Способ изготовления вч и свч кремниевых n - p - n транзисторных структур

 

(19) SU (11) 76б416 А1 (51) 5 Н 01 Ь 21 331

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЩОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2745793/25 (22) 26.02.79 (46) 30.10.93 Blon. Йя 39-40

{72) Глущенко В.Н„Борзаков Ю.И. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ И СВЧ

КРЕМНИЕВЫХ й-P-N ТРАНЗИСТОРНЫХ

СТРУКТУР

Изобретение относится к электронике, в частности к полупроводниковому производству и предназначено для изготовления кремниевых ВЧ и СВЧ транзисторов.

Известен способ изготовления ВЧ и

СВЧ кремниевых транзисторных способов, направленный на устранение эффекта вытеснения, который предусматривает получение тормозящей маски из поликремния для ионов бора s областях эмиттера путем ионного внедрения инертных газов под определенным углом в окно в окисле кремния, размер которого равен или несколько больше области эмиттера. Базу создают ионным легированием примеси р-типа в область, площадь которой больше площади поверхности аморфного слоя. Переход, образуемый между базовой и коллекторной областями, имеет ступенчатую форму, более глубокую в периферийной части и мелкую в центральной под аморфным слоем, Область эмиттера создается ионным внедрением фосфора через маску; которая соответствует размеру аморфного слоя. Затем производят отжиг при 800ОС. Во время отжига часть базовой примеси под эмиттерной областью сдвигается, и ширина базовой области в центральной части структуры становится почти равной или незначительно уже ее ширины по периферийным частям.

Этот способ не находит практического применения по следующим причинам.

Во-первых, ограничения накладываются кристаллографической ориентацией кремниевых пластин:.способ оказывается зффектлвным для кремния. ориентированного в плоскости(100} и малоэффективен для кремниевых пластин с другой кристаллографической ориентацией. Во-вторых. изготовление аморфного слоя кремния в локальных участках требует дополнительного направленного ионного легирования с очень точной ориентацией пластин. В-третьих, создание эмиттерной области ионным внедрением через маску влечет эа собой дополнительную прецизионную фотогравировку. Все отмеченное значительно усложняет технологический процесс и затрудняет применение способа в производстве.

Известен также способ изготовления кремниевой ВЧ и СВЧ и-р-и структуры, при котором достигается устранение эффекта вытеснения эмиттерной примесью.

Способ заключается в том, что на поверхности кремниевой пластины и-типа оставляют защищенной центральную часть и проводят диффузию примеси р-типа, Затем удаляют маскирующий слой в центральной части и проводят диффузию той же примеси по всей пластине. В результате выполнения этих операций формируется базовая область транзистора более широкая по периферии и тонКая в центральности части. После этого на поверхности структуры вновь формируют

5 защитное покрытие, вскрывают в нем окно и проводят диффузию примеси п-типа, создавая таким образом эмиттерную область транзистора. Дальнейшие операции способа относятся к созданию контактов и разде10 лительной изоляции.

Недостатком способа является значительное число фотолитографических операций, что усложняет и удорожает этот способ.

Ближайшим техническим решением яв15 ляется способ изготовления кремниевых ВЧ и СВЧ n-p-и транзисторных структур, включающий формирование окисной маски, фотолитографию базовой области, загонку примеси р-типа, формирование в базовом

20 окне окисла кремния, фотолитографию под эмиттер. термический отжиг в окислительной атмосфере, удаление окисла в эмиттерном окне и формирование эмиттера.

В процессе разгонки глубина коллек25 торного перехода в области, расположенной под эмиттерной областью, получается меньше. чем в периферийных частях структуры.

При последующей диффузии примеси

З0 и-типа в результате вытеснения примеси ртипа глубина коллекторного перехода становится однородной по всей структуре.

Недостатком способа является невысокая эффективность в торможении примеси в

З5 центральной части базовой области, расположенной под эмиттером, па отношению к периферийным частям структуры. Так, количественные данные, приведенные в описании к патенту, показывают, что на глубине

40 коллекторного перехода порядка 1,9 мкм эффект торможения при температуре процесса 1100 С в течение 70 мин в кислородной среде составляет всего лишь 0,3 мкм.

Объясняется это тем, что базовая примесь

45 тормозится не только в центральной части структуры. но и по ее периферии, хотя и в меньшей степени.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования толщи50 ной активной базы.

Цель достигается тем. что загонку базовой примеси осуществляют ионным внедрением, через диэлектрический слой толщиной не более 0.35 мкм. предваритель55 но сформированный в базовых окнах, Толщина диэлектрического слоя, не превышающая 0,35 мкм, выбрана исходя иэ соображений эффекта торможения этого слоя для ионов бора с ускоряющим напряжением 150 кВ. Именно при больших тол7бб416

10

55 щинах ионы бора полностью тормозятся диэлектрической пленкой и достигают поверхности кремния.

Способ характеризуется совокупностью и последовательностью операций. представленной на фиг.1-6, На фиг.1 показана кремниевая подложка 1 и-типа с созданным на ее поверхности слоем окисла кремния 2, вытравленным в нем окном 3 и вновь созданным в окне на поверхности кремния тонким (толщиной не свыше 0,35 мкм) термическим выращенным слоем окисла кремния 4.

