Способ изготовления высокочастотных транзисторных структур

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР , включающих локальное легирование подложки до получения поверхностной концентрации примеси противоположного подложке типа проводимости не менее IlO CM с последующим формированием внешней базы разгонкой примеси из легированных областей в подложку , создание активной базы и эмиттера, а также контактов в области структур, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических параметров транзисторных структур и упрощение способа, локально легированные области формируют с зазором, составляющим 0,2-1,0 от максимальной толщины внешней базы, а активную базу создают разгонкой примеси из легированных областей до их смыкания о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИЧ ЕС КИХ

РЕСПУБЛИК (g>)z Н 01 T. 21/331

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (2E) 3592327/25 (22) 12,05.83 (4б) 15,07.93, Ьол. V 2б (72) 8.Н.Глушенко (56) Кремниевые планарные транзисторы. Под ред. Я.А.Федотова, И.: Советское радио, 1973, с. 30-33, 98-123, Патент СНА Г Зб90077, кл. 29-578, опублик, 1960. (54)(57) СПОС08 ИЗГРТ08ЛЕНИЯ НОЩНЫХ

8ЫСПКОЧРСТОТНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР, включающих локальное легирование подложки до получения поверхностной концентрации примеси противоположноИзобретение относится к производству полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов, и может быть использовано в производстве мощных высокочастотных транзисторов и биполярных интегральных микросхем.

Известен способ изготовления мощных высокочастотных транзисторных структур, включающий локальное легирование подложки до получения поверхностноф концентрации примеси противоположного подложке типа (не менее

1 10 см ) с последующим Формированием внешней базы разгонкой примеси из легированных областей в подложку.

Активная база, так же как внешняя, создается совмещенной разгонкой примеси вглубь подложки из легированных областей.

„„SU, 1114242 А1 го подложке типа проводимости не менее 1 ° 10 8 см с последующим Формиро" ванием внешней базы разгонкой примеси из легированных областей в подложку, создание активной базы и эмиттера, а также контактов в области структур, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических параметров транзисторных структур и упрощение способа, локально легированные области Формируют с зазором, составляющим 0,2-1,0 от максимальной толщины внешней базы, а активную базу создают разгонкой примеси из легированных областей до их смыкания.

Далее следует создание эмиттера и металлизированных контактов к эмиттерным и базовым областям транзисторной структуры. вел

Недостатком указанного способа является неравномерное токораспределение по ширине эмиттерной области и невысокий уровень усиления. При возрас- Фь тании плотности эмиттерного тока

j> 100-300 Р/см из-за возрастающей 4Ъ плотности поперечной составляющей M базового тока в активной базовой области происходит оттеснение эмиттерного тока к периферии эмиттерного р-и-перехода. 8 результате нагружается периФерийная часть области перехода эмиттера на незначительном расстоянии от металлургической границы р-п-перехода.

Оставшаяся часть области эмиттера остается пассивной и испытысает не113>t242 значительную токовую нагрузку. Объясняется это тем, что данный способ изготовления мощных ВЧ-транзисторных структур обеспечивает получение активной базовой области с примесным градиентом (максимальной концентрацией у дна эмиттерной области и мини" мощных высокочастотных транзисторных структур, включающий локальное легирование подложки до получения по40 верхностной концентрации примеси противоположного подложке типа проводимости неменее 1 10®8 см с последующим формированием внешнейбазы разгонкой 45 примеси из легированных областей в подложку, создание активной базы и эмиттеров, а такие контактов к областям структур, Контакт к эмиттерной области осуществляют через окно под диффузионное легирование эмиттера, а контакт к внешней базе осуществляют через отдельное окно. Причем сначала в маскирующем слое создают базовое контактное окно, а затем область того же типа проводимости, что и базовая область, которая устанавливает соединение с активной базовой областью. мальной вблизи коллекторного р-и-перехода), направленным вглубь подложки, в поперечном направлении - перпендикулярно долевому распределению примеси равномерно и постоянно (как и удельное сопротивление). Однако при возрастающей плотности эмиттерного и соответственно рекомбинационного базового тока в направлении от середины к периферии эмиттера возрастает падение напряжения в поперечном направлении активно" базовой об- 20 ласти с максимальным его значением вблизи боковой границы эмиттерной области. Это обстоятельство вызывает неравномерное смещение эмиттерного р-п-перехода, максимальное у его 25 периферии и минимальное в центре, что в результате приводит к неравномерному токораспределению и ухудшению усилительных свойств по току

h 21 е, по мощности - К Р. Кроме то- ЗО го, для повышения усиления в транзисторной структуре способ не предусматривает получения различного соотношения легирующей примеси в активной и внешней (вблизи эмиттерного р-и-перехода) частях базовой области.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления

Базовое контактное окно оставляют открытым во время базовой и эмиттерной диффузии, при этом поверхностная концентрация примеси в базовом контактном окне после диффузии так высока, что при последующем легировании. эмиттерной примесью не становится ниже величины, необходимой для соединения активной и внешней базы.

