Латеральный биполярный транзистор на структурах "кремний на изоляторе" и способ его изготовления

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких микросхем радиочастотного диапазона длин волн. Способ изготовления латерального биполярного транзистора на структурах «кремний на изоляторе» согласно изобретению включает формирование размещенных в эпитаксиальном слое кремния областей эмиттера, базы и коллектора, ограниченных по краям боковой диэлектрической изоляцией и двуокиси кремния, с электрической разводкой по металлу с подслоем силицида титана и пассивирующим слоем диэлектрика, при этом легирование области активной базы n-р-n биполярного транзистора выполняют двойной имплантацией ионов бора и BF₂⁺, легирование области n⁺ коллектора двойной имплантацией ионов фосфора, областей n⁺ эмиттера и коллектора двойной имплантацией ионов фосфора с большей дозой легирования, легирование области пассивной базы имплантацией ионов бора, через буферные слои двуокиси кремния, с последующим быстрым термическим отжигом радиационных дефектов, при режиме имплантации ионов бора, BF₂⁺ и фосфора выбирают исходя из требования получения после термической активации примеси близкое к равномерному распределение примеси на всю глубину эпитаксиального слоя до границы раздела с «захороненным» диэлектриком в областях эмиттера, базы и коллектора, при этом p-n-р латеральные биполярные транзисторы изготавливают по аналогичной технологии со сменой типа примеси для областей эмиттера, базы и коллектора. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента передачи тока базы и достижение максимальных уровней стойкости к ионизирующему излучению биполярного транзистора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких микросхем радиочастотного диапазона длин волн по биполярной и БиКМОП технологии (технология изготовления схем с применением биполярных и МОП транзисторов на одном кристалле).

Биполярная технология востребована при создании интегральных схем, т.к. биполярные транзисторы обладают высокой помехоустойчивостью, низким уровнем шумов, большим коэффициентом усиления. Объединение технологии изготовления биполярных транзисторов с КМОП (комплементарная металл-окисел-полупроводник структура) технологией изготовления интегральных схем, позволяет на одном кристалле сочетать функции обработки аналоговых и цифровых сигналов. БиКМОП технология объединяет преимущества КМОП технологии, связанные с малой потребляемой мощностью и высокой степенью интеграции, и биполярной технологии, связанные с низким коэффициентом шума. Сочетание преимуществ интегрированных на одном кристалле биполярных и МОП транзисторов, выгодно отличает БиКМОП технологию. С учетом воздействия ионизирующего излучения, радиационно-стойкая биполярная и БиКМОП технология актуальна при разработке микросхем систем управления и связи космического и других применений.

Структуры «кремний на изоляторе» (КНИ) получили широкое распространение при изготовлении радиационно-стойкой элементной базы. Полная диэлектрическая изоляция элементов микросхем, исключает образование паразитных тиристорных структур, а также утечки по подложке при воздействии ионизирующего излучения. Однако изготовление биполярных транзисторов с традиционной вертикальной структурой на подложках КИИ крайне затруднено, т.к. приборный слой кремния ограничен со стороны подложки «захороненным» диэлектриком и его толщина обычно не превышает 200 нм.

Известны биполярные транзисторы с горизонтальной структурой, выполненные на объемном кремнии или на эпитаксиальных пленках кремния (Радиационные эффекты в интегральных схемах, под редакцией Т.М. Агаханяна, М: Энергоатомиздат, 1989). Ранее широкое распространение получили горизонтальные структуры с боковой инжекцией в элементах инжекционной логики. Латеральные транзисторы, представлявшие собой горизонтальные структуры с боковой инжекцией, вместе с тем проявляли высокую чувствительность к воздействию ионизирующего излучения. Причиной низкой радиационной стойкости горизонтальных структур являлись сравнительно большие времена пролета носителей через базу, что обусловливало снижение коэффициента передачи тока базы при небольших уровнях воздействия. Т.к. базой транзисторов служили слои полупроводников, заключенные между диффузионными слоями эмиттера и коллектора, толщина базы определялась расстоянием между окнами в фоторезиставных масках. При микронных проектных нормах толщина базы у латеральных транзисторов значительно превышала толщину базы вертикальных транзисторов. Т.к. у последних она формировалась в процессе двойной диффузии примесей в активную базу и эмиттер.

