Биполярный транзистор интегральной схемы

 

Использование: микроэлектроника, интегральные схемы большой степени интеграции. Сущность изобретения: биполярный транзистор интегральной схемы состоит из полупроводниковой меза-структуры, изолированной диэлектриком и содержащей области эмиттера, базы и коллектора. В меза-структуре выполнены ступеньки так, что горизонтальные поверхности ступенек расположены на поверхности меза-структуры, в области базы и коллектора. Диэлектрик, изолирующий меза-структуру, выполнен также в виде ступенек, горизонтальные поверхности которых расположены на трех уровнях, соответствующих по высоте месту расположения областей эмиттера, базы и коллектора. Проводники к указанным областям электрически соединены с соответствующими областями на горизонтальных поверхностях ступенек меза-структуры и размещены на соответствующих горизонтальных поверхностях ступенек диэлектрика. Горизонтальные поверхности ступенек диэлектрика могут быть расположены на уровне горизонтальных поверхностей ступенек меза-структуры. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к интегральным схемам /ИС/ большой степени интеграции.

Известен биполярный транзистор ИС, в котором для уменьшения его площади использованы проводники из легированного поликристаллического кремния, самосовмещенные с контактными окнами к областям эмиттера, базы и коллектора [1] . Уменьшение площади транзистора при этом достигается за счет устранения топологического запаса, компенсирующего неточность совмещения проводников с контактными окнами, что не позволяет достичь высокой степени интеграции.

Наиболее близким к данному изобретению является биполярный транзистор ИС, включающий изолированную диэлектриком полупроводниковую меза-структуру, содержащую области эмиттера, базы и коллектора с изолированными и расположенными на нескольких уровнях проводниками [2]. В известной конструкции биполярного транзистора достигнуто еще большее уменьшение площади, за счет уменьшения зазорами между проводниками к областям базы и эмиттера с минимального размера, реализуемого с помощью фотолитографии, до толщины пленки диэлектрика, причем проводники к областям базы и эмиттера располагаются на разных уровнях и отделены друг от друга диэлектрическими пленками. Недостатком данного транзистора является то, что зазор между проводниками к областям эмиттера или базы и проводником к области коллектора не уменьшен с минимального размера, реализуемого с помощью фотолитографии, например, до толщины диэлектрической пленки, так как контакт к области коллектора находится за пределами меза-области.

Техническим результатом изобретения является уменьшение площади транзистора при одновременном увеличении надежности контактов к областям транзистора, а также повышение быстродействия и пробивного напряжения транзистора.

Технический результат достигается тем, что в биполярном транзисторе, включающем полупроводниковую меза-структуру, изолированную диэлектриком, содержащую области эмиттера, базы и коллектора, и изолированные, расположенные на нескольких уровнях проводники к областям эмиттера, базы и коллектора, в меза-структуре выполнены ступеньки, так, что горизонтальные поверхности ступенек расположены на поверхности меза-структуры, в области базы и коллектора, диэлектрик, изолирующий меза-структуру, выполнен также в виде ступенек, горизонтальные поверхности которых расположены на трех уровнях, соответствующих по высоте месту расположения областей эмиттера, базы и коллектора, а проводники к указанным областям электрически соединены с соответствующими областями на горизонтальных поверхностях ступенек меза-структуры и размещены на соответствующих горизонтальных поверхностях ступенек диэлектрика.

Горизонтальные поверхности ступенек диэлектрика могут быть расположены на уровне горизонтальных поверхностей ступенек меза-структуры.

Такое конструктивное решение обеспечивает уменьшение площади занимаемой транзистором, а кроме того обеспечивает меньшие перепады высот рельефа интегральной схемы, и, следовательно, улучшает качество разводки и увеличивает коэффициент выхода годных ИС.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого транзистора, на фиг.2, З и 4 показано поперечное сечение транзистора. В полупроводниковой меза-структуре, окруженной диэлектрическим материалом 1, расположены области эмиттера 2, базы 3 и коллектора 4 биполярного транзистора. В меза-структуре выполнены ступеньки, горизонтальные поверхности которых расположены на поверхности меза- структуры, в области базы и коллектора. Диэлектрик, изолирующий меза- структуру выполнен в виде ступенек, горизонтальные поверхности которых расположены на трех уровнях, соответствующих по высоте месту расположения областей эмиттера, базы и коллектора. Проводник 5 присоединен к области эмиттера и расположен на верхней ступеньке 6 изолирующего материала 1. Проводник 7 присоединен к области базы на ступеньке меза-структуры и расположен на горизонтальной поверхности ступеньки диэлектрического материала 1 среднего уровня 8. Диэлектрический слой 9 изолирует проводники к областям эмиттера и базы. Проводник 10 присоединен к области коллектора на нижней ступеньке меза-структуры и расположен на ступеньке нижнего уровня II диэлектрического материала 1. Диэлектрический слой 12 изолирует проводники к областям эмиттера и базы.

