Способ изготовления мощных вч и свч транзисторов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСKMX

РЕСПУБЛИК (я)ю N 01 1 21/331

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

0

jCA

ГОСУДАРСТВ Е Н Н ОЕ ПАТЕ НТНО Е

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К, А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3690020/25 (?2) 10 01 84 (46) 15. 07.93. Бюл. " 26 ..(72) В. П.Гальцев, В.Н.Глущенко и R„R.Êoòîâ (56) Патент США Г 4252582, кл. Н 01 21/203, опублик. 1982, Патент СНА " 3795553, кл. Н 01 ? 7/34, опублик. 1971 ° (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ М00!НЫХ

ВЧ И СВЧ ТРАНЗИСТОРОВ, включающий формирование первой маски на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, создание диффузией через маску высоколегированной области второго, противоположного первому, типа проводимости формирование второй маски, создание через нее области второго типа проводимости на глубину, Изобретение относится к микро" электронике и может быть использова но в технологии изготовления как дискретных, так и интегральных ВЧ и СВЧ транзисторов.

Известен способ изготовления биполярного транзистора с высоким быстро" действием. Способ включает формирование на полупроводниковой подложке первого типа проводимости первого че- . тырехслойного маскирующего покрытия, состоящего из последовательно осах<денных пленок Si Ng, SiOz, Si N, Я1О .

Поверх пленок формируют маскирующий слой фоторезиста. После селекЫ2„„1163763 Al меньшую глубины залегания первой высоколегированной области и прекрывающую последнюю, и создание через вторую маску высоколегированной области первого типа проводимости, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения электрических параметров транзисторов за счет повышения устойчивости .транзистора к вторичному пробою при прямом смещении эмиттерного перехода, при удалении первого и второго маскирующих покрытий оставляют часть первого покрытия размером, не превышающим расстояния от " ". края первой маски до выхода на поверхность границы первой области второго типа проводимости, а границу второй области второго типа проводимости формируют под оставшеися частью первой маски. тивного химического травления всех четырех пленок формируют с применени« ем диффузии контактную область базы,,при этом четырехслойную структуру диэлектрика используют в качестве диффузионной маски. Пленку SiO< растворяют полностью, а полоску 810 подтравливают, Далее растворяют полностью пленку З Н, а полоску Si>N< подтравливают до меньшей ширины, чем у SiO . С помощью диффузии примеси первого- типа проводимости в зазоре между контактной областью базы и узкой полосой Si N+ формируют высоколегированную вйешнюю (пассивную) область базы. На стадии разгонки приме1163763

25 си образуется слой окисла второй маски. Концентрация примеси в поверхностном слое внеш«ей базы составляет

1 1 О cM <, Полоску 51)Np pBcTBopRI0T полностью (образуется окно эмиттера) и через вторую <ласку создают активную базовую область второго типа проводимости HR глубину, меньшую глубины залегания первой высоколегированной базовой области и перекрывающую послелнюю. Высоколегированную область эмиттера первого типа проводимости создают диффузией также через вторую маску и в то же окно, что и активную базовую область, Недостатком способа является технологическая слон<ность его реализации, заключающаяся в весьма тонком избирательном подтравливании одного и нескольких слоев в четырехслойной . структуре диэлектрика.

Сложным представляется и поэтапное формирование контактного внешнего (пассивного) и активного участков базовой области, каждый из которых должен иметь свой оптимальный характер легирования и распределения примеси. При этом градиент распределения базовой примеси во внешнем участке 3() базовой области перпендикулярен к поверхности структуры и не является оптимальным в отношении усилительных свойств и устойчивости транзистора к вторичному пробою.

Уменьшение усиления при больших токах вызвано тем,

В свою очередь, уменьшение устой" чивости к вторичному пробою вызвано тем, что при нормальном примесном градиенте с максимумом концентрации на поверхности или в объеме структуры в поперечном направлении (вдоль поверхности) всегда имеется участок

50 минимального сопротивления, ослабляющий отрицательную обратную связь по напрян<ению, прикладываемому к переходу эмиттер-база.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ВЧ и

СВЧ мо«<них транзисторных структур, включающий формирование первой маски на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, создание диффузией через маску высоколегированной области второго, противоположного первому, типа проводимости,формирование второй маски, созрание через нее области второго типа проводимости на глубину, меньшую глубины залегания первой высоколегированной области и перекрывающую последнюю, и создание через вторую маску высоколегированной области первого типа проводимости.

