СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР Советский патент 1994 года по МПК H01L21/331 

Изобретение относится к микроэлектронике.

Цель изобретения - увеличение критического тока коллектора транзистора.

На фиг. 1 показаны высоколегированная подложка 1 с эпитаксиально наращенным коллекторным слоем 2 р-типа проводимости, n-типа проводимости низколегированная базовая область 3 глубиной залегания 4 и маскирующий слой 5; на фиг. 2 - высоколегированная подложка 1 с коллекторным слоем 2, низколегированная базовая область 3 глубиной залегания 4, маскирующий слой, в котором одновременно с эмиттерным окном 6 вскрыто окно 7 под контактную базовую область, через которые сформированы часть высоколегированной базовой области 8 и контактной базовой области 9; на фиг. 3 - высоколегированная подложка 1 с коллекторным слоем 2, низколегированная базовая область 3 глубиной залегания 4, маскирующий слой 5, в котором через эмиттерное 6 и базовое 7 окна сформированы высоколегированная часть базовой области 8 и контактная базовая область 9 глубиной залегания 10 с областью их взаимного перекрытия 11; маскирующий слой 12, высоколегированная эмиттерная область 13 на стадии предварительного формирования; на фиг. 4 - транзисторная структура, включающая высоколегированную подложку 1 с коллекторным слоем 2 р-типа проводимости, низколегированную базовую область, 3 n-типа проводимости и глубиной залегания 4, маскирующий слой 5, контактную базовую область 9 глубиной залегания 10; область взаимного перекрытия 11 контактной базовой области р-типа проводимости; высоколегированную эмиттерную область 13 глубиной залегания 14; высоколегированную активную часть 15 базовой области, расположенную под эммитерной областью; область взаимного перекрытия 16 контактной базовой области, в которой на границе 17 с эмиттерной областью концентрации примеси в контактной базовой области менее концентрации примеси в высоколегированной активной части базовой области; металлизированные контакты 18 и 19 соответственно к базовой и эмиттерной областям.

П р и м е р. На высоколегированную подложку кремния 1 р-типа проводимости, легированную бором до удельного сопротивления ρ= 0,005 Ом см, осаждают эпитаксиальным наращиванием коллекторный слой 2 р-типа проводимости удельным сопротивлением ρ= 5 Ом ˙см (N = 2х10¹⁵ см^-3) и толщиной эпитаксиального слоя 15 мкм. Эпитаксиальным наращиванием создают и низколегированную базовую область 3 n-типа проводимости с концентрацией примеси N = 4х10¹⁵ см^-3 и глубиной залегания 4, равной 6 мкм. Термическим окислением в комбинированной среде сухого, увлажненного водяными парами и вновь сухого кислорода при температуре 1050^оС получают маскирующий слой 5 двуокиси кремния SiO₂ толщиной 0,65 мкм (см. фиг. 1).

Фотогравировкой в маскирующем слое 5 вскрывают одновременно окна 6 и 7 соответственно под эмиттерную 8 и под контактную базовую 9 области (см. фиг. 2), через которые, не снимая резиста, осуществляют высоколегированную "загонку" базовой примеси имплантацией ионов фосфора на ионно-лучевом ускорителе типа "Везувий" энергией Е = 100 кэВ и дозой Д = 360 мкКл/см².

Указанное одновременное вскрытие эмиттерного и базового окон и одновременное формирование через них высоколегированных контактной базовой 9 и активной базовой 8 областей обеспечивает их равномерное и самосовмещенное по ширине перекрытие 11. Это обеспечивает равномерность токораспределения структуры по всему периметру эмиттерной области и по толщине активной базовой области под эмиттером.

После удаления фоторезиста осуществляют разгонку фосфора вначале в кислородной, а затем в нейтральной среде азота до глубины залегания 10 (X_n+ = 4,2 мкм) контактной базовой области 9 и высоколегированной активной части базовой области 3 (Х_n- = 6 мкм) на толщину высокоомной активной части базовой области, расположенной под ее высоколегированной частью 15 под эмиттерной областью 13 (см. фиг. 3 и 4). При проведении термического перераспределения базовой примеси или последующем формировании эмиттерной области 13 на полную ее глубину залегания 14 образуют область взаимного перекрытия 11 (см. фиг. 3) контактной базовой области 9 и высоколегированной активной части базовой области 8 с поверхностной концентрацией легирующей примеси на уровне 2х10⁹ см^-3, т. е. более общепринятого уровня (3 - 7)х10₁₈ см_-3.

Далее на поверхность структур наносят маскирующий слой 12 фоторезиста, в котором гравировкой вскрывают ранее открытое в маскирующем слое SiO₂ 5 эмиттерное окно 6 и, не удаляя остаточного от термической разгонки слоя SiO₂, осуществляют формирование высоколегированной эмиттерной области 13 (см. фиг. 3. Примесное легирование осуществляют имплантацией ионов бора из BF₃ на ионно-лучевом ускорителе типа "Везувий 5" в режимах Е = 120 кэВ и Д = 2000 мкКл/см².

