Способ изготовления биполярного транзистора

 

Использование: микроэлектроника, технология изготовления ИС высокой степени интеграции на биполярных транзисторах о использованием методов самосовмещенной технологии. Сущность изобретения: способ изготовления биполярного транзистора включает создание в подложке первого типа проводимости скрытых слоев второго типа проводимости и осаждение эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование на поверхности первого диэлектрика, вытравливают в нем окон под базу, осаждение первой пленки поликремния, легирование поликремния примесью первого типа проводимости, осаждение второй пленки диэлектрика о толщиной не менее двух погрешностей совмещения на литографии, формирование маски фоторезиста таким образом, что границы эмиттерных окон в фоторезисте проходят над вертикальными участками второй пленки диэлектрика, образованными на ступенях окна под базу, и располагаются не ближе одной погрешности совмещения на литографии от каждой боковой стенки вертикальных участков диэлектрика, вытравливание диэлектрика на горизонтальных участках до поликремния, вытравливание поликремния, легирование кремния примесью первого типа проводимости, формирование пристеночного диэлектрика, осаждение второй пленки поликремния, формирование эмиттерных и базовых областей, создание контактов к ним и металлизации. Способ позволяет уменьшить размеры эмиттера без ухудшения других параметров транзистора и не требует применения сложных тех-нологических процессов, снижающих процент выхода годных. 11 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления ИС высокой степени интеграции на биполярных транзисторах с использованием методов самосовмещенной технологии (ССТ).

Метод самосовмещенной технологии (Gigabit Logio Bipolar Technology advanced super sela-aligned Process Technology) [1] позволяет существенно уменьшить расстояние между электродами к базе и эмиттеру и в целом размер транзистора. Вместе с тем размер эмиттера в этом методе определяется минимальным размером на литографии, незначительно уменьшаясь на толщину бокового диэлектрика на стенках окна, не позволяя получать субмикронные размеры эмиттера.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изготовления транзистора (Utilizinc Polysilicon Diffusion sources and special maskinc Techniques) [2], включающий формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости скрытых слоев второго типа проводимости, формирование областей изоляции и глубокого коллектора, формирование на поверхности первой пленки диэлектрика, вытравливание в диэлектрике ока под базу, формирование первой пленки поликремния, легированной примесью первого типа проводимости, формирование покрытия, включающего вторую диэлектрическую пленку и пленку оксида металла в качестве маски для травления, вскрытие во второй диэлектрической пленке окон под эмиттерные области транзисторов, вытравливание в окнах под эмиттерные области поликремния, легирование кремния примесью первого типа проводимости, формирование третьей пленки диэлектрика, изолирующей торцы первой пленки поликремния в окнах под эмиттерные области, формирование второй пленки поликремния, легированной примесью второго типа проводимости, осаждение финальной пленки диэлектрика, формирование пассивных и активных базовых областей и эмиттерной области, создание контактов к ним и металлизации.

На фиг. 1 - 4 представлены основные этапы изготовления биполярного транзистора по способу в соответствии с прототипом [2].

На фиг. 1 представлен разрез структуры после создания изоляции 4 и глубокого коллектора 5 в эпитаксиальном слое 3, осажденном на кремниевой подложке 1 со скрытым слоем 2. На поверхность эпитаксиального слоя осаждена первая пленка диэлектрика 6 со вскрытым окном 7 под базу.

На фиг. 2 представлен разрез структуры после формирования первой пленки поликремния 8, легированной примесью первого типа проводимости, осаждения покрытия, включающего вторую пленку диэлектрика 9 и пленку оксида металла 10, вскрытия окон 11 под эмиттер в пленке оксида металла и во второй пленке диэлектрика, травления поликремния в окнах под эмиттер и легирование кремния в окне под эмиттер.

На фиг. 3 представлен разрез структуры после формирования третьей пленки диэлектрика 12, изолирующей торцы первой пленки поликремния в окне.

