Способ изготовления мощных ВЧ транзисторных структур Советский патент 1993 года по МПК H01L21/02 

)я4

Virf

Ue

V©

Ьд

Изобретение относится к области микроэлектроники, преимущественно к технологии изготобления транзисторов.

Известен способ изготовления МОПтранзистора с двойной самосоемещеиной диффузией,

Этот способ предполагает формирование через окно в маскирующем покрытии диффузионной области с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки, а затем через это же окно - вновь диффузионной области с типом проводимости, противоположным типу первой диффузионной области и перекомпенсирующим его. Область между двумя р-п переходами, образовавщуюся в результате разной глубины залегания двух диффузионных слоев и выходящую на поверхность, используют как подзатворную область МОП-транзистора, по которой инверсионным сан ая ом исток связывается со стоком. Прямого контакта к полученной прдзатворной области не делают из-за особенностей работы МОП-транзистора,

Известен способ изготовления мощного 84 транзистора с поверхностной конфигурацией эмиттера в виде гребенки с волнистой границей эмиттер-базового р-г перехода.

По этому способу с одной стороны полупроводниковой пластины для образования структуры транзистора формируют эмиттер с волнистой формой эмиттер-базового перехода. При этом расстояние между р-п переходами эмиттер-база и база-коллектор на поверхности пластины получают переменной величины и большим, чем в объеме, т.е. инжекционная эффективность эмиттера неодинакова по периметру, и область активной базы фактически ограничена площадью эмиттера и, если остальная область базы, выходящая на поверхность (пассивная база), с одной из сторон эМиттёра служит для осуществления контакта к базе транзисто-, ра, то с остальных сторон наличие Г1ассивйой базы лишь увеличивает геометрические размеры структуры и ухудщает ее латеральные характеристики. Кроме того, в структуре транзистора происходит искривление диффузионного фронта базовой .области, обусловленное эффектом эмиттерного вытеснения базовой примеси (например, влиянием примеси фосфора на диффузионный фронт примеси бора), что ослабляет пробив ные напряжения и усилительные свойства, транзистора. Ухудшает характеристики транзистора в боковом направлении в области перехода эмиттер-база и то обстоятельство, что эмйттерная примесь ко пёнсирует базовую на поверхности где концентрация

примеси выше, чем в объеме. Следствием этого является сужение области обьемногозаряда эмиттер-базового перехода, что приводит к уменьшению пробивного напряжения Убэ и инжекциОнной эффективности (эмиттера /у) в целом.

Известен способ изготовления мощных ВЧ транзисторных структур, включающий диффузию контактной примеси в полупровoднйк08VЮ подложку через маскирующее покрытие, создание в маскирующем покрытии окна под диффузию базовой и эмиттерной примесей, диффузионное легирование для создания базовой, а затем эмиттерной

областей. В этом способе с целью получения мелкрйбазовой области эмиттерную и базовую области создают диффузией через одно и то же окно в маскирующем слое на поверхности полупроводника, контакт к эмиттерной .™. создают через то же окно, а базовый контакт подводят через отдельное окно, причем справа в маскирующем слое создают базовое контактное окно, а затем область того же типа проводимости, что и

базовая область, которая устанавливает соединение с базовой областью и диффундирует в полупроводник через базовое контактное окно, затем создают эмиттерное контактное окно и осуществляют базовую м

змиттерную диффузию. Базовое контактное окно составляют открытым во время базовой и эмиттерной диффузии. В этом случае осуществляют Диффузию примесей в базовое контактное окно с такой высокой поверхностной концентрацией (для кремниевого п-р-п транзистора поверхностная концентрация бора ), что не происходит изменения типа проводимости, несмотря на противоположное легирование эмиттерными примесями (для фосфора поверхностная концентрация 2-10 см ): При диффузии в базовое контактное окно проводимость этой области не остановится ниже величины, необходимой для соединения базы с

базобым электродом. Глубина диффузионной области в контактном окне больше, чем в базовой области. Между базовым контактным 6кнс|м и эмиттерным контактным окном находится слой диэлектрика шириной

менее суммы глубин проникновения под него базовой области и базовой контактной области 2-5 мкм.

Недостатком способа является то, что перекрытие контактной и основной базовой области происходит под узкой перемычкой маскирующего слоя между окнами под контактную и основную базов-ую диффузию в пределах очень тонкой базовой области ( 1 мкМ. а для ВЧ транзисторов

0.3 мкМ) и составляет некоторую ее масть, т.е., во-первых, необходимо перекрытие двух диффузионных областей их боковыми искривленными диффузионными фронтами, в результате чего в месте их перекрытия уменьшается глубина залегания диффузионных слоев основной и контактной базовых областей, ведущее к ослаблению свойств р-п перехода коллектор-база. Вовторых, диффузионный фронт высоколегированной контактной диффузии (для бора в п-р-п транзисторе поверхностная концентрация см . доя фосфора в р-п-р транзисторе 1-20 см .т.е. предельная концентрация растворимости примеси) не должен касаться объемного заряда эмиттер-базового р-п перехода и. тем более, самого бокового диффузионного фронта эмиттерной области, что приводит к уменьшению как эффективности эмиттера, так и пробивного напряжения перехода эмиттербаза.