Термическую разгонку эмиттерной примеси осуществляют после удаления фоторезиста на глубину 14≈3 мкм, т. е. менее глубины залегания 10 ≈4,2 мкм контактной базовой области 9 на величину 1,2 мкм, не превышающей диффузионной длины неосновных носителей тока (дырок для p-n-p-транзистора), инжектируемых из эмиттера в базовую область, и равной L_р = L_p= = 10 мкм. При этом обеспечивают выход контактной базовой области 9 в высоколегированную базовую область 15, но не более чем до ее взаимного перекрытия 16 с эмиттерной областью 13, при котором концентрация примеси в контактной базовой области 9 на границе 17 с эмиттерной областью 13 менее концентрации примеси в высоколегированной базовой области 15, расположенной под эмиттерной областью (N = 3х10¹⁷ см³). Геометрически это значит, что указанную границу 17 формируют под маскирующим слоем 5 в его половине, ближайшей к эмиттеру.

Затем вскрывают контакты и осуществляют токоразводящую разводку, формируя металлизированные алюминием контакты 18 и 19 соответственно к базовым 9 и эмиттерным 13 областям.

Превышение разницы в глубинах залегания эмиттерной 13 и контактной базовой 9 области более L_р является нецелесообразным из-за снижения коэффициента переноса неосновных носителей в базе.

Увеличение глубины 14 начнет снижать пробивное напряжение и коллектор-база V_КБО, и коллектор-эмиттер V_КЕО из-за ограничения расширения объемного заряда перехода коллектор-база в базовую область.

Разница в глубинах залегания областей 9 и 13 менее диффузионной длины L_р обеспечивает ограничение растекания неосновных носителей тока в области перекрытия 11, а результирующее встроенное электрическое поле в этой области направляет инжектированные периферийными участками эмиттерного перехода носители к коллекторному переходу. Тем самым уменьшается рекомбинационная составляющая базового тока и увеличивается критический ток коллектора, обеспечивающий усиление транзистора при увеличенных плотностях эмиттерного и коллекторного токов.

Неосновные носители тока, инжектируемые эмиттером любой периферийной и плотной его частью, в большем количестве попадают в базовую область, а далее по наикратчайшему пути с минимальными потерями на рекомбинацию через переход коллектор-база попадают в коллектор. Наличие высоколегированной контактной базовой области 9, находящейся только в частичном перекрытии с высоколегированной активной частью базовой области 15 или доходящей до взаимного перекрытия с эмиттерной областью, но с указанными соотношениями концентраций легирующих примесей, сохраняет и в области активной периферийной части базовой области необходимый градиент распределения примесей для создания ускоряющего поля для инжектированных неосновных носителей без снижения коэффициента инжекции и пробивного напряжения.

Равенство концентраций легирующей примеси в контактной базовой области на границе с эмиттерной областью концентрации примеси высоколегированной базовой области или в худшем случае превышение ее приводит к ограничению эффективности эмиттера в боковой его части и снижению критического тока коллектора, коэффициента усиления по току и к снижению пробивного напряжения эмиттер-база. (56) Авторское свидетельство СССР N 1192542, кл. H 01 L 21/18, 1983.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении биполярных приборов и интегральных микросхем на их основе. Цель изобретения - увеличение критического тока коллектора. После формирования низколегированной базовой области одновременно с эмиттерным окном вскрывают окна под контактную базовую область. Данная область формируется одновременно с высоколегированной базовой областью на глубину залегания низколегированной базовой области. После этого покрывают маскирующим слоем окно под контактную базовую область. Формируют эмиттерную область на глубину менее глубины залегания контактной базовой области на величину, не превышающую диффузионной длины неосновных носителей тока, инжектируемых из эмиттера в базовую область. Эта величина обеспечивает выход контактной базовой области в высоколегированную базовую область и не должна взаимно перекрываться с эмиттерной областью. При этом концентрация примеси в контактной базовой области на границе с эмиттерной областью менее концентрации примеси в высоколегированной базовой области. 4 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР по авт. св. N 1192542, отличающийся тем, что, с целью увеличения критического тока коллектора, после формирования низколегированной базовой области одновременно с эмиттерным окном вскрывают окно под контактную базовую область, которую формируют одновременно с высоколегированной базовой областью на глубину менее глубины залегания низколегированной базовой области, после чего покрывают маскирующим слоем окно под контактную базовую область и формируют эмиттерную область на глубину менее глубины залегания контактной базовой области на величину, не превышающую диффузионной длины неосновных носителей тока, инжектируемых из эмиттера в базовую область, при этом контактная базовая область выходит в высоколегированную базовую область, но не более чем до ее взаимного перекрытия с эмиттерной областью, причем концентрация примеси в контактной базовой области на границе с эмиттерной областью менее концентрации примеси в высоколегированной базовой области.