На фиг. 4 представлен разрез структуры после формирования второй пленки поликремния 21, легированной примесью второго типа проводимости, формирования пассивных областей базы 13, диффузией примеси из первого поликремния, активных областей базы 14, области эмиттера 15, полученной диффузией из второго поликремния, вскрытия контактов к областям базы 16 и коллектора 17 и формирования металлических контактов к базе 18, эмиттеру 19 и коллектору 20.

Недостатком данного процесса изготовления транзистора является невозможность получения субмикронных размеров эмиттера, меньших по величине минимального размера на литографии.

Как известно, повышение быстродействия ИС достигается за счет снижения емкостей и зарядных сопротивлений в транзисторе, всецело определяясь шириной окна, вскрываемого под эмиттер.

Современные методы литографии позволяют получать минимальные размеры 0,8 - 1,2 мкм, а с использованием усовершенствованных методов - 0,5 мкм и даже 0,25 мкм. Однако все это требует больших затрат и существенно усложняет процесс изготовления ИС, снижает процент выхода годных и не позволяет управлять дальнейшим снижением размеров эмиттера.

В то же время этот параметр является ключевым при создании высокоскоростных биполярных ИС.

Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия транзистора за счет уменьшения топологических размеров эмиттерных областей транзистора и получения высокого процента выхода годных.

Для достижения названного технического результата в способе изготовления биполярного транзистора, включающем формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости скрытых слоев второго типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование областей изоляции и глубокого коллектора, формирование на поверхности первой пленки диэлектрика, вытравливание в диэлектрике окна под базу, осаждение первой пленки поликремния, формирование второй пленки диэлектрика, вскрытие во второй пленке диэлектрика окон под эмиттерные области транзисторов, вытравливание в окнах под эмиттерные области первой пленки поликремния, легирование кремния в окнах под эмиттерные области примесью первого типа проводимости, формирование пристеночного диэлектрика, изолирующего торцы первой пленки поликремния в окнах под эмиттерные области, осаждение второй пленки поликремния, формирование пассивных и активных базовых областей и эмиттерных областей, создание контактов к ним и металлизации, окна под базу в первой пенке диэлектрика вскрывают путем РИТ травления, осаждают первую пленку поликремния, легируют поликремний примесью первого типа проводимости, осаждают вторую пленку диэлектрика с толщиной не менее двух погрешностей совмещения на литографии, формируют маску фоторезиста таким образом, что границы эмиттерных окон в фоторезисте проходят над вертикальными участками второй пленки диэлектрика, образованными на ступенях окна в первом диэлектрике под базу, и располагаются не ближе одной погрешности совмещения на литографии от каждой боковой стенки вертикального участка диэлектрика, вытравливают путем РИТ травления в окнах фоторезиста вторую пленку диэлектрика на горизонтальных участках до поликремния, а после осаждения второй пленки поликремния легируют ее примесью второго типа проводимости.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что окна под базу в первой пленке диэлектрика вскрывают путем РИТ травления, осаждают первую пленку поликремния, легируют поликремний примесью первого типа проводимости, осаждают вторую пленку диэлектрика с толщиной не менее двух погрешностей совмещения на литографии, формируют маску фоторезиста таким образом, что границы эмиттерных окон в фоторезисте проходят над вертикальными участками второй пленки диэлектрика, образованными на ступенях окна в первом диэлектрике под базу, и располагаются не ближе одной погрешности совмещения на литографии от каждой боковой стенки вертикального участка диэлектрика, вытравливают путем РИТ травления в окнах фоторезиста вторую пленку диэлектрика на горизонтальных участках до поликремния, а после осаждения второй пленки поликремния легируют ее примесью второго типа проводимости.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, показывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

Указанное выполнение предлагаемого способа приводит к тому, что обеспечивается получение субмикронных размеров эмиттера, существенно меньших минимального размера на литографии, вплоть до сотых долей мкм, сопоставляющих две погрешности в процессе LPCVD диэлектрика.

