Способ изготовления вч транзисторных структур

 

(19) SU (11) 766423 А1 (51) 5 Н 01 ЬИ 265

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

) ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 2739960/25

{22) 33.03.79

{46) 30.1093 Бюл. Йа 39-40

{72) Бреус Н.В„. Гапьцев В.П„Глущенко В.Н.

{54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ ТРАНЗИСТОРНЫК СТРУКТУР

766423

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов, в частности при изготовлении дискретных и интегральных транзисторов, В последние годы все большее распространение получает использование радиационных процессов, таких как протонное, электронное, нейтронное и т.д, В известном способе изготовления полупроводниковых приборов снижения времени жизни неосновных носителей заряда и улучшение характеристик прибора в импульсном режиме достигается их обработкой нейтронами высокой энергии, Нейтроны, внедряясь в решетку, сдвигают атомы кремния из положения равновесия, и результате чего образуется область с раэупорядоченной структурой. В запрещенной зоне полупроводника появляется ряд глубоких энергетических уровней, являющихся центрами захвата носителей.

Эффект снижения времени жизни неосновных носителей заряда сопровождается изменением электрических характеристик приборов, Недостатком способа является то, что при облучении нейтронами происходит разупорядочение структуры решетки на очень большую глубину и из-за их высокой проникающей способности.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ВЧ транзисторных структур, включающий операции формирования в полупроводниковой подложке базовой области с маскирующим ее покрытием, вскрытие окон и формирование в них эмиттеров и металлизации вскрытых контактных областей.

Способ включает следующие операции создания транзисторной структуры: термическое окисление полупроводниковой подложки-пластины кремния, вскрытие фотолитографией окон для создания базовых областей, диффузию базовой примеси и одновременное подкисление кремния, вскрытие фотолитографией окон и формирование в них эмиттеров, вновь вскрытие фотолитографией контактных окон и осуществление их металлизации и металлизированной разводки. Сформированные транзисторные структуры, так же как и другие элементы схемы, расположенные на одной полупроводниковой пластине подвергает облучению электродами с оптимальной энергией 0,7-1 МэВ с последующим стабилизирующим отжигом при 300" С.

Недостатком способа, ва-первых, является усложненность технологического оборудования облучения — линейного ускорителя электронов, ограниченность температурного интервала отжига — 300 С, выходя за пределы которого изменяются основные параметры транзисторных структур, А поскольку сборочные операции полупроводникового прибора: напайка кристалла, термокомпрессия контактов и т.д. осуществляются при температурах более 300 С, то эффективность .способа оказывается незначительной.

Bo-BTopbIx, воздействие электронов сказывается и на глубоких слоях полупроводниковых структур, т.е. на базовых областях, теле коллектора и т.д. В результате способ не может решить поставленной задачи, связанной с повышением пробивного напряжения коллектор-эмиттерного перехода при тонких базовых областях.

Целью изобретения является увеличение пробивного напряжения коллекторэмиттерного перехода.

Цель достигается тем, что в область сформированных эмиттеров осуществляют имплантацию ионов противоположного типа проводимости по отношению к примеси эмиттера. В качестве эмиттерной примеси используют фосфор, а примеси, импланти.раванной в область змиттера — бор.

На фиг. 1 показана полупроводниковая подложка 1 с маскирующим ее покрытием 2, вскрытым фотолитографией окном 3, через которое сформирована диффузионная базовая область 4, покрытая в свою очередь маскирующим ее слоем 5; на фиг, 2 показано вскрытое фотолитографией в маскирующем слое 5 окно 6, через которое в базовой области 4 сформирована эмиттерная область 7. покрытая также маскирующим слоем 8; на фиг. 3 — вскрытые фотолитографией контактные окна 9 и 10 соответственно к эмиттерной 7 и базовой 4 областям с металлизацией

11 и 12.

Поток 13 ионов бора в промежутке между эмиттерной металлизацией 11 и маскирующим слоем 5, проникает через более тонкий маскирующий слой 8, формирует область 14 с разупорядоченной ионами бора кристаллической решеткой 8 эмиттерной области 7.

Ниже приводится пример конкретного применения способа. Полупроводниковую подложку эпитаксиального кремния и-типа

1 проводимости сопротивлением 4,0 Ом см осажденную на высоколегированную основу того же типа проводимости сопротивлением 0,001 Ом см, подвергают

766423

10

20

30

Ь21Е>200 в Режимах Ucpn=5,0. /в/ le=200

/ma/, Более тонкие базовые области (0,2—

0.,5) мк для транзисторов СВЧ диапазона, еще более усложняют решение вопроса.

С целью повышения пробивного напряжения коллектор-эмиттерного перехода пластины кремния с заложенными в них транзисторными структурами подвергают воздействию потоком 13 ионов бора — В на

45 типовой установке ионного легирования типа "Везувий". Режим обработки: энергия

Е=80-150 кЭв и доза D=10 — 10 см

13 14 -2

Энергия ионов определяет их проникающую способность через маскирующее по50 крытие 8 в змиттерную область 7, а доза— количество внедренных ионов, их концентрацию. В результате в промежутке между эмиттерной металлизацией 11 и маскирующим слоем — 5 В.

В области эмиттера 7 получают участок

14 с внедренными ионами бора и разупорядоченней кристаллической решеткой.

Измерения электрических параметров

Осе и п21е транзv

2 двуокиси кремния — SIO2. В результате получают пленку толщиной 0,6 мк достаточной для маскирования подложки 1 от всех последующих диффузий. Одновременно пленка является пассивирующим покрытием для коллекторно-базового р-иперехода..

В покрытии 2 фотолитографией вытравливают окно 3, через которое в две стадии формируют базовую область 4. Ионным легированием или общепринятой термической диффузией из В20з при 940 C в течение 35 мин в нейтральной среде аргона создается источник диффузионного легирования, Поверхностное сопротивление диффузионного слоя составляет 50 — 70 -, Ом

Во время второй стадии диффузии при

1150 С втечение 120 мин ведения процесса в комбинированной среде сухого и увлажненного кислорода диффузионную базовую область 4 разгоняют до глубины 3 мк с поверхностным сопротивлением 150, В

Ом процессе диффузии в окислительной среде вырастает маскирующий слой 5, Толщина пленки должна быть достаточной для маскирования полупроводниковой подложки 1 от всех последующих воздействий имплантацией ионами бора или термической эмиттерной диффузии. Полученная 3 величина 0,5 мк (и не менее) отвечает необходимым требованиям. Далее фотолитографией в маскирующем слое 5 вскрывают окно 6, через которое формируют эмиттерную область 7.

Диффузию эмиттерной примеси фосфора осуществляют из хлорокиси фосфора

РОС1 или треххлористого фосфора PO. Диффузию ведут в две стадии. На первой стадии осуществляют загонку примеси методом открытой трубы при 1050 С в атмосфере аргона с добавлением кислорода в течение

15 мин с подачей диффузанта и пятиминутным его вытеснением. В результате получают диффузионный слой глубиной 1,1 мк с

Ом поверхностным сопротивлением 3 — .

Вторую стадию диффузии проводят для окончательного формирования эмиттерной области с тем, что базовая область составляет 0,6-0,8 мк. Диффузию ведут при

1050 