Способ обеспечивает за счет создания сверхузких эмиттерных областей и регулируемых сопротивлений отдельным формированием активных и контактных участков базовой области получение быстродействующих транзисторных структур.

В указанном способе высоколегированная контактная базовая область и активная ее часть непосредственно переходят одна в другую, взаимно перекрываясь„ В результате активная базовая область своей боковой границе, выходящей на поверхность, непосредственно касается, а при разгонке частично перекрывается наиболее высоколегированной поверхностной частью контактной базовой области. Таким образом, область эмиттера состоит из периферийнойл, расположенной нал боковым участком более высоколегированной базовой области, части и центральной части над .активной базовой областью. Необходимой рабочей эффективностью обладает лишь средняя часть области эмиттера с большим коэффициентом инн<екции и высоким значением коэффициента переноса инжектированных в активную базу неосновных носителей.

Большая степень легирования пассивной части базовой области обеспечивает низкое ее сопротивление, В основном это уменьшение достигается больше поверхностным легированием, чем расширением менее легированной боковой части базовой области„ A поскольку активная базовая область переходит непосредственно в пассивную высоколегированную базовую область значительно меньшего сопротивления,то при больших токах устойчивость транзистора к вторичному пробою снижается < з-за неравномерного токораспререления в транзисторной структуре, вызванного кон11637

55 центрацией тока на периферии эмиттерногл перехода.

В данном способе устойчивость к вторичному пробою зависит от величи» ны общего сопротивления цели пассив- ной базы транзистора. Поскольку это сопротивление мало, ему соответствует малая максимальная мощность рассеяния, ограниченная шнурованием 10 тока. устойчивость транзистора к вторичному пробою из-за отсутствия падений напряжения на пассивной базе и на эмиттерном переходе также минимально„ 15

1(елью изобретения является улучшение электрических параметров транзисторов за счет повышения устойчивости транзистора к вторичному пробою при прямом смещении эмиттерного пе- 20 рехода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления мощных

ВЧ и СВЦ транзисторных структур, вклю" чающем hnpwpoaawe первой маски на полупроводниковой подложке первого типа проводимости, создание диффузи" ей через маску высоколегированной области второго, противоположного первому, типа проводимости, формирование 30 второй маски, создание через нее области второго типа проводимости на глубину, меньшую глубины залегания первой высоколегированной области и перекрывающую последнюю, и создание через вторую маску высоколегированной области первого типа проводимости, при удалении первого и второго маски" рующих покрытий оставляют часть пер- .

Burro покрытия размером, не превышающим 40 расстояния от края первой маски до выхода на поверхность границы первой области второго типа проводимости, а границу второй области второго типа прОВОдимОсти формируют пОд ОстаВшейся 45 частью первой маски.

На фиг„1 изображена структура с первой маской; на фиг„2 - структура со второй маской и частью первой, на фиг.3 - структура с пассивной и активной областями базы; на фиг.4структура ВЧ транзистора„

Принятые обозначения: подложка 1, первая маска 2, окно 3, область пассивной базы 4, вторая маска 5, окно лод амиттер б, граииаа области лас" ( сивной базы 7, область активной базы

63 6

8, граница области активной базы 9, область эмиттера 10, контакты 11.

П р и и е р, На полупроводниковой подложке 1 эпитаксиальной структуры кремния и-типа проводимости с удельным сопротивлением p = 3 Ом см формируют термическим окислением при

Т = 1150 С В комбинированной среде сухого, увлажненного водяными парами и вновь сухого кислорода часть перво." гл 2 маскирующего покрытия двуокиси кремния 8 0 толщиной 0,7 мкм. Йотогравировкой вскрывают окна под пассивную (контактную базу) базовую и эмиттерную области, отделенные равномерным по ширине критическим промежутком 1„ и. Поверхность подложки вновь покрывают первым 2 маскирующим слоем двуокиси, вновь покрывают первым 2 маскирующим слоем двуокиси кремния толщиной 0,35 мкм. Далее фотогравировкой с размерами окна в светочувствительном слое фоторезиста, перекрывающими на 1,5 мкм, т„е. более размеров (длины, ширины) окна под контактную базу, травлением первой маски открывают окно от края 3 первичной маски под контактную базу в прежних ее размерах.