Это достигается за счет того, что эффективная ширина эмиттера в предлагаемом способе определяется зазором между двумя вертикальными стенками второй пленки диэлектрика, наносимого на вертикальные стенки базового окна в первой пленке диэлектрика, покрытые первой пленкой поликремния. При увеличении толщины второй пленки диэлектрика зазор между вертикальными стенками диэлектрика будет уменьшаться до нуля.

Такая совокупность отличительных признаков позволяет формировать субмикронный эмиттер биполярного транзистора и обеспечивает высокий процент выхода годных ИС.

На фиг. 5 представлен разрез структуры после создания изоляции 4 и глубокого коллектора 5 в эпитаксиальном слое 3 на кремниевой подложке 1 с предварительно сформированным в ней скрытым слоем 2. На поверхности эпитаксиального слоя сформирована первая пленка диэлектрика 6, в котором РИТ травлением вытравлены окна под базу 7.

На фиг. 6 представлен разрез структуры после осаждения первой пленки поликремния 8, легирования поликремния примесью первого типа проводимости и осаждения второй пленки диэлектрика 9 с толщиной не менее двух погрешностей совмещения на литографии.

На фиг. 7 представлен разрез структуры после формирования на поверхности маски фоторезиста таким образом, что границы эмиттерных окон в фоторезисте 11 проходят над вертикальными участками второй пленки диэлектрика 9, образованными на ступенях окна под базу, и расположены не ближе одной погрешности совмещения на литографии от каждой боковой стенки вертикального участка диэлектрика.

На фиг. 8 представлен разрез структуры после РИТ травления второй пленки диэлектрика на горизонтальных участках до поликремния, вытравливания в окнах поликремния и легирования кремния примесью первого типа проводимости.

На фиг. 9 представлен разрез структуры после осаждения пленки диэлектрика и плазмохимического травления осажденного диэлектрика на горизонтальных участках для формирования пристеночных элементов диэлектрика 12, изолирующих торцовые поверхности поликремния в окнах. Пленка указана пунктиром, пристеночный диэлектрик 12 - сплошной линией.

На фиг. 10 представлен разрез структуры после осаждения второй пленки поликремния 21 и легирования ее примесями второго типа проводимости.

На фиг. 11 представлен разрез структуры после формирования пассивных областей базы 13 диффузией примеси из первого поликремния, активных областей базы 14 диффузией в кремнии и эмиттера 15 диффузией из второго поликремния, вскрытия контактов к областям базы 16 и коллектора 17 и формирования металлических контактов к базе 18, эмиттеру 19 и коллектору 20.

Пример. В монокристаллической кремниевой подложке p-типа проводимости (pv = 10 Ом · см, толщиной 460 мкм) формируют n⁺-скрытый слой диффузией из Sb₂O₅ с сопротивлением 40 Ом/см² и глубиной 2,5 мкм.

Методом хлоридной эпитаксии наращивают пленку кремния n-типа (pv = 0,7 Ом·см, толщиной 1,75 мкм). Эпитаксиальную пленку маскируют двухслойным покрытием из окисла кремния, получаемого термическим окислением, и нитрида кремния, получаемого пиролитическим осаждением, толщиной 600 и 1500 соответственно. Методами фотолитографии на М-574а и РИТ травлением на ПХТ 005 вскрывают окна в маскирующем диэлектрике и травят глубокие канавки в кремний на ПХВ 005 на глубину 6 - 7 мкм. Методом ИЛ (Лада 30) формируют на дне канавок стопорные слои бора с поверхностной концентрацией 5 · 10 (в 17 степени) см³. Затем формируют слой оксида кремния термическим окислением толщиной 600 и осаждают слой нитрида кремния пиролитическим осаждением толщиной 0,15 мкм, наносят слой поликремния разложением моносилана на установке Изотрон 2М и толщиной 2,5 мкм и планаризуют структуру ПХТ травлением поликремния до нитрида кремния на установке ПХТ 008. Удаляют нитрид кремния и окисел кремния с поверхности структуры.