Предлагаемый биполярный транзистор ИС работает следующим образом: в нормальном активном режиме транзистора достигается высокий коэффициент инжекции, в виду отсутствия инжекции через боковую поверхность эмиттера. Эмиттерный и коллекторный p-n-переходы характеризуются малыми емкостями, что обеспечивает высокое быстродействие. Отсутствие выходов p-n-переходов на поверхности определяет высокое пробивное напряжение.

Интегральная схема с данным сверхсамосовмещенным транзистором может быть изготовлена существующими технологическими методами, например, по технологии "Суперстепланар". Ступеньки могут быть созданы методом плазмо-химического травления. Одновременно с созданием ступенек меза-структуры может быть сформирован рельеф окружающего меза-область диэлектрического материала. Изолирующие диэлектрические слои наносят методом осаждения из газовой фазы. Формирование структуры происходит в едином технологическом цикле с формированием трехслойной металлизации. Использование изобретения повышает степень интеграции ИС, а также коэффициент выхода годных приборов вследствие улучшения качества контактов. Снижение перепадов высот рельефа ИС уменьшает вероятность обрыва металлизации.

Пример.

Прибор был изготовлен на кремниевой подложке p-типа проводимости (концентрация примеси 10¹⁴ см^-3), на которой были последовательно сформированы локальный скрытый слой n⁺-типа проводимости (концентрация примеси 10²⁰ см^-3, толщина 1,5 мкм) и эпитаксиальная пленка р-типа проводимости (концентрация примеси 10¹⁶ см^-3 толщина 1,0 мкм). С использованием планарной технологии была изготовлена щелевая изоляция активной области транзисторной структуры в виде ступенек, горизонтальные поверхности которых расположены на трех уровнях, соответствующих по высоте месту расположения областей эмиттера, базы и коллектора. Затем в меза-области с помощью селективного к окислу плазменного травления эпитаксиальной пленки была сформирована область базы р-типа проводимости с использованием ионной имплантации бора с последующим термическим отжигом (концентрация примеси 10¹⁹ см^-3, глубина 0,3 мкм).

После этого был конформно осажден слой поликремния толщиной 0,2 мкм, проведена имплантация этого слоя мышьяком до концентрации примеси 10²¹ см^-3 и осажден из газовой фазы низкотемпературный слой оксида кремния. После проведения фотолитографии и анизотропного плазмохимического травления с маской фоторезиста, осажденных слоев окисла кремния, поликремния, а также монокремния базовой области на глубину 0,15 (меньше толщины базы) мкм были сформированы первый уровень разводки и контакты к эмиттеру биполярного транзистора. После удаления фоторезиста проводилось конформное осаждение слоя окисла кремния толщиной 0,3 мкм с последующим плазмохимическим анизотропным травлением этого слоя. В результате чего данный слой оксида кремния удаляется со всех горизонтальных и остается на вертикальных поверхностях структуры, формируя боковую диэлектрическую изоляцию поликремниевого контакта к области эмиттера, поликремниевой разводки первого уровня, а также области монокремниевой части эмиттера.

Аналогичным образом формируется разводка второго уровня и поликремниевые контакты к базовой области. В этом случае второй слой поликремния легировался ионами бора до концентрации примеси 10¹⁹ см^-3и после плазмохимического травления слоев оксида и поликремния выполнялось дополнительное анизотропное травление кремния до рассечения области базы с заглублением в коллекторную область. После чего формировалась боковая диэлектрическая изоляция поликремниевого контакта к области базы и поликремниевой разводки второго уровня.

Аналогично формированию разводки первого и второго уровня была создана поликремниевая разводка третьего уровня (коллекторный контакт) с боковой диэлектрической изоляцией. При этом, слой поликремния легированный фосфором или мышьяком до концентрации примеси 10¹⁹ см^-3 выполняет функцию омического контакта к области коллектора биполярного транзистора.

Окончательное формирование диффузионных областей эмиттера (n⁺ типа проводимости), пассивной базы (p⁺ типа проводимости) проводится посредством диффузии примеси из соответствующих поликремниевых контактов в процессе заключительного термического отжига. Затем создаются контактные окна в изолирующем диэлектрике к поликремниевым проводникам и формируется алюминиевая разводка.

Формула изобретения

1. Биполярный транзистор интегральной схемы, включающий полупроводниковую меза-структуру, изолированную диэлектриком, содержащую области эмиттера, базы и коллектора, и изолированные, расположенные на нескольких уровнях, проводники к областям эмиттера, базы и коллектора, отличающийся тем, что в меза-структуре выполнены ступеньки так, что горизонтальные поверхности ступенек расположены на поверхности меза-структуры в области базы и коллектора, диэлектрик, изолирующий меза-структуру, выполнен также в виде ступенек, горизонтальные поверхности которых расположены на трех уровнях, соответствующих по высоте месту расположения областей эмиттера, базы и коллектора, а проводники к указанным областям электрически соединены с соответствующими областями на горизонтальных поверхностях ступенек меза-структуры и размещены на соответствующих горизонтальных поверхностях ступенек диэлектрика.

2. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что горизонтальные поверхности ступенек диэлектрика расположены на уровне горизонтальных поверхностей ступенек меза-структуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4