Перекрытие вышеупомянутых диффузионных областей проводят под маскирующим покрытием шириной менее суммы глубин проникновения под него двух диффузионных областей, т.е. процесс очень критичен не только к очень тонкому согласованию параметров диффузионных слоев, но и требует фотографирования с высоким разрешением со строго контролируемым боковым подтравливанием маскирующего промежутка между окнами для диффузии. Уменьшение же толщины маскирующего слоя для уменьшения величины бокового подтравлмвания при фотогравировке ограничено услрвием эффективного маскирования по меньшей мере двух диффузией: высоколегированной контактной и основной базовой, а также и эмиттерной.

Описанное выше свидетельствует о сложности способа и невысоких частотных характеристиках, так как способ е конечном счете не Г1ОЗволяет получить очень мелкие диффузионные области.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение предельных частот усиления.

Цель достигается тем. что диффузию контактной примеси осуществляют в окислительйой атмосфере до поверхностной концентрации одного порядка с концентрацией на границе перехода эмиттер-база, а окно под диффузию базовой и эмиттерной примесей выполняют смыкающимся с окном под контактную диффузию или частично его перекрывающим.

При такой совокупности операций приемы фотолитографии на этапе создания

контактной, базовой и эмиттерной областей становятся некритичными, так как соединение базовой и контактной областей при диффузии происходит не в области тонкой базы, а за ее пределами, без уменьшения глубины залегания диффузионных слоев базовой и контактной областей.

Таким образом, полностью исключаются изложенные выше недостатки способапрототипа.

На фиг. 1-4 показаны основные этапы изготовления транзисторной структуры с частично перекрывающимися окнами под контактную и базовую диффузии; на фиг.5-9 - то же, со смыкающимися окнами.

На исходном полупроводниковом теле, например, п-типа проводимости, - подложке 1, создают маскирующее покрытие 2, затем через окно 3. вскрытое в этом покрытии, формируют диффузионную контактную область 4 с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки.

в процессе диффузии на поверхности окна выращивают или осаждают закрытое покрытие 5. Далее, фотогравировкой открывают окно 6. имеющее перекрытие 7 с окном 3. Через окно 6 последовательно с помощью диффузии формируют основную базовую область 8 и эмиттерную 9. Затем создают (возможно - в процессе диффузии) изолирующее покрытие 10. Далее вскрывают контактные окна 11 и 12 и проводят диффузию подлегирования с образованием области 13 в контактной области 4 с последующим созданием контактной металлизации 14 и 15 к эмиттерной и базовой областям.

Контакт к коллектору п-р-п транзисторной структуры осуществляют через другую сторону подложки.

Смыкание окон под контактную и базовую диффузии, позволяющее получить минимально необходимое перекрытие диффузионных областей, получают при использовании дополнительного маскирующего покрытия, например нитрида кремния со свойствами, резко отличными от свойств маскирующего покрытия 5. например двуокиси кремния.

При этом после создания на подложке 1 в маскирующем покрытии 2 окна 3 на всю поверхность осаждают маскирующее покрытие 16 и фотогравировкой оставляют в окнах 3 участки покрытия 17. После этого проводят диффузию для формирования контактной области 4. В процессе диффузии на поверхности окна 3, свободной от маскирующего покрытия 16, ныращивают защитное покрытие 5. Далее удаляют участки 17 маскирующего покрытия 16 и в открывшееся окно проводят посл€ довательно диффузию базовой и эмиттерной примесей для образования п-р-п структуры транзистора. Последую1цие этапы аналогичны показанным на фИГ.З и 4. .,; ;;.

.Пример 1. Для осуществления способа полупроводниковую подложку йрёмния п-тйпа Подвергают термическому окислению 8 комбинированном режиме в среде сухого и увлажненного парами воды кислорода при looo-iaoo c.

Фотогравировкой в выращенном окисле 2 кремния вскрывают окно 3 для образования диффузионной области 4 под контакт к базе, область 4 формируют имплантацией бора или диффузией из борного ангидрида ВаОз приТ 940°С доКз 70-100 Ом/квадрат. После снятия боросиликатного стекле при дальнейшей разгонке примеси в окисляющей среде кислорода на поверхности окна выращивают маскирующую пленку 5Ю2 достаточной толщины (0,6-0.9 мкм) для маскирования последующей дифффузии. В процессе этого окисления и последующих диффузий концентрация примес на поверхности кремния в окне под окислом уменьшается за счет сеграцми бора границе раздела кремний еуокись кремния до значений NsH5-10-1-10).

Необходимо, чтобы это значение NSI было такого же порядка, что и на границе эмиттер-базового перехода иниже поверхностной концентрации в окне 6 после сформирования основной базовой области 8.

Для формирования базовой области.