Осаждают на поверхности пленку окисла кремния в установке Изотрон 4 методом разложения триметоксилана при температуре 730^oC толщиной 0,4 мкм, через маску фоторезиста вытравливают в диэлектрике РИТ травлением на ПХТ 005 окна под базу и коллектор, на установку Изотрон 2М разложением моносилана при температуре 630^oC осаждают первую пленку поликремния толщиной 0,25 мкм, методом ИЛ (Лада 30) легируют поликремний бором с дозой 500 мккул/см² при энергии 40 кэВ, осаждают вторую пленку окисла кремния на установке Изотрон 4 разложением на триметоксисилана с толщиной 0,65 мкм (что больше двух погрешностей совмещения на установке литографии М-584а), формируют маску фоторезиста таким образом, что границы эмиттерных окон в фоторезисте проходят над вертикальными участками окисла кремния, образованными на ступенях окна под базу, и располагаются не ближе одной погрешности совмещения на литографии от каждой боковой стенки вертикального участка диэлектрика (в нашем случае посредине), вытравливают РИТ травлением на установке ПХТ 005 окисла кремния на горизонтальных участках до поликремния, вытравливают в окнах поликремний на ПХТ 008, легируют кремний бором с дозой 3 ммкул/см² с энергией 40 кэВ, формируют пристеночный диэлектрик, изолирующий торцы первой пленки поликремния в окнах путем осаждения нитрида кремния с последующим его РИТ травлением до кремния на ПХТ 005, осаждают вторую пленку поликремния толщиной 0,15 мкм, легируют ее мышьяком с дозой 1500 мккул/см² с энергией 70 кэВ, формируют пассивные и активные базовые области и эмиттерные области диффузией примесей из поликремния термическим отжигом в азоте при температуре 950^oC в течение 30 мин, создают методами литографии и РИТ травления контакты к ним в диэлектрике и формируют металлизацию осаждением пленки алюминия с примесью кремния толщиной 0,6 мкм с последующей литографией и ПХТ травлением алюминия на установках соответственно Оратория 29, М-574а и ПХТ 006.

Пример, приведенный выше, является частным случаем, в котором используется предлагаемый способ. Предлагаемый способ может использоваться для изготовления альтернативного типа транзистора P-N-P, других толщин диэлектриков и режимов формирования, не выходя за пределы патентных притязаний.

Формула изобретения

Способ изготовления биполярного транзистора, включающий формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости скрытых слоев второго типа проводимости, осаждение эпитаксиального слоя второго типа проводимости, формирование областей изоляции и глубокого коллектора, формирование на поверхности первой пленки диэлектрика, вытравливание в диэлектрике окна под базу, осаждение первой пленки поликремния, формирование второй пленки диэлектрика, вскрытие во второй пленке диэлектрика окон под эмиттерные области транзисторов, вытравливание в окнах под эмиттерные области первой пленки поликремния, легирование кремния в окнах под эмиттерные области примесью первого типа проводимости, формирование пристеночного диэлектрика, изолирующего торцы первой пленки поликремния в окнах под эмиттерные области, осаждение второй пленки поликремния, формирование пассивных и активных базовых областей и эмиттерных областей, создание контактов к ним и металлизации, отличающийся тем, что окна под базу в первой пленке диэлектрика вскрывают путем РИТ травления, осаждают первую пленку поликремния, легируют поликремний примесью первого типа проводимости, осаждают вторую пленку диэлектрика с толщиной не менее двух погрешностей совмещения на литографии, формируют маску фоторезиста таким образом, что границы эмиттерных окон в фоторезисте проходят над вертикальными участками второй пленки диэлектрика, образованными на ступенях окна в первом диэлектрике под базу, и располагаются не ближе одной погрешности совмещения на литографии от каждой боковой стенки вертикального участка диэлектрика, вытравливают путем РИТ травления в окнах фоторезиста вторую пленку диэлектрика на горизонтальных участках до поликремния, а после осаждения второй пленки поликремния легируют ее примесью второго типа проводимости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11