Интересное конструктивное решение создания биполярного транзистора для интегральных схем предложено в патенте РФ №2108640, опубликованном 10.04.1998 г. Биполярный фанзисюр интегральных схем па пластине кремния, содержащий области эмиттера, базы и коллектора, сформирован с использованием изолированных диэлектриком полупроводниковых меза-структур. Ступенчатая структура транзистора выполнена так, что горизонтальные поверхности ступенек расположены на поверхности меза-структуры в областях 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 соответствующей горизонтальной поверхности ступенек диэлектрика.

Данное техническое решение позволяет уменьшить площадь активных областей транзистора при одновременном повышении быстродействия и пробивных напряжений р-n переходов.

К недостаткам данной конструкции транзистора можно отнести низкую стойкость к воздействию ионизирующего излучения из-за возможности образования паразитных каналов утечек по подложке кремния и в структуре транзистора. Накопление положительных зарядов в слоях изолирующих окислов с ростом дозы излучения, обусловливает появление инверсных слоев n-типа проводимости и образование каналов, соединяющих области коллектора с эмиттером, а также соседние скрытые слои n⁺-типа. Увеличение скорости поверхностной рекомбинации вдоль границы раздела с боковой диэлектрической изоляцией приводит также к росту обратных токов р-n переходов.

Известны латеральные биполярные транзисторы на полупроводниковых структурах с диэлектрической изоляцией (Патенты США №9666669 опубл. 30.05.2017 г., №9748369, опубл. 29.09.2017 г.). Активные области транзисторов содержат многослойные структуры с использованием различных полупроводниковых материалов: кремния, германия, SiGe, SiC и др. В пленке полупроводника на скрытом слое диэлектрика формируют области эмиттера, активной базы и коллектора. Пассивная база и области контактов к базе, на основе поликристаллических и металлизированных слоев, расположены сверху над активной базой. Размеры активных областей транзисторов, составляющие десятки нм, а также высокая подвижность носителей заряда в многослойных полупроводниковых структурах, обусловливают рабочий диапазон частот приборов уровня сотен ГГц.

В патентах не рассматриваются вопросы радиационной стойкости заявленных приборов при воздействии ионизирующего излучения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является латеральный биполярный транзистор на структурах «кремний на изоляторе» (Патент США №6376897, опубл. 23.04.2002 г.. A RF lateral BJT on SOI for realization of RF SOI-BiCMOS technology, 1-Shan M.Sun, W.T.Ng, H.Mochizuki, K.Kanekiyo, T.Kobayashi, M.Toita, H.Ishikawa, S.Tamura, K.Takasuka, IEEE, Conference: Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems, 2006 г.). В патенте, который может быть рассмотрен в качестве прототипа, заявлен транзистор, в структуре которого содержатся области эмиттера, базы и коллектора, сформированные на пленке диэлектрика. Данный транзистор рассчитан на радио- и сверхвысокий диапазон рабочих частот. Активная база транзистора, толщиной менее 100 нм, создается по технологии с использованием спейсеров в качестве масок при имплантации примесей. По самосовмещенной технологии, сформированы области высоколегированного эмиттера и коллектора, а также области селективно имплантированного малыми дозами коллектора. Пассивная база создается диффузией из насыщенной бором пленки поликристаллического кремния по всей области активной базы сверху. Контактами к базе служат слои поликристаллического кремния и металла.

Отмечается, что предложенная конструкция и малые размеры активных областей, определяют характеристики транзистора, не уступающие по диапазону рабочих частот и коэффициенту передачи тока базы вертикальным биполярным транзисторам на структурах SiGe.

К конструктивным недостаткам прототипа, которые не позволяют достичь высоких уровней радиационной стойкости, можно отнести расположение области пассивной базы сверху над всей областью активной базы. Большая площадь контакта активной и пассивной базы обусловливает рост базового тока и соответственно снижение коэффициента усиления транзистора при воздействии ионизирующего излучения. Кроме того, поликремниевый контакт к базе требует дополнительной планаризации рельефа поверхности кристалла для достижения плотной упаковки структуры микросхем.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента передачи тока базы и достижение максимальных уровней стойкости к ионизирующему излучению биполярного транзистора с латеральной геометрией, выполненного на структуре «кремний на изоляторе».

