Способ изготовления полупроводниковых приборов с пристеночными p-n-переходами

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С ПРИСТЕНОЧНЫМИ p-n-ПЕРЕХОДАМИ, включающий формирование боковой диэлектрической изоляции, глубокого коллектора, нанесение диэлектрических слоев, вскрытие окон в диэлектрических слоях, осаждение пленки поликристаллического кремния, легирование пассивных, активных базовых и эмиттерных областей и металлизацию, отличающийся тем, что, с целью увеличения процента выхода годных приборов и повышения плотности их компановки, после создания боковой диэлектрической изоляции проводят ионное легирование пассивной базы, осаждают нитрид кремния, осуществляют фотолитографию всех контактных окон, затем наносят пленку поликристаллического кремния, формируют фоторезистивную маску для защиты эмиттерных и коллекторных областей, осуществляют ионное легирование бором базового контакта, который затем маскируют для проведения ионного легирования эмиттерных и коллекторных областей, после чего одновременно проводят отжиг ионнолегированных слоев.

Данное изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления интегральных схем с боковой диэлектрической изоляцией. Известен способ изготовления интегральных схем с боковой диэлектрической изоляцией. По данному способу в подложке формируется подколлекторный слой, наращивается эпитаксиальная пленка n-типа проводимости, которая маскируется двуслойной диэлектрической пленкой SiO₂-Si₃N₄. В последней формируют маску с окнами, в окнах травят эпитаксиальную пленку и частично подколлекторный слой, заполняют канавки окисью кремния. В пленке n-типа формируют базовую область, а потом эмиттер. В вышеуказанном способе происходит образование "птичьего клюва", закрывающего часть поверхности меза-структуры. При формировании пристеночных p-n-переходов наличие "птичьего клюва" вызывает закорачивание перехода коллектор-эмиттер. Вышеуказанное явление происходит вследствие растравления окисла, служащего в качестве боковой диэлектрической изоляции, при вскрытии окон под эмиттер. Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления полупроводниковых приборов с пристеночным р-n-переходами, включающий формирование боковой диэлектрической изоляции, глубокого коллектора, нанесение диэлектрических слоев, вскрытие окон в диэлектрических слоях, осаждение пленки поликристаллического кремния, легирование пассивных, активных базовых и эмиттерных областей и металлизацию. К недостаткам прототипа относятся следующие. 1. При вскрытии контактных окон к областям базы коллектора необходимо учитывать допуски на совмещение относительно эмиттера, что увеличивает площадь, занимаемую транзисторной структурой. 2. При вскрытии контактного окна к базовой области происходит растравливание окисла кремния, служащего в качестве боковой диэлектрической изоляции, т.е. происходит оголение боковой части меза-области. Так как глубина залегания базовой области соизмерима с толщиной маскирующего окисла кремния (x_j h_SiO2= 0,3-0,4 мкм), то при осуществлении металлизации происходит закорачивание перехода коллектор база, что приводит к снижению процента выхода годных приборов. 3. Освежение контактных окон в буферном травителе на основе плавиковой кислоты перед напылением металла приводит к увеличению пористости матричного окисла, а так как поликристаллический эмиттер выполняется встык с окислом кремния, то вышеуказанное освежение способствует закорачиванию перехода эмиттер-база при вжигании металла, что снижает процент выхода годных приборов. Целью настоящего изобретения является увеличение процента выхода годных приборов и повышение плотности их компановки. