СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО КРЕМНИЕВОГО ПЛАНАРНОГО ТРАНЗИСТОРА Советский патент 1971 года по МПК H01L21/31 

Изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов, В частности, кремниевых высокочастотных планарных транзисторов.

Известен способ изготовления высокочастотного кремниевого планарного транзистора, налример, п-р-п типа, по которому с помощью набора фотошаблонов и применяемых в определенной последовательности операций диффузии, окисления кремния и селективного травления окисла достигают образования транзисторной структуры. В процессе создания областей я-типа путем диффузии фосфора В полученный диффузией слой р-типа через окна В окисле кремния на поверхности окисла образуется тонкий слой фосфорносиликатного стекла. Ввиду того, что типовой фоторезист обладает плохой адгезией к фосфорносиликатному стеклу, последнее полностью удаляют с поверхности окисла. Далее на поверхность окисла наносят фоторезист, экспонируют его через соответствующий фотошаблон, задубливают фоторезист прн температуре, как правило, 140-160°С В течение 50-60 мин, после чего протравливают в соответствии с полученны.м на фоторезисте рисунком окна в окисле до вскрытия э.миттерных и базовых областей транзистора, к которым затем путе.м вакуумного напыления алюминия создают омические контакты. При этом типовой фоторезист имеет

намного лучшую адгезию к окислу кремния, чем к фосфорноспликатному стеклу.

В то же время адгезия фоторезиста к окислу кремния не вполне совершенна, и контуры

окон В окисле кремния получаются недостаточно четкими, что сказывается, в первую очередь, на частотных свойствах транзисторов. Кроме того, для планарных многоэмиттерны транзисторов, у которых расстояние между

эмпттерной и базовой областями составляет В плане 4-6 мкм и менее, возможно перемыканне зтих областей за счет растравливания краев окон, что приводит к уменьшению выхода годных изделий. Известно , что

окисел кремния является недостаточной защитой для тела коллектора планарного транзистора от нроникновення -в него алюминия, оставшегося на поверхности окисла при созданнн контактных площадок (из-за наличия дефектов В окисле).

Имеет место взаимодействие алюминия с окислом кремния Si02 при вжигании алюминия и последующих высокотемпературных сборочных операцпях. Возможно образование неПОДВИЖНОГО положптельного заряда в слое окпсла кремния за счет создания дополнительных кислородных вакансий в окисле, обусловленных адсорбцией алю.минием атомов кислорода. Защитные свойства окпсла кремния

ионов щелочных металлов в этот слой прл многократно повторяющейся операции отмывки поверхиости кремниевой нластииы.

Все эти недостатки приводят к деградации параметров транзисторов и иопижепию процента выхода годных изделий.

Цель изобретения - улучшение количества транзисторов и повышение проце)гга выхода годных изделий.

Цель достигается уплотнением поверхности фосфорносиликатного стекла, образующего дополнительный к окислу кремния пассивирующий слой, и улучшением адгезии типового фоторезиста к фосфорносиликатному стеклу.

Для этого после создания слоя фосфорпосиликатного стекла на поверхности окисла кремпия книятят кремниевую пластину в азотной и серной кнслотах, термообработку ее в атмосфере сначала влажного, а затем сухого кислорода и задубливание экепонированного фоторезйста при температуре 220-23()С в течение 25-30 мин.

Способ изготовления планарного транзистора испытан в лабораторпых п заводских условиях.

Примером технического осуществления данного способа может служить изготовление кремииевого планарпого многоэмиттерного транзистора п-р-п тина с шириной эмигтерной полосы 4 мкм и базовой полосы 6 м.км нри расстоянии между ними 4-6 MKAI, работающего иа частотах порядка 400 Мгц.

В качестве исходного материала исг10льзуют нластины марки КЭФ 15/05. Базовые и эмиттерные слои образуют с номощью диффузии по известной планарной технологии. Слой фосфорносилнкатного стекла образуется на поверхиости защитного окисла одновременпо с созданием эмиттерной области ;г-тппа. Диффузию фосфора проводят в два этапа. Первый этан («загонку фосфора) нроводят при темиературе 1060°С, а второй («разгоику фосфора) при температуре 940°С, причем время второго этапа увеличивают до 12-14 мин с целью получения более толстого слоя фосфориосиликатного стекла.

Процесс диффузии фосфора и образование фосфорносиликатного стекла производят в атмосфере сначала влажного, а затем сухого кислорода, причем время пропускания влажного кислорода но предлагаемому способу увеличено. Пропускание сухого кислорода в конце процесса диффузии способствует уплотнению слоя стекла и уменьшению количества растворенной в нем воды. Таким образом, фосфорносиликатное стекло в предлагаемом способе не только не удаляют с поверхности окисла, но принимают меры для увеличения толщины и повышения плотности его слоя. После образования слоя фосфорносиликатното стекла на поверхности окисла кремниевую пластину дважды помещают в кипящую азотпую кислоту и держат ее там до полного обесцвечивания кислоты. Затем пластину погружают на 2-5 мин в кипящую серную кислоту.