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления латерального биполярного транзистора на структурах «кремний на изоляторе», включающем формирование размещенных в эпитаксиальном слое кремния областей эмиттера, базы и коллектора, ограниченных по краям боковой диэлектрической изоляцией, выполненных имплантацией ионов бора, BF₂⁺ и фосфора по маске фоторезиста и двуокиси кремния, с электрической разводкой по металлу с подслоем силицида титана и пассивирующим слоем диэлектрика, легирование области активной базы n-р-n биполярного транзистора выполняют двойной имплантацией ионов бора и BF₂⁺ легирование области n⁺ коллектора двойной имплантацией ионов фосфора, областей n⁺ эмиттера и коллектора двойной имплантацией ионов фосфора с большей дозой легирования, легирование области пассивной базы имплантацией ионов бора, через буферные слои двуокиси кремния, с последующим быстрым термическим отжигом радиационных дефектов, при этом величину энергии имплантации ионов бора, BF₂⁺ и фосфора и соответствующую ей глубину пробега ионов выбирают в соответствии с толщиной эпитаксиального слоя кремния и требованием получения после термической активации примеси близким к равномерному распределением примеси на всю глубину эпитаксиального слоя до границы раздела с «захороненным» диэлектриком в областях эмиттера, базы и коллектора, при этом p-n-р латеральные биполярные транзисторы изготавливают по аналогичной технологии со сменой типа примеси для областей эмиттера, базы и коллектора.

Кроме того легирование области активной базы ионами бора и BF₂⁺ выполняют с концентрацией акцепторов не менее 10¹⁷ см^-3, при этом для обеспечения коэффициента инжекции неосновных носителей в базу, концентрация доноров в области эмиттера должна превышать концентрацию акцепторов в базе на два порядка величины.

Технический результат достигается тем, что в латеральном биполярном транзисторе на структурах «кремний на изоляторе» металлизированный базовый контакт сформирован к р+ области пассивной базы, которая выполнена в эпитаксиальном слое кремния планарно с областями эмиттера, активной базы и коллектора с торца активной базы в ее периферийной части, при этом толщина области активной базы соответствует проектным нормам субмикронной технологии и составляет величину в диапазоне от 0.24 до 0.35 мкм, а ширина области активной базы составляет величину в диапазоне от 5 до 10 мкм.

Кроме того топологическая схема транзистора может быть выполнена в виде составной ячеистой структуры.

На фиг. 1 представлена топологическая схема размещения активных и пассивных элементов предлагаемого биполярного транзистора, 1 - область боковой диэлектрической изоляции, 2 - активная база, 3 - низколегированный коллектор, 4 - n+-эмиттер, 5 - n+-коллектор, 6 - р+-база, 7 - области металлизации.

На фиг. 2 приведен модельный вид конструкции биполярных транзисторов с верхним (стандартным) - (а) и торцевым (предлагаемым) - (б) контактом к базе, 1 - область боковой диэлектрической изоляции, 2 - активная база, 3 - низколегированный коллектор, 4 - n+- эмиттер, 5 - n+-коллектор, 6 - р+- база, 7 - области металлизации, 8 - слой «захороненного» диоксида кремния, 9 - кремниевая подложка.

Пример реализации биполярного транзистора с латеральной геометрией.

Биполярные транзисторы формируют на структурах «кремний на изоляторе» с толщиной приборного слоя кремния не более 200 нм и толщиной скрытого слоя диэлектрика в диапазоне от 150 до 200 нм. В технологическом маршруте используются операции фотолитографии, осаждения диэлектрических и проводящих слоев, операции ионного легирования, термических обработок, плазмохимического травления.