После удаления фоторезиста в открытое окно m границы 3 первичной маски 2 Осуществляют загонку примеси бора высоколегированной контактной (пассивной) базовой области 4 второго р-типа проводимости при Т=940 С в течение 40 мин и поверхностным сопротивлением Р = 70 Пм/квадрат с коэффициентом дйффузии D, =5. 10 см2/с.

Термическое формирование второго маскирующего покрытия 5 слоя двуокиси кремния толщиной 0,55 мкм, совмещенное с термическим перераспределением бора в окисляющей среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода при Т = 1150 С:c D+=5 10 cM /ñ проводят на глубину залегания диффузионного слоя Х pi = 9 мкм с поверхностным сопротивлением К =120 Ом/квадрат и с боковым диффузиойным фронтом

Х + = 7 мкм.

Затем фотогравировкой с размерами окна в светочувствительном слое фоторезиста, íà 1,5 мкм перекрывающими размеры эмиттерного окна, травлением первой 2 и второй 5 масок вскрывают окно 6 в прежних его размерах, оставляя при ртом часть первой маски шириной 1 б мкм менее расстояния

1163763

1р+ 7 мкм от края 3 первичной маскР ло выхода 7 на поверхность границы первой области 4 второго р-типа проводимости, 5

Такое многоступенчатое проведение фотолитографических операций вскрытия эмиттерных и базовых окон необходимо для получения строго выдержанного и равномерного по ширине критического промежутка между окнами 1 .

Во вскрытое окно 6 загонкой бора ионным легированием на ионнолучевом ускорителе Везувий V (D = 60 мккул, E = 50 кэВ) и последующим перераспре- 15 делением (разгонкой) в неокисляющей среде при Т = 1100 С с 0 =1-10 см2/с создают базовую область 8 с поверхностным сопротивлением R>=220 Ом/квад- . рат на глубину (Х p = 1,35 мкм), 20 меньшую глубины залегания (Х р =.

= 9 мкм) первой высоколегированной области 4 и перекрывающейся с последней.. При этом выход 9 боковой границы области 8 на поверхность осущест- 25 вляют под оставшуюся часть первой маски 2, а точки 10 сопряжения базы

8 с искривленным участком высоколегированной области 4, показанные в поперечном сечении структуры, должны 30 находиться в области плоского участка базы 8,, R то же окно 6 создают диффузионб ной вагонкой фосфора при Т = 1060 из треххлористого фосфора РС1 вы- Зсоколегированную эмиттерную область

10 первого п-типа проводимости, В процессе перераспределения эмиттерной примеси при Т = 940 С на глубину Х „ = 0,9 мкм с R>=4,5 Ом/квадрат щ вырастает маскирующая пленка фосфорно-силикатного стекла„

Непосредственно под эмиттерной областью 10 получают активную базо" вую область„ Далее в контактной пассивной области базы 4 и эмиттерной области вскрывают фотогравировкой окна и осуществляют их металлизацию нанесением алюминия электроннолучевым методом последующей фотогравио ровкой и вжиганием при Т = 500 С.

Существенным отличием данного способа является то, что при удалении первого 2 и второго 5 маскирующих покрытий оставляют часть первого шириной 1 менее расстояния 1<+ от и края первичной маски 3 до выхода на поверхность боковой границы первой области 4.

Во-первых, это позволяет изготовить по данному способу СВЧ мощные транзисторы с субмикронными глубинами залегания эмиттерной 10 и активной базовой 8 областями, поскольку отпадает необходимость выхода боковой границы второй (базовой) области за край 3 первичной маски 2. В этом случае обеспечивается оптимальная величина сопротивления гг, между контактом 11 к базе и активнои частью

8 базовой области и в результате устойчивость к вторичному пробою Ilosblmaexcs.

Ro-вторых, точку пересечения боковой границы высоколегированной базовой области 4 с активной ее частью

10 получают в плоской части последней, т.е, толщина области активной базы па всей ее площади одинакова.

Это обстоятельство уменьшает напряженность электрического поля в области наибольшей концентрации эмиттерного оттеснения, и в результате обеспечивает повышение пробивного напряжения коллектор-эмиттер 11кэс и устойчивость к вторичному пробою.

1163763

Редактор Г.Берсенева Техред М.Моргентал Корректор A."бруцар

Заказ 2835 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С

Т CCP

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

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