СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИС НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Советский патент 1996 года по МПК H01L21/82 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления ИС высокой степени интеграции.

Цель изобретения повышение быстродействия ИС за счет уменьшения технологических размеров эмиттерных областей транзисторов.

На фиг. 1 8 изображены основные этапы технологического процесса изготовления транзисторной структуры.

Структура содержит монокристаллическую кремниевую подложку 1 p-типа проводимости, охранную область 2 p⁺-типа проводимости, эпитаксиальный слой 3 n-типа проводимости, изолирующую область 4, n⁺-скрытый слой 5, глубокий коллектор 6, первую пленку 7 поликремния, локально прокисленную область 8 поликремния, первую диэлектрическую пленку 9, окно 10 под активную часть базовой области и эмиттера, диэлектрическую пленку 11 для формирования пристеночных элементов диэлектрика, вторую пленку 12 поликремния, планаризующую диэлектрическую пленку 13, пассивную и активную области базы 14, эмиттерную область 15, контактные окна 16 и 17 соответственно к базе и коллектору, металлизации 18 20 соответственно к эмиттеру, базе и коллектору.

В кремниевой подложке 1 p-типа проводимости с объемным сопротивлением ρ_v= 10 Ом^oсм формируют, например, ионным легированием сурьмы с последующим термическим отжигом сплошной скрытый слой 5 n-типа проводимости с поверхностным сопротивлением R_s 30 50 Ом/кв и глубиной залегания p-n-перехода X_j 2 3,5 мкм.

Наращивают эпитаксиальный слой 3 n-типа проводимости с ρ_v=1,0 Ом•см и толщиной 1,75 мкм. Эпитаксиальный слой маскируют диэлектриком (SiO₂-Si₃N₄) и с применением фоторезестивной маски плазмохимически травят эпитаксиальный слой, n⁺-скрытый слой и часть подложки. Ионным легированием формируют на дне охранные канавки p⁺-области 2, проводят окисление стенок канавки, осаждают пленку нитрида кремния и двуокиси кремния, заращивают канавки поликремнием осаждением при пониженном давлении при 640^oC и давлении 60 Па. Проводят планаризацию поликремния по всей поверхности подложки с частичным удалением поликремния из канавки на 300 нм и осуществляют окисление поликремния при 850^oC под давлением 10 атм на толщину 500 нм. Удаляют с меза-областей двойной диэлектрик и осаждают первую пленку 7 поликремния толщиной 300 нм при 620^oC и давлении 30 40 Па.

Маскируют первую пленку поликремния нитридом кремния толщиной 150 нм, например, осаждением из паров дихлорсилана и аммиака при 900^oC и давлении 50 Па. Методом фотолитографии травят нитрид кремния и осуществляют локальное прокисление поликремния. Через нитрид кремния ионным легированием вводят бор (энергия ионов E=120 кэВ, доза 3,75•10¹² см^-2) в слой поликремния и осаждают пленку оксида кремния толщиной 300 нм из паров дихлорсилана и закиси азота при 850^oC и давлении 60 Па. Под защитой фоторезиста плазмохимическим травлением удаляют оксид кремния, нитрид кремния и первый слой поликремния до эпитаксиальной пленки, формируя окно 10 под активную базу и эмиттер (фиг. 1). Из паров дихлорсилана и закиси азота при 850^oC и давлении 60 Па осаждают пленку оксида кремния толщиной 60 нм, а из паров дихлорсилана и аммиака при 620^oC пленку нитрида кремния толщиной 150 нм, формируя двухслойную диэлектрическую пленку 11 (фиг.2).

Ионно-реактивным травлением удаляют эту пленку со дна вытравленного окна (фиг. 3) и осаждают вторую пленку 12 поликремния толщиной 150 нм при 620^oC и давлении 40 Па (фиг.4). Ионно-реактивным травлением удаляют вторую пленку поликремния с горизонтальных участков, оставляя ее на боковых стенках эмиттерного окна (фиг.5). В плазме ВЧ-тлеющего разряда в емкостном плазмохимическом реакторе из паров моносилана и кислорода при давлении 2 5 Па и 250^oC осаждают планаризующую пленку оксида кремния толщиной 0,5 0,6 мкм (фиг. 6). Ионно-реактивным методом травят планаризующую пленку до вскрытия второй пленки поликремния (фиг. 7). Проводят ионное легирование бором (энергия ионов E= 30 кэВ и доза 6,25•10¹³ см^-2) и легирование мышьяком (энергия ионов E=75 кэВ и доза 9,4•10¹⁵ см^-2) второй пленки поликремния. Осуществляют термический отжиг структуры в инертной среде при 1000^oC в течение 40 мин. При этом в результате диффузии бора и мышьяка из поликремния формируются область базы 14 и эмиттерная область 15.

