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

Изобретение относитсяк области злек троники и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов, в частности дискретных транзисторов и интегральных схем.

Целью изобретения является повышение граничной частоты усиления транзисторной структуры.

На фиг. 1 показана высоколегированная полупроводниковая подложка 1 с высокоомным эпитаксиально наращенным коллекторным слоем 2 того же типа проводимости, что и подложка и высоколегированным эпитаксиальным базовым слоем 3: на фиг. 2 диффузионные базовые слои 4; маскирующий диэлектрический слой 5; на фиг. 3 области 3, 4, окно 6. через которое сформирован эмиттер 7 и маскирующей диэлектрический слой 8; на фиг. 4 - контактные окна 9, 10; 11, 12 - металлизированные контактные площадки к змиттерной и базовой областям соответственно; разделительная

изоляция, состоящая из канавки 13 и маскирующего диэлектрического слоя 14.

П р и м е р. На высоколегированную полупроводниковую подложку 1 (фиг. 1) ртипа проводимости с удельным сопротивлением 0,01 Ом.см осаждают эпитаксиальным

Ю О наращиванием коллекторной слой 2 того же типа проводимости, что и подложка, но

о большого сопротивления (1-25) Ом-см и с постоянной концентрацией легирующей примеси бора по толщине слоя.

На поверхность слоя 2 наносят также

ю эпитаксиальным наращиванием легированный фосфором базовый слой 3, но уже противоположного подложке п-типа проводимости. Степень легирования выбирают на уровне (1-5) -10 см при толщине слоя 0,5-5 мкм в зависимости от требований к граничной частоте усиления по току транзисторной структуры.

При необходимости получения более высокочастотных свойств транзисторных

структур соответственно формируют малые толщины базового эпитаксиального слоя с тем, чтобы при последующих термических операциях сохранить малую величину базовой диффузионной области, находящейся в необходимом соответствии с глубиной залегания эмиттерной области.

Так при низкотемпературном (1283 К) гидридном (из моносилана) процессе эпитаксиального наращивания тонких пленок ( 1 мкм) базового слоя 3. несмотря на относительно высокую степень легирования базовая примесь практически мало разгоняется в высокоомный коллекторный слой 2. И только при более высокой температуре процессов последующего выращивания маскирующего диэлектрического покрытия двуокиси кремния 5 (фиг. 2) в комбинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода К) формируется базовый слой 4 (0,9 мкм) полученный термической диффузией из эпитаксиального слоя. Для более глубокой подразгонки базового диффузионного слоя используют отжиг в окислительной и нейтральной (азотной) средах при температуре 1373-1423 К.

Далее фотогравировкой в диэлектрическом слое 5 вскрывают окно 6, через которое загонкой бора из борного ангидрида (В20з) при температуре 1323 К с последующей термической обработкой в комбинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода ( К) формируют эмиттерную область 7 с маскирующим ее диэлектрическим покрытием двуокиси кремния 8, При этом область эмиттера 7 входит в диффузионный базовый слой 4, полученный диффузией из высоколегированного эпитаксиального слоя 3. Толщину базовой области выдерживают на таком же уровне (0,55 мкм), что и для транзисторных структур, полученных по чисто диффузионной технологии и обеспечивающих граничную частоту усиления по току ЗОО мгц. Затем фотогравировкой вскрывают контактные окна 9 и 10 к эмиттерной 7 и базовой 3 областям и проводят их металлизацию алюминием. Металл наносят обычным электронно-лучевым способом до толщины A-l,5 мкм и фотогравировкой разделяют металлизированные змиггерные 11 и базовые 12 контактные площадки.

Разделительную изоляцию получают фотогравировкой по диэлектрическому покрытию 5 и оттравливанием канавки 13 травителем по кремнию на основе

фтористоводородной и азотной кислот. Поскольку в результате травления открывается коллектор-базового р-п перехода, то ее дополнительно защищают двуокисью кремния, полученной, например, разложением моносилана в присутствии кислорода в плазме высокочастотного разряда.

Возможно разделительную изоляцию осуществить и изоляцией р-п переходом, то

есть отдельным проведением разделяющей р-диффузии сквозь базовые области 3 и 4 до смыкания с подложкой 2. Однако, такая диффузия, как правильно высоколегированная и, состоящая по меньшей мере из одной, но

высокотемпературной разгонки предварительно имплантированной примеси, вносит существенное изменение в диффузионное перераспределение базовой примеси, которое больще отвечает необходимости получения глубоких диффузионных слоев с широкой базовой областью, и следовательно, с меньшей граничной частотой усиления транзисторной структуры.

Таким образом, получают транзисторную структуру с базовой областью, имеющей равномерное легирование примесью по вертикальной границе эмиттерного р-п перехода и градиентное ее распределение под эмиттером. Диффузионное распределение примеси по толщине базовой области менее 1 мкм обеспечивает более высокочастотные свойства транзистору. Этому способствует и ускоряющее дрейфовое поле в базе. Неравномерное легирование значительно большее у эмиттерного р-п перехода, чем у коллекторного устраняет прокол тонкой базы, обусловленный смыканием объемных зарядов обоих переходов. Это и позволяет создавать транзисторные структуры с более тонкой базовой областью, увеличив граничную частоту усиления по отношению к прототипу с более толстой эпитаксиальной базовой областью. То обстоятельство, что объемный заряд эмиттерного перехода со стороны базовой области не сужается к поверхности структуры, а остается равномерным по ширине высоколегированной эпитаксиальной базовой области, объединяет достоинства транзисторных структур с поверхностно подлегирванной эпитаксиальной и диффузионной базой, Сохраняется характерное для мощных транзисторов с высоколегированной эпитаксиальной базой низкое напряжение

насыщения, а для транзисторов с диффузионной базой - высокая граничная частота усиления по току.

Фиг.1

J

.3 4 Пдиф

Фиг.2

ПВиФ

Фиг.З