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления полупроводниковых приборов с пристеночными р-n-переходами, включающем формирование боковой диэлектрической изоляции, глубокого коллектора, нанесение диэлектрических слоев, вскрытие окон в диэлектрических слоях, осаждение пленки поликристаллического кремния, легирование пассивных, активных базовых и эмиттерных областей и металлизацию, после создания боковой диэлектрической изоляции проводят ионное легирование пассивной базы, осаждают нитрид кремния, осуществляют фотолитографию всех контактных окон, затем наносят пленку поликристаллического кремния, формируют фоторезистивную маску для защиты эмиттерных и коллекторных областей, осуществляют ионное легирование бором базового контакта, который затем маскируют для проведения ионного легирования эмиттерных и коллекторных областей, после чего одновременно проводят отжиг ионнолегированных слоев. На фиг. 1-6 представлены структуры, изготовленные в соответствии с данным способом. На фиг. 1 показан разрез структуры, содержащий монокристаллическую подложку 1 р-типа проводимости, эпитаксиальную пленку 2 n-типа проводимости, р⁺-противоканальный слой 3, изолирующий диэлектрик 4, маскирующий диэлектрик окисел кремния 5, ионнолегированный слой р-типа 6; n⁺-скрытый слой 7. На фиг. 2 показан разрез структуры с вскрытыми контактными окнами в нитриде кремния 8 и окисле кремния 5, нанесенной пленкой поликристаллического кремния 9 и ионнолегированным слоем 10 n-типа проводимости. На фиг. 3 показан разрез структуры, в которой проведено ионное легирование бором пленки поликристаллического кремния для формирования активной области базы. На фиг. 4 показан разрез структуры, в которой проведено ионное легирование бором пленки поликристаллического кремния для формирования базового контакта, где 11 фоторезистивная маска, 12 базовый контакт на основе пленки поликристаллического кремния. На фиг. 5 показан разрез структуры, в которой под защитой фоторезистивной маски 13 (базовый контакт) проведено ионное легирование мышьяком для создания эмиттера 14 и коллекторного контакта 15. На фиг. 6 показан разрез структуры, где одновременным отжигом ионнолегированных слоев сформированы глубокий коллектор 16, пассивная базовая область 17, активная базовая область 18, эмиттер 19, и травлением системы металл поликремний сформированы контакты. Коллекторный контакт, состоящий из поликремния 20 и металла 21, эмиттерный контакт из поликремния 22 и металла 23, базовый контакт из поликремния 24 и металла 25. П р и м е р. В монокристаллической подложке р-типа проводимости с удельным сопротивлением ρ_ν= 1-10 Ом˙ см локально формировали n⁺-скрытые слои толщиной х_j 1-8-2 мкм и поверхностным сопротивлением ρ_s 35-40 Ом/□. Методом эпитаксии наращивали пленки n-типа проводимости с удельным сопротивлением ρ_ν= 1-1,2 Ом ˙см, толщиной 1-1,2 мкм. Эпитаксиальную пленку маскировали двуслойным диэлектриком SiO₂ и Si₃N₄толщиной 600±100 и 1200-1500 соответственно. Методом фотолитографии травили двуслойный диэлектрик и эпитаксиальную пленку на глубину 0,6-0,7 мкм. Вытравленные канавки в эпитаксиальной пленке окисляли на 0,23-0,25 мкм под защитой нитрида кремния. Травлением удаляли окисел кремния со дна канавки и формировали р⁺-стопорный слой диффузией бора, при этом сопротивление слоя составляло 85-90 Ом/□. После удаления боросиликатного стекла производили заполнение канавок окислом кремния при 1000^оС в парах воды при повышенном давлении (1,5 атм) в течение 2,5 ч. Толщина окисла кремния составляла 1,1-1,2 мкм. Параметры р⁺ -стопор- ного слоя: ρ_s 2-3 Ом/□, x_j 0,6-0,7 мкм. Далее с о всей пластины удаляли двуслойный диэлектрик и формировали на меза-областях окисел кремния 900-1000 . Через окисел кремния ионным легированием В дозой DC= 30 мкКл/см² и энергией Е 40 кэВ формировали пассивную базовую область. Осаждали нитрид кремния при пониженном давлении (0,5 мм рт.ст.) при 840^оС из паров SiH₄ и NH₃ толщиной 0,14 мкм. В двуслойном диэлектрике SiO₂ Si₃N₄ вскрывали эмиттер, коллектор и контакт к базовой области. Ионным легированием фосфора Е50 кэВ и D 500 мкКл/см² под защитой фоторезиста формировали глубокий коллектор. Осаждали пленку поликристаллического кремния при пониженном давлении (0,6 мм рт.