Диффузию базовой примеси (I стадий} приводят из В20з и дальнейшую ее разгонку (И стадий) ведут в неокисляющей поверхности кремния атмосфере, например аргоне или азоте, для значения поверхностной концентрации IMsHS-IO . Поскольку И стадия диффузии ведется б инертной среде, to значение поверхностной концентрации изменяется в меньшей степени и сохраняется высбким. В силу этого I стадию диффузии формируют из расчета необходимого конечного значения концентрации Ns2(5-1o®-riO /см . После этого, в то же окно б проводят диффузию фосфора для формирования эмиттера 8. Диффузионная эмиттернгк область при этом самосовмещается с базовой. В результате граница компенсирования базовой примеси эмиттерной проводят не на поверхности базовой области и под окислом с уменьшающимся уровнем концентрации базовой примеси до Ns3-5 10 см .

Уровень пробивных напряжений перехода эмиттер-база обеспечивают выбр&нн ым значением nOlё xl octнoй

концентрации примеси NSI в контактном окне.

В то же время переходное сопротивление контакта к базовой области остается

достаточно малым и может быть еще уменьшено при увеличении уровня легирования базы до 10 см (и соответствующего ему увеличения уровня легирова ния контакта и базе) при сохранении величины

прибиеногогнагтряжения перехода эмиттербаза на уровне транзистора 2Т930А.

Кроме того, самосовмещение внешних границ эмиттерной и базовой области не выявляет искривление фронта базовой примеси, как следствие эффекта эмиттерного вытеснений базовой примеси, что улучшает как пробивное напряжение обоих р-п переходов, так и усилительные свойстеа транзисторов, .

Эмиттерную область 9 формируют диффузией, например, фосфора из РоС1з при 950-1050°С до см с перекрмпенсацией проводимости до п-типа. На поверхности окна б образуется слой

фосфорссияикатного стекла 10, в котором вскрывают контактное окно 11 под металлизацию эмиттера, одновременно вскрывают контактное окно 12 к базовой области. Проведение диффузии эмиттерной примеси

возможно и другим способом Без выращиваний ,ФС стекла. В этом йлучае при открытом эммттерном окне открывается лишь базовое контактное окно.

При невысокой конечной ( /см ) степени легирования контактной базовой области при открытых контактах и к эмиттеру и к базе проводят диффузию подЛегирования базовой области с поверхностной концентрацией см меньшей,

чем в эмиттере, для исключения его nepsкомпенсации. Далее следует создание конТакта с помощью металли;зации 14 и 15, например, алюминием к открытым контактным окнам.

П р и м е р 2. Полупроводниковую подложку кремния л-типа подвергают термическому окислению а комбинированном режиме в среде сухого и уелажненного парами воды кислорода при 1000-1200°С.

Фотогравировкой в выращенном окисле 2 кремния вскрывают окно 3, После этого наносяГтслйй нитрида кремния 16 толщиной достаточной для маскирования кремния от последующ4ах примесей. Затем проводят

фотогравировку по нитриду кремния, оставляя участ си нитрида 17 в окне 2. Далее формируют область контакта к базе или имг1лантацией бора или диффузией из борнорй амгидр(ида ВгОз при 940°С до Rs 70100 Ом/квадрат). После снятия боросиликатного стекла при дальнейшей разгонке примеси в окисляющей среде кислорода на поверхности окна 3 выращивают маскирующую пленку Si02 5 достаточной толщины для маскирования последующей диффузии. Условия по уровням концентраций такие же, как в примере 1. Затем в селективном травителе по SbN yдaляюt Локально участки 17 и проводят диффузию базовой примеси (1 стадия). Все последующие этапы изготовления п-р-п структуры аналогичны рассмотренным в примере 1. Ф брйу rt 0 W3O 6 ре те н и я СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНЫХ 84 ТРАМЗИСТОРНШ СТРУКТУР, включающий диффузию контактной примеси 8 полупроводниковую подложку через маскирующее покрытие, создание в маскирующем покрытии окна под диффузию базо&ой и эмйттерной примесей, диффузионное легиробание для создания базовой, а затем змиттерной областей, отличающийся тем. что. с целью упрощения J Изобретение позволяет упростить способ изготовления транзисторов ряда типов за счет отсутствия критичных операций фотолитографии. Кроме того, изобретение позволяет получить тонкие диффузионные области, а также улучшенные частотные характеристики. (56) Альтман. О новинках на международных конференциях по твердотельным схемам. Электроника, № 26, 1975, с.72-73. Полупроводниковые приборы ЧТУ 1175 (ЧТУ а АО 339.036ТУ 22.11.76. Транзисторы типов 2Т930А, 2Т9306Б). Патент США № 3698077. кл. 29-578. опублик. 1968. способа и повышения предельных частот СИяения, диффузию контактной примеси существляют в окислительной атмосфере до поверхностной концентрации , одного порядка с концентрацией на границе перехода эмиттер-база, а окно под диффузию. базовой и эмйттерной примесей выполняют смыкающимся с окном под контактную диффузию или частично его перекрывающим, /

ф1/г.

705924

(Pi/г.з

ФигА

fS

л 3

Фиг.6

f .

Фиг 7

сриг.§