Раздельное Формирование активной и внешней базовых областей позволяет в отличие от аналога самостоятельно подбирать степень легирования каждой из областей для получения более равномерного токораспределения по ширине эмиттерной области и улучшения усилительных свойств. Однако приемлемого выравнивания токораспределения достигнуть невозможно, поскольку при больших величинах плотности эмиттерного тока происходит оттеснение тока эмиттера к периферии перехода эмиттера-база вследствие протекания поперечной составляющей базового тока и омическому падению напряжения на центральном участке равномерно леги рованной в поперечном направлении активной базовой обпасти. Неравномерное токовое распределение по ширине эмиттера приводит к ухудшению усилительных свойств транзистора: по току (h 21 е), по моц ности (К р), снижает критический ток коллектора (I«>) и т.д. В способе„ хотя и предусмотрено раздельное от внешней формирование активной базовой области, однако, невозможным является получение ак" тинной области со значительно меньшей степенью легирования, поскольку эти две области соприкасаются в боковых диффузионных фронтах и находятся во взаимной зависимости одна от другой в их степени легирования.

Кроме того, определенную сложность представляет отдельная операция Формирования вагонкой примеси активной базовой области, Создание мелких диффузионных слоев дпя получения высокого уровня усиления так же не представляется возможным, поскольку промежуток перекрытия диффузионных фронтов, получаемый фотогравировкой "окна" активной и внешней базовых областей, не может быть доведен до контролируемого микронного уровня.

Целью изобретения является улучшение электрических параметров тран1114242 зисторных структур и упрощение способа.

Поставленная цель достигаетсл тем, что в способе изготовления мощных высокочастотных транзисторных структур, включающем локальное легирование подложки до полученил поверхностной концентрации примеси противоположного подложке типа проводимости не менее 1 10 см с, последующим, l8 -Ъ формированием внешней базы разгонко " примеси из легированных областей в, подложку, создание активной базы и эмиттера, а также контактов к областям структур, локально легированные области формируют с зазором, составляющим 0,2"1,0 от максимальной толщины внешней базы, а активную базу создают разгонкой примеси из легированных областей до их смыкания.

Последовательность технологических операций показана на фиг.1-5, rpe: на фиг.1 показаны кремниевая полупроводниковая подложка и+-типа проводимости с высокоомным эпитаксиальным и-слоем и маскирующим поверхность покрытием - тонким слоем двуокиси кремния и непрокисляющимсл маскирующим слоем нитрида кремния; на фиг.2показаны полупроводниковая подложка, высокоомный и-слой, маскирующее поверхность покрытие, образующее sûcтуп между высоколегированными областями противоположного подложке типа проводимости, составляющей 0,2-1,0 от максимальной толщины разогнанной внешней базы; на фиг.3 показаны подложка, высокоомный слой, маскирующее покрытие, разогнанные внешние базовые области с маскирующим диэлектрическим покрытием и активная база, созданная разгонкой примеси из легированных областей до.их смыкания; на фиг. - показаны подложка, высокоом1 ный слой, внешняя база, активная база и эмиттерная область; на фиг.5 - показана завершенная высокочастотная транзисторная структура, включающая высоколегированную полупроводниковую С подложку и -проводимости, высокоомный эпитаксиальный Il-cëoé, внешнюю базовую р+-область с маскирующим диэлектрическим покрытием, активную базовую р-область, высоколегированную эмиттерную п -область и металли+ зированные контакты к внешней базовой и эмиттерной областям, 6

Принятые обозначения: кре,ннев.,я полупроводниковая подложка 1, эпитаксиальный слой 2, слой двуокиси кремния 3, слой нитрила кремния 4, высоколегированные области 5, маскирующее диэлектрическое покрытие б, активная база 7, эмиттерная область 8, металлизированные контакты к базе 9, ме"

10 таллизированные контакты к эмитте" ру !й.

1 ример осуществления способа, На высоколегированной кремниевой полложке и+-типа проводимости, леги"

16 рованной сурьмой до удельного сопро" тивлечия 0,01 Ом см, с высокоомным эпитаксиально наращенным и-слоем 2

1 легированным фосфором до удельного

20 сопротивления 4,5 Ом см, формируют термическим окислением кремния слой двуокиси кремния Я О„ - 3 толщиной

0,1 мкм и наносят на него слой нитрида кремния 4 толщиной 0,75 мкм за

25 счет реакции дихлорсилана с аммиаком при Т = 710 С. Затем через фоторезистивную маску путем плазмохимического травления на установке "Плазма"

600Т" локальным стравливанием оставляют выступ маскирующего диэлектри30 чес сого покрытия межлу. сильнолегированными областями. Локальное легирование подложки до получения поверхности концентрации примеси противоположного подложке р-типа не менее

Г6

1 19 см осуществляют ионным легированием бора на установке ионнолучеa=ãà ускорителя Везувий П с энергикм.К л ей - 80 кэВ и дозой 100 см2

В результате ионного внедрения примеси получают поверхностную концентрацию легирующей примеси 2»

-9 х 10 см: Степень поверхностного легироваиия с нижним пределом 1»

16 Э х 10 см обусловлена необходимостью последующей термической разгонки примеси для формирования внешней и активной базь1, так как меньшая степень легирования не обеспечивает необходимой глубины термической разгонки примеси.