Получают следующие параметры транзисторной структуры:
X_j=300 нм, X_j=350 500 нм, X_j=200 350 нм;
R_s= 650 Ом/кв (активная база), R_s=70 80 Ом (пассивная база), R_s=35 50 Ом/кв (эмиттер).

С помощью фотолитографии и плазмохимического травления вскрывают контактные окна в оксиде кремния к базе и коллектору, напыляют алюминий и формируют с помощью фотолитографии разводку (фиг.8).

Использование данного способа изготовления транзисторной структуры в составе биполярных ИС обеспечивает по сравнению с существующими способами уменьшение более чем на порядок размера (ширины) эмиттера, определяющего емкость эмиттера и быстродействие транзисторной структуры. Планаризация рельефа в окне эмиттера повышает надежность транзисторной структуры.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления ИС высокой степени интеграции. Цель изобретения - повышение быстродействия ИС за счет уменьшения топологических размеров эмиттерных областей транзисторов. Для этого в процессе изготовления ИС после формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытым слоем и боковой диэлектрической изоляцией на поверхность эпитаксиального слоя осаждают первую пленку поликремния, локально прокисляют ее вне базовых областей транзисторов, легируют примесью для последующего формирования пассивной базы, маскируют диэлектрической пленкой. Далее в диэлектрической пленке и первой пленке поликремния вскрывают окна под области активной базы и эмиттеров и формируют во вскрытых окнах пристеночные элементы диэлектрика, изолирующие торцовые поверхности первой пленки диэлектрика. Затем осаждают вторую пленку поликремния, плазмохимически стравливают ее с горизонтальных поверхностей структуры, оставляя ее участки на торцовых поверхностях пристеночных элементов диэлектрика, проводят планаризацию структуры методом осаждения диэлектрической пленки и ее травления до вскрытия пленок поликремния. В заключение в процессе термообработки диффузией примесей из пленок поликремния создают базовые и эмиттерные области, формируют контакты к ним и металлизацию. Способ позволяет уменьшить размеры эмиттеров транзисторов с величин, определяющихся предельными возможностями литографии, до величин, соответствующих толщине пленки поликремния, что снижает емкость эмиттерного p-n-перехода и повышает быстродействие транзисторов. 8 ил.

Способ изготовления ИС на биполярных транзисторах, включающий формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости высоколегированных областей второго типа проводимости под скрытый слой, наращивание эпитаксиального слоя второго типа проводимости, создание охранных областей первого типа проводимости под области изоляции, формирование областей изоляции и глубокого коллектора, осаждение на поверхность эпитаксиального слоя первой пленки поликремния, ее локальное прокисление вне базовых областей транзисторов, ее легирование примесью первого типа, формирование первой диэлектрической пленки, вскрытие в ней окон под эмиттерные области транзисторов, вытравливание во вскрытых окнах первой пленки поликремния, формирование пристеночных элементов диэлектрика, изолирующих торцевые поверхности первой пленки поликремния в окнах, осаждение второй пленки поликремния, формирование пассивных и активных базовых областей и эмиттерных областей диффузией примесей из пленок поликремния, создание контактов к ним и металлизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия ИС за счет уменьшения топологических размеров эмиттерных областей транзисторов, после осаждения второй пленки поликремния плазмохимически стравливают ее с горизонтальных поверхностей, оставляя поликремний на торцевых поверхностях пристеночных элементов диэлектрика, изолирующий торцевые поверхности первой пленки поликремния, затем осаждают вторую диэлектрическую пленку, ее травление до вскрытия поликремния планаризуют полученную структуру, после чего формируют пассивные и активные базовые области, эмиттерные области, контакты к ним и металлизацию.