ст.) при 620^оС из паров SiH₄ толщиной 0,15-0,2 мкм. Под защитой маски фоторезиста ионным легированием В⁺ Е 50 кэВ и D 300 мкКл/см²формировали р⁺- контакт к базовой области с последующим маскированием фоторезистом р⁺-контакта ионным легированием Е 50 кэВ и D 1500 мкКл/см² формировали эмиттер и контакт к глубокому коллектору. Далее в инертной среде производили термический отжиг ионнолегированных слоев при 1000^оС в течение 30-35 мин. Получили следующие параметры слоев: глубокий коллектор ρ_s 10-15 Ом/□, X_j 1,2 мкм; пассивная база ρ_s 450-500 Ом/□, X_j 0,4 мкм; пассивная база ρ_s=650-700 Ом/□, X_j 0,37 мкм; р⁺-контакт к базе ρ_s 70-75 Ом/□, X_j 0,4 мкм; эмиттер ρ_s= 40-45 Ом/□, X_j0,25. Предложенный способ изготовления полупроводниковых приборов с пристеночными р-n-переходами позволяет также формировать резисторы на основе пленки поликристаллического кремния, расположенной над диэлектрической изоляцией. При этом незначительно увеличивается количество технологических операций; т.е. дополнительное нанесение пленки поликристаллического кремния толщиной 0,2 мкм с последующим ее ионным легированием и обтравливанием последней таким образом, чтобы островки пленки поликристаллического кремния (резисторы) оставались над диэлектрической изоляцией. Резисторы на основе пленки поликристаллического кремния могут легироваться бором или фосфором. Тип примеси резистора зависит от последовательности формирования эмиттера и р⁺-контакта к базе. Так, при последней операции ионного легирования р⁺-контакта к базе поликристаллические резисторы легируются бором. Если же последней операцией является ионное легирование эмиттера, то поликристаллические резисторы легируются фосфором. Ионное легирование поликристаллических резисторов осуществляли фосфором дозой 45 мкКл/см² и энергией 50 кэВ. Потом осаждали нитрид кремния на поликристаллические резисторы толщиной 1400 и формировали активную структуру транзистора. После термического отжига при 1000^оС в N₂ в течение 30-35 мин поверхностное сопротивление поликремниевых резисторов составляло 15-16 Ом/□. Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать тонкослойные полупроводниковые приборы с пристеночными р-n-переходами с данными р⁺ стопорными областями. Наличие пленки поликристаллического кремния над базовыми контактами предотвращает закорачивание перехода коллектор база. Использование пленки поликристаллического кремня для резисторов позволяет получать высокие их номиналы без существенного усложнения маршрута, а также одновременное вскрытие эмиттера, контакта к базе контакта к коллектору увеличивает плотность компановки в 2,5 раза. Наличие пленки поликристаллического кремния над маскирующим диэлектриком снимает ограничения по времени обработки в буферных травителях на основе плавиковой кислоты перед металлизацией, не приводя к увеличению пористости диэлектрика, что способствует повышению процента выхода годных структур.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С ПРИСТЕНОЧНЫМИ p-n-ПЕРЕХОДАМИ, включающий формирование боковой диэлектрической изоляции, глубокого коллектора, нанесение диэлектрических слоев, вскрытие окон в диэлектрических слоях, осаждение пленки поликристаллического кремния, легирование пассивных, активных базовых и эмиттерных областей и металлизацию, отличающийся тем, что, с целью увеличения процента выхода годных приборов и повышения плотности их компановки, после создания боковой диэлектрической изоляции проводят ионное легирование пассивной базы, осаждают нитрид кремния, осуществляют фотолитографию всех контактных окон, затем наносят пленку поликристаллического кремния, формируют фоторезистивную маску для защиты эмиттерных и коллекторных областей, осуществляют ионное легирование бором базового контакта, который затем маскируют для проведения ионного легирования эмиттерных и коллекторных областей, после чего одновременно проводят отжиг ионнолегированных слоев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6