Разгонку примеси из высоколегиро:-.зчных областей р -типа осуществляют термически в кислородной среде при 1200 С ло глубины залегания внешней базовой области 1 мкм„ В процессе разгонки вырастает маскирующее диэлектрическое покрытие двуокиси крем1114242 ния 6. При ширине зазора между сильнолегированными областями р+-типа составляющим 2,2 мкм, т.е, 0,2 от максимальной толщины базы (11 мкм), чем обеспечивается смыкание боковых диффузионных Фронтов внешней базовой области.

Способ, описанный в данном примере, целесообразен для транзисторов со значительной глубиной залегания и толщиной активной базовой области.

При ширине зазора 11 мкм, равной максимальной толщине внешней базы, область взаимного перекрытия боковых диффузионных Фронтов устанавливают минимально допустимой на уровне Змкм, что целесообразно длл более высокочастотных транзисторов, поскольку уменьшение области перекрытия соот- 2О ветственно уменьшает глубину залегания активной базовой области в средней части. При этом степень поверхностного легированил в средней части перекрытия не должна быть менее 5 к к 10 см Эдля исключения прокола объемными зарядами эмиттерного и коллекторного перехода базовой области.

В противном случае осуществляют дополнительное подлегирование через 30 эмиттерное окно активной базовой области.,лалее маскирующее диэлектрическое покрытие нитрира кремния 4 и тонкого слоя двуокиси кремнил 3 удаляют вначале селективным травлением, а затем на основе Фтористоводородной кислоты НГ, Фтористого аммония и во" ды. Следует отметить, что ширина эмиттерной области может и превосходить полную ширину взаимного пере- 4р крытия диффузионных слоев, так же как и быть меньше ее, в зависимости от определенного уровня выходной мощности, частного диапазона транзистора и сопротивления высокоомного кол- 45 лекторного слоя. Так, длл более высоковольтных мощных транзисторов целесообразным является большая ширина эмиттерной области, превосходящая ширину области перекрытил, а для низковольтных мощных 8.4, транзисторов ширина эмиттера того же уровня, что и область перекрытия.

Далее во вскрытое окно диффузией

Фосфора из хлорокиси Фосфора POCl> формируют эмиттерную область 8, иф

Фузию фосфора в первом примере проводят при Т = t150 С на глубину

6,5 мкм, а во втором при Т = 960 С до 0,2 мкм, Затем следует вскрытие фотограви. ровкой контактных окон соответственно к внешней базовой области 5 и эмиттерной 8, нанесение металлизированного покрытил алюминил и вновь фотогравировкой локализации травлением металлизированных базовых 9 и эмиттерных 10 контактов.

Основной отличительной особенностью активной базовой области является то, что она плавно увеличивает свою ширину и глубину от середины к периферийной ее части и далее к внешней базовой области. Соответственно возрастает и степень примесного легирования с максимальным градиенdN том аХ направленным не нормально к поверхности вглубь подложки, как в способе-аналоге и прототипе, а в направлении разгонки бокового диффузионного Фронта внешней базовой области, из которой и Формируется активная базовал область. Величина зазора между локально легированными областями, равнал 0,2-1,0 от максимальной толщины внешней базы, объясняется следующим.

При зазоре менее 0,2 мл градиент

dN

dX примеси в активной базе а глу1 бины диффузии примеси в активной и внешней базе почти равны друг ppyry.

При зазоре более 1,0 концентрация легирующей примеси в активной базе составит менее 5 10 см, что при(7 ведет к проколу базовой области объемными зарядами эмиттерного и коллекторного переходов.

Таким образом, при работе транзис« тора с большими плотностями тока (300 А/смз) оттеснение эмиттерного тока уменьшается вследствие перераспределенного омического сопротивления базы для поперечных сопротивляющих базового тока в монотонно расширяющейся активной базовой области. м

Основным фактором выравнивания токораспределения по ширине эмиттерной области являетсл постепенное уменьшение сопротивления активной базовой области от середины к периферии.

При переменной толщине базы, увеличивающейся к периферии, ее поперечное сечение увеличивается, а сопро1114242 тивление слоя базы уменьшается, но не только благодаря геометрическому расширению, но и в результате градиентного распределения примеси в поперечном направлении. Это способст5 вует сдвигу линий эмиттерного тока к центральной части базы. Кроме того, данный способ проще способа-прототипа, поскольку в нем исключена orleрация более низколегированной, чем для внешней базы, дозированной загонки примеси активной базовой области, замененная совмещенной с ней операцией формирования внешней базовой области.

Иеньшая степень легирования средней части активной базовой области повышает эффективность змиттера и увеличивает усилительные свойства транзистора llw(<, Применение данного способа для изготовления транзистора, аналогичного

КТ-805, в результате выравнивания токораспределения по ширине змиттерной области позволяет увеличить уровень выходной мощности на 203, повысить область безопасной работы транзистора и улучшить усилительные свойства по току.

1114242

Р

Г

Составитель

Редактор Г.Берсенева Техред М.Моргентал Корректор ИЛулла

Заказ 2834 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д„ 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101