В известном способе операции кипячения в кислотах па данной стадии формирования транзисторной структуры не производили. Результат введения этих операций - уплотнение слоя фосфорпосиликатного стекла, частичное гаращиваиие окисла кремния и вымывание избытка фосфора с новерхности фоефорпосиликатпого стекла (как показали ранее проводившиеся исследования, именно присутствие

фосфора на поверхности слоя стекла обусловливало возникновение в neiM дополннтельиых дислокаций, за счет чего значительно ухудшались адгезионные свойства стекла).

Цепосредственно после кипячения кремпиевой пластины в кислотах проводят термообработку ее при температурах 900-940°С спачала во влажном, а затем в сухом кислороде. Назначение ее дополнительно унлотнить слой стекла. Одновременно с этим увеличивается

толщина слоя окисла кремния.

Далее иа поверхпость фосфорносиликатпого стекла папосят фоторезист, экспонируют его через соответствующий шаблон, снимая защит ый слой под эмиттерные и базовые контакты, и задубливают экспонированный фоторезист при температуре 220-230°С в течение 25-30 мин с тем, чтобы повысить качество фоторезистивпого слоя и улучщить его адгезию к фосфорносиликатному стеклу. В известном снособе задубливание эксноиированного фоторезиста, нанесенного на поверхность окисла кремния, проводили при температуре 100-140°С в течение 50-60 мин. Задублепный фоторезистивный слой нроязляют, после чего вытравливают окно в запретнод: слое для создания контактных площадок на эмиттерных и базовых областях буферным травлением с нри.меиением плавиковой кислоты и фтористото аммония.

На границе раздела фоторезистивиого слоя и слоя фосфорносиликатного стекла скаиливаются пузырьки газа SiF.i, которые, проникая под слой фоторезиста, создают дополнительные панряжения на этой границе, из-за чего в

слое фоторезиста образуются трещины. Повышение содержаиия фтористого аммония в буферном травителе приводит к увеличению концентрации отрицательных иопов фтора в растворе, которые связывают выделяющийся

51р4 в катион SiFg . Таким образом, разрушающее действие продуктов реакции на границе проявленного слоя фоторезиста и фосфорносиликатного стекла сводится к минимуму.

В результате применения новых операций в процессе изготовления высокочастотного кремниевого планарного транзистора возникает дополнительный изолирующий слой фосфорпосиликатного стекла, обладающий хорошими

диэлектрическими и химическими изолирующими свойствами. Улучшаются также защитные свойства окисла кремния и пассивирующие свойства защитиого слоя в целом за счет того, что содержащийся в фосфорносиликатном

Р205 отдает избыточны кислород слою окисла кремния SiOo, что способствует уменьшению кислородных вакансий и вызванного ими неподвижного положительного заряда в приповерхностной части окисла.

За счет увеличения толщины окисла кремния увеличена толщина защитного слоя в целом. Уплотнение слоя фосфорносиликатного стекла делает его хорошей маской от проникновения ионов щелочных металлов и алюминия через защитный слой в тело коллектора.

Нанесение фоторезистивного слоя на поверхность уплотненЕЮго слоя фосфорносиликатного стекла, а также задубливание его в указанно.м режиме улучшает адгезию типового фоторезиста к пасснвпруюнтему слою п в сочетании с применением травителя, содержащего повышенное количество фторида алшония, улучшает качество фотогравировки.

Применение описанного способа не вносит сколько-нибудь существенных усложнений в существующий процесс создания планарных высокочастотных транзисторов и не требуег применения нового специального оборудования.

Предлагаемый способ позволяет повысить выход годных приборов после вл игания алюминия на 11,5%.

Предмет изобретения

Способ изготовления высокочастотного кремниевого планарного транзистора, включающпй операции создания слоя фосфорносиликатного стекла на повер.хности окисла кремния, задубливания экспонированного фоторезиста, нанесенного на поверхность нассивирующего слоя, вытравливания окон в пассивирующем слое одновременно над эмиттерными и базовыми областями для создания омических контактов к ним, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества транзисторов, после операции создания слоя фосфорносиликат

ного стекла проводят кипячение кремниевой пластины в азотной и серной кислотах, термообработку ее в атмосфере сначала влажного, а затем сухого кислорода и задубливание экспонированного фоторезиста при температуре

220-230 С в течение 25-30 мин.