Топологическая схема размещения активных и пассивных областей биполярного транзистора представлена на фиг. 1. Первоначально проводится формирование электрически изолированной приборной области транзистора с использованием операций фотолитографии и плазмохимического травления эпитаксиального слоя кремния по маскам двуокиси и нитрида кремния. Выполняется боковая диэлектрическая изоляция осаждением пленки двуокиси кремния и химико-механической полировкой с целью планаризации поверхности. Легирование области активной базы n-р-n биполярного транзистора выполняют по маске фоторезиста через буферный слой двуокиси кремния толщиной 6.5 нм. Т.к. активная база транзистора формируется по фоторезистивной маске, ее толщина определяется проектными нормами субмикронного базового технологического маршрута. Для более равномерного распределения примеси на всю глубину эпитаксиального слоя кремния, легирование области активной базы проводят двойной имплантацией бором с энергией ионов в диапазоне от 50 до 55 кэВ и дозой в диапазоне от 2⋅10¹² ион/см² до 1⋅10¹³ ион/см² и BF₂⁺ с энергией ионов в диапазоне от 40 до 45 кэВ и дозой в диапазоне от 5⋅10¹¹ ион/см² до 2⋅10¹² ион/см². Ионы BF₂⁺как более тяжелые в сравнении с ионами бора имеют меньший проецированный пробег и соответственно дисперсию пробега в кремнии. Только малая доля ионизированных молекул BF₂⁺ может диссоциировать в процессе имплантации. Следовательно, на глубину больше проецированного пробега ионов BF₂⁺, внедряется лишь небольшая часть атомов бора и фтора. Коэффициент сегрегации для бора меньше единицы, следовательно, поверхность кремния при дальнейших операциях окисления может обедняться примесью. Так как бор находится в связанном состоянии с фтором, процессы диффузии и сегрегации примесей при высокотемпературных обработках замедляются. Это обусловливает получение более равномерного распределения примеси в области активной базы с концентрацией акцепторов не менее 10¹⁷ см^-3.

Низколегированную область коллектора выполняют по маске фоторезиста через буферный слой двуокиси кремния, на всю глубину эпитаксиального слоя кремния, двойной имплантацией ионами фосфора. Первую имплантацию области n коллектора выполняют фосфором через буферный слой двуокиси кремния толщиной 6.5 нм с энергией ионов в диапазоне от 120 кэВ до 130 кэв и дозой от 3⋅10¹² ион/см² до 8⋅10¹² ион/см², а вторую имплантацию с энергией ионов от 35 до 40 кэВ и дозой от 1⋅10¹² ион/см² до 3⋅10¹² ион/см².

После нанесения на поверхность структур пленки диэлектрика, формируют n+ области эмиттера и коллектора. Для увеличения коэффициента инжекции неосновных носителей в базу, n+ область эмиттера легируется двойной имплантацией ионов фосфора на всю глубину эпитаксиального слоя кремния. Чтобы приблизить распределение примеси к равномерному, первую имплантацию в n+ области эмиттера и коллектора выполняют с использованием буферного слоя двуокиси кремния толщиной 6.5 нм с энергией ионов в диапазоне от 120 кэВ до 130 кэв и дозой от 1⋅10¹⁵ ион/см² до 3⋅10¹⁵ ион/см², а вторую имплантацию с энергией ионов от 35 до 40 кэВ и дозой от 3⋅10¹⁴ ион/см² до 1⋅10¹⁵ ион/см². При данных режимах имплантации, концентрация доноров в области эмиттера превышает концентрацию акцепторов в базе на два порядка величины, что обеспечивает достижение нужного коэффициента инжекции неосновных носителей в базу.

В р⁺ область пассивной базы имплантируется бор с энергией ионов в диапазоне от 50 до 55кэВ и дозой в диапазоне от 2⋅10¹⁵ ион/см² до 3,5⋅10¹⁵ ион/см². Для активации примеси и отжига радиационных дефектов используют быстрый термический отжиг в течение 30 секунд с нагревом поверхности кристаллов до температуры 1000°С. После осаждения пленки диэлектрика и травления контактных окон к областям эмиттера, базы и коллектора, формируют металлизацию, при этом количество уровней металла определяется степенью сложности микросхемы. Технология изготовления n-p-n биполярных транзисторов рассмотрена подробно, т.к. их параметры наиболее чувствительны к ионизирующему излучению. Биполярные p-n-р транзисторы изготавливают аналогично со сменой типа примеси.

Предложенная конструкция транзистора с латеральной геометрией (показана на фиг. 26), в которой металлизированный базовый контакт (7) формируется к р+ области пассивной базы (6), выполненной в эпитаксиальном слое кремния КНИ структуры планарно с областями эмиттера (4), активной базы (2) и коллектора (3,4) с торца активной базы (2) в ее периферийной части (торцевой контакт), позволяет значительно увеличить коэффициент передачи тока базы и обеспечить достижение максимальных уровней стойкости к ионизирующему излучению. Данная конструкция по сравнению с латеральными транзисторами (прототип) (фиг. 2а), у которых пассивная база (6) сформирована сверху над всей областью активной базы (2), за счет изменения распределения электрических полей и потенциалов позволяет организовать более эффективный транспорт носителей заряда от эмиттера к коллектору. В транзисторах с базовым контактом сверху, коэффициент передачи тока базы снижен, ввиду высокого уровня инжекции основных носителей заряда в эмиттер из области базы. По распределению электрических полей и потенциалов в области активной базы, предложенная конструкция приближена к вертикальным биполярным транзисторам.

