и второго 5 маскирующих покрытий оставляют часть первого шириной „ менее расстояния 1р. от края первичной маски 3 до выхода на края пемн1 чпик, г,.. „- --.поверхность боковой границы первой области tc, r fSГ1л ти ч„ Во-первых, -это позволяет изготовить по данному способу СВЧ мощные транзисторы с субмикронными глубинами залегания эмиттерной 10 и активной базовой 8 областями, поскольку отпадает необходимость выхода боковой границы второй (базовой) области за край 3 первичной маски 2 В обеспечивается оптималь ° ; ,„,,,,,,яения г,„ между ная величина сопротивления контактом 11 к базе и активной частью контактом 11 к базе и активной 8 базовой области и в результате устойчивость к вторичному пробою повышается о Во-вторых, точку пересечения боковой границы высоколегированной базовой области k с активной ее частью 10 получают в плоской части последней, т„ео толщина области активной бдзы по всей ее площади одинакова. Это обстоятельство уменьшает напряженность электрического поля в области наибольшей концентрации эмиттерного оттеснения, и в результате обеспечивает повышение пробивного напряжения коллектор-эмиттер Икэо и устойчивость к вторичному пробою.

cpuz. /

ff

./ .6

,Лу.... .Д-. . gy iv::.: :v:;v :: ::l.

/7 +

Ф1/г.2

I

X

X

/-fX

/7

X

Фиг.З / /

-fX