На фиг.2 представлена структура после ионного внедрения в тонкий диэлектрический слой 4 акцепторной примеси (бора) 5 из источника 6 и приповерхностный слой кремния с формированием диффузионного слоя р/типа 7 (базовой области транзистора).

На фиг.3 изображена структура после создания на ее поверхности изолирующего слоя 8.

На фиг,4 показана структура после вытравливания окна в диэлектрических слоях

4 и 8 и проведения термообработки структуры. Из чертежа видно, что в результате проведения термоабработки происходит разгонка акцепторной примеси как вглубь пластины, так и в стороны при одновременном торможении примеси под окном 9 со сформированным в нем тонким окислом 13.

Таким образом. между участками 10 и 11 базовой области р-типа образуется ступенька 12.

На фиг.5 отмечено, что изолирующий слой 13 удален и через окно 9 сформирована эмиттерная область 14 п-типа, В процессе диффузии выращен изолирующий слой 15 и в результате дальнейшего "вытеснения" акцепторной примеси уменьшена ступенька

12 между участками 10 и 11 базовой области.

На фиг,б показана окончательно сформированная A p-A транзисторная структура.

Вскрыты фотогравировкой контактные окна

16 и 17 соответственно к эмиттерной 14 и базовой 10 областям транзисторной структуры и показана их металлизация 18 и 19.

Эффект "подтягивания" центральной части базовой области возникает вследствие гетерирования акцепторной примеси из слоя 11 в беспримесный диэлектрический слой 13 при одновременном подлегировании слоя 10 из легированного акцепторной примесью слоя окисла кремния 4 в процессе высокотемпературной обработки.

Пример. На исходной кремниевой пластине и/типа сопротивлением 7.5 OM выращивают термическую пленку двуокиси кремния толщиной 0,7 мкм. Проводят фотогравировку, вскрывая окно в пленке двуокиси кремния, Термически окисляют поверхность кремния в окне, создавая пленку окисла кремния толщиной 0,2 мкм. На установке типа "Везувий П" осуществляют имплантацию ионов бора с ускоряющим напряжением 80 кВ и дозой облучения 160 мКул/см через диэлектрическую пленку в кремний с образованием базовой области р-типа. На установке УВП-2 при 200 С путем пиролиза моносилана кремния покрывают поверхность пластины слоем окисла кремния толщиной порядка 0,5 мкм. При температуре порядка 1150 С сначала в окислительной (5 мин), а затем в нейтральной среде (120 мин) осуществляют разгонку акцептарной примеси в базовом слое. При этом образуется "ступенька" между центральной и периферийной частями высотой 0,57 мкм. В травителе, состоящем из смеси фтористоводородной кислоты с водой в соотношении

1:5 вскрывают окна в слое окисла кремния.

Проводят диффузию фосфора из хларокиси фосфора для формирования эмиттерной области. Осуществляют. фотогравировку па фосфорносиликатному стеклу и окислу кремния для вскрытия контактных окон. Напыляют алюминий, Производят фотогравировку по алюминию

Проведены дополнительные эксперименты по влиянию длительности термообработки структуры в. окисл ител ьной и нейтральной среде на величину "ступеньки" между центральной и периферийной частями базовой области. Установлено, что при термообработке последовательно в течение

5 мин в окислительной среде (сухой кислород) и последующей разгонке в азотной среде в течение 120 мин величина "ступеньки" составляла 0.57 мкм. при термообрэботке в кислороде в течение 15 мин — 0,96 мкм при термообработке в кислороде в течение

45 мин — 1.25 мкм.

Также установлено, что при диффузии фосфора имеет место незначительное оттеснение бора в центральной части базовой области. но указанная "ступенька" при этом сохраняется.

Таким образом, способ обеспечивает высокую эффективность регулирования толщины активной базовой области под эмиттером по отношению к периферийным частям базы. (56) Патент США

N." 3615875. кл. 148-1,5, опублик. 1973.

Патент Японии

N 45-31129, кл. 99(5) Д2. 1970.

Патент Японии

N 49-29109. кл. 99(5) Е2. опублик. 1974.

766416

Формула изобретения . СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ И СВЧ

КРЕМНИЕВЫХ n - -p - -n ТРАНЗИСТОРНЫХ

СТРУКТУР, включающий формирование 5 окисной маски, фотолитографию базовой области, загонку цримеси р-типа, формирование в базовом окне окисла кремния, фотолитографию под змиттер, термический: отжиг в окислительной атмосфере, удале- 10 ние окисла в эмиттерном окне и формирование эмиттера, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регулирования толщины активной базы, загонку базовой примеси р-типа осуществляют ионным внедрением через диэлектрический слой толщиной не более 0,35 мкм, предварительно сформированный в базовых окнах.

766416 фу f!

7 В 10 8

Ф f7 6 f6

И

Техред M,Mîðråíòàë Корректор M. Ткач

Редактор О. Юркова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3188

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