Увеличение коэффициента передачи тока базы и достижение максимальных уровней стойкости заявленных латеральных транзисторов, подтверждали результатами моделирования диффузионных и дрейфовых процессов транспорта носителей заряда, с учетом воздействия ионизирующего излучения. Оптимизация конструкции проводилась посредством анализа эффективности функционирования транзистора по результатам расчета вольтамперных характеристик. Моделировалось протекание тока в транзисторах до и после воздействия ионизирующего излучения. Значения электрофизических параметров варьировались с учетом требований к параметрам микросхем, выполненных по субмикронной биполярной и БиКМОП технологии. Учитывались требования к параметрам транзисторов по диапазону напряжений питания, токам потребления, коэффициенту передачи тока базы. По результатам моделирования была оптимизирована технология их изготовления.

Численное моделирование транспорта носителей заряда проводили с использованием САПР TCAD в 2D и 3D квазигидродинамическом приближении. Модель включала систему уравнений Пуассона, непрерывности, баланса энергии и импульса носителей заряда, выражения для плотности токов и потоков энергии электронов и дырок. Возможности TCAD, основанные на совокупности физических моделей, алгоритмах построения сетки и программных комплексах для численного моделирования, позволяют с хорошим приближением выполнять расчеты электрических параметров транзисторов с оптимизацией технологических режимов их изготовления.

Радиационное воздействие учитывалось путем изменения электрофизических параметров полупроводниковой структуры транзистора. Т.к. транзисторы формируются в электрически изолированных карманах, наибольшее влияние на их характеристики при воздействии ионизирующего излучения оказывают связанные положительные заряды, накапливающиеся в боковой изоляции, пассивации и «захороненных» диэлектриках. Связанный положительный заряд в слои диэлектриков вводился на границе с рабочим слоем кремния. Величина заряда была пропорциональна дозе ионизирующего излучения.

Был проведен анализ взаимного влияния отдельных процессов на эффективность работы транзистора: интенсивности рекомбинации инжектированных электронов и дырок в базе, инжекции носителей заряда из базы в эмиттер, вклада поперечного, т.е. ортогонального к направлению тока эмиттер-коллектор, сопротивления базы.

Моделировались характеристики транзисторов заявленной конструкции в сравнении с характеристиками латеральных транзисторов с верхним (стандартным) базовым контактом к области активной базы. Конструкции латеральных биполярных транзисторов, которые использовалась в САПР TCAD при моделировании транспорта носителей заряда, схематично представлены на фиг. 2. Транзисторы сформированы в электрически изолированном кармане с использованием боковой диэлектрической изоляции и слоя «захороненного» диэлектрика. Сравнивались параметры транзисторов, имеющих аналогичную планарную геометрию активных областей и равную концентрацию примеси в n⁺-эмиттере и коллекторе (N_e.c(n+)), базе (N_b) и n⁺-коллекторе (N_e(n-)). Толщина области активной базы (W) определяется проектными нормами субмикронной технологии в диапазоне 0.24-0.35 мкм. Имплантация примеси в области эмиттера и коллектора с малым боковым уходом под маску, обусловливает хорошую повторяемость размеров активной базы. Время пролета неосновных носителей заряда области активной базы с соответствующими проектными нормами, определяет граничную частоту работы транзисторов в области радиочастотного диапазона длин волн. Транспорт носителей заряда моделировался без учета не характерных для данных размеров квазибаллистических эффектов. Максимальная ширина активной области транзистора была обусловлена шириной активной базы. Силицидированные контакты к эмиттеру и коллектору выполнены аналогично для обоих транзисторов. Концентрации примесей в активных областях варьировались с целью определения оптимальных электрических параметров транзисторов. В сильнолегированных областях эмиттера и коллектора (N_e,c(n+)), концентрации примеси при расчетах начинались с уровня 1×10¹⁹ см^-3 в области активной базы (N_b) с уровня 5×10¹⁶ см^-3. Контакты к базе моделировались с пренебрежимо малым контактным сопротивлением. Рассматривалась схема включения транзистора с общим эмиттером. Напряжение, приложенное к области базы, варьировалось в пределах 0-0.9 В, напряжение, приложенное к коллектору от 0 до 3.3 В. При моделировании на кремниевую подложку мог быть подан отрицательный потенциал (U_sub=-3.3 В).

Размеры области активной базы транзисторов с торцевым контактом определяют ее сопротивление. По величине тока коллектора и коэффициента передачи тока базы, был определен оптимальный размер области активной базы. В соответствии с результатами моделирования взаимосвязанных эффектов инжекции из эмиттера носителей заряда и изменения сопротивления базы, была определена оптимальная ширина базы с учетом воздействия ионизирующего излучения. В таблице 1 представлены результаты моделирования в 2D приближении характеристик n-p-n биполярных транзисторов с различной шириной базы (W), при напряжении на базе U_b=0,7B и напряжении коллектора U_c=3.3B. до и после, воздействия ионизирующего гамма излучения при наведенной плотности поверхностных состояний N_s=10¹² см^-2. Хорошо прослеживается зависимость параметров транзисторов от размера области активной базы. Из таблицы следует, что транзисторы с шириной базы менее 5 мкм имеют низкие коэффициенты усиления и отказывают при воздействии ионизирующего излучения. При увеличении ширины базы заметно некоторое снижение коллекторных токов, обусловленное ростом ее сопротивления. Наилучшие характеристики у транзисторов с шириной базы в диапазоне от 5 до 10 мкм. Следует отметить, что конструкция транзистора с пассивной базой, выполненной с торца активной в ее периферийной области, допускает разработку топологии транзистора в виде составной ячеистой структуры при необходимости увеличения его мощности.

Параметры транзисторов определяются уровнем легирования его активных областей. Оптимальные концентрации примеси и соответствующие им диапазоны доз имплантации в области эмиттера, базы и коллектора для транзисторов с торцевым контактом к базе, определялись по величине коллекторного тока и коэффициента передачи тока базы. При расчетах варьировались уровни концентрации примеси в одной из трех активных областей транзистора. В таблице 2 представлены результаты моделирования в 3D квазигидродинамическом приближении характеристик транзисторов при различных значениях концентрации примеси в сильнолегированных областях эмиттера и коллектора (N_e,c(n+)), области активной базы (N_b) и низколегированной области коллектора (N_c(n-)) (напряжение на базе U_b=0.7B, напряжение коллектора U_c=3.3B).

Из таблицы следует, что на величину коэффициента передачи тока базы оказывают влияние уровни концентрации примеси всех трех активных областей транзистора. Снижение уровня легирования активной базы приводит к увеличению β. Однако при этом может уменьшаться напряжение пробоя транзисторов даже при относительно малых дозах облучения. Таким образом, концентрация акцепторов в области активной базы не должна быть ниже 1×10¹⁷ см^-3. Для обеспечения необходимого коэффициента инжекции неосновных носителей в область активной базы, концентрация доноров в области эмиттера должна превышать концентрацию акцепторов на два порядка величины при условии близкого к равномерному распределению примесей в области эмиттерного р-n перехода. Для получения оптимальных концентраций примесей диапазоны доз имплантации фосфором для первого легирования n+ эмиттера-коллектора составляют 1⋅10¹⁵ ион/cм² - 3⋅10¹⁵ ион/см², для второго легирования 3⋅10¹⁴ ион/см² - 1⋅10¹⁵ ион/см². Для активной базы диапазон доз имплантации бором составляет 2⋅10¹² ион/см² - 1⋅10¹³ ион/см², для BF₂⁺ диапазон доз 5⋅10¹¹ ион/см² - 2⋅10¹² ион/см². Для области n⁺ коллектора диапазоны доз имплантации фосфором для первого легирования составляют 3⋅10¹² ион/см² - 8⋅10¹² ион/см², для второго легирования 1⋅10¹² ион/см² -3⋅10¹² ион/см².

Сравнение параметров транзисторов с верхним (стандартным) и торцевым (предлагаемым) базовым контактом показывает значительные преимущества последних. Характеристики двух типов транзисторов до и после воздействия ионизирующего излучения в зависимости от уровня наведенной плотности поверхностных состояний, при напряжении на базе U_b=0.7B и напряжении коллектора U_c=3.3B, представлены в таблице 3. Моделирование выполняли в 3D квазигидродинамическом приближении. На 14 кремниевую подложку при расчетах подавался отрицательный потенциал (U_sub=-3.3В).

Сравнивались характеристики транзисторов с аналогичной геометрией и равными концентрациями примеси в активных областях структур. При расчетах использовались полученные ранее оптимальные концентрации примеси в области эмиттера, базы и коллектора. Как видно из таблицы, латеральные транзисторы с «традиционным» верхним контактом к области активной базы имеют значительно меньшую величину коэффициента передачи тока базы, при этом после облучения при наведенной плотности поверхностных состояний N_s=10¹² см^-2, наблюдается отказ функционирования. Воздействие ионизирующего излучения на транзисторы с торцевым контактом к области активной базы, приводит к росту величины коллекторных и базовых токов, что обусловлено влиянием связанных положительных зарядов в диэлектриках. Однако катастрофических отказов работы транзисторов отмечено не было. При облучении транзисторы сохраняли высокие уровни коэффициента передачи тока базы.

Предложенная конструкция латерального биполярного транзистора на структурах «кремний на изоляторе» позволяет организовать эффективный транспорт носителей заряда от эмиттера к коллектору, что обусловливает значительное повышение коэффициента передачи тока базы и достижение максимальных уровней стойкости к ионизирующему излучению. Заявленная конструкция технологична, т.к. контакты к эмиттеру, базе и коллектору размещены в одной плоскости и не требуют дополнительных операций по планаризации поверхности. Уровни коллекторных токов биполярных транзисторов с торцевым контактом к базе, сопоставимы с плотностью драйверных токов МОП транзисторов соответствующих субмикронных проектных норм. Это может облегчить разработку электрических схем и проектирование совмещенной топологии.

БиКМОП технология на структурах «кремний на изоляторе», с интегрированными на одном кристалле биполярными и униполярными транзисторами, актуальна при разработке микросхем радиочастотного диапазона длин волн для спутниковой связи, с учетом воздействия ионизирующего излучения.

1. Способ изготовления латерального биполярного транзистора на структурах «кремний на изоляторе», включающий формирование размещенных в эпитаксиальном слое кремния областей эмиттера, базы и коллектора, ограниченных по краям боковой диэлектрической изоляцией, выполненных имплантацией ионов бора, BF₂⁺ и фосфора по маске фоторезиста и двуокиси кремния, с электрической разводкой по металлу с подслоем силицида титана и пассивирующим слоем диэлектрика, отличающийся тем, что легирование области активной базы n-р-n биполярного транзистора выполняют двойной имплантацией ионов бора и BF₂⁺, легирование области n⁺ коллектора двойной имплантацией ионов фосфора, областей n⁺ эмиттера и коллектора двойной имплантацией ионов фосфора с большей дозой легирования, легирование области пассивной базы имплантацией ионов бора, через буферные слои двуокиси кремния, с последующим быстрым термическим отжигом радиационных дефектов, при этом величину энергии имплантации ионов бора, BF₂⁺ и фосфора и соответствующую ей глубину пробега ионов выбирают в соответствии с толщиной эпитаксиального слоя кремния и требованием получения после термической активации примеси близким к равномерному распределением примеси на всю глубину эпитаксиального слоя до границы раздела с «захороненным» диэлектриком в областях эмиттера, базы и коллектора, при этом p-n-р латеральные биполярные транзисторы изготавливают по аналогичной технологии со сменой типа примеси для областей эмиттера, базы и коллектора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что легирование области активной базы ионами бора и BF₂⁺ выполняют с концентрацией акцепторов не менее 10¹⁷ см^-3, при этом для обеспечения коэффициента инжекции неосновных носителей в базу, концентрация доноров в области эмиттера должна превышать концентрацию акцепторов в базе на два порядка величины.

3. Латеральный биполярный транзистор на структурах «кремний на изоляторе», отличающийся тем, что металлизированный базовый контакт сформирован к p+ области пассивной базы, которая выполнена в эпитаксиальном слое кремния планарно с областями эмиттера, активной базы и коллектора с торца активной базы в ее периферийной части, при этом толщина области активной базы соответствует проектным нормам субмикронной технологии и составляет величину в диапазоне от 0.24 до 0.35 мкм, а ширина области активной базы составляет величину в диапазоне от 5 мкм до 10 мкм.

4. Биполярный транзистор по п. 3, отличающийся тем, что топологическая схема транзистора может быть выполнена в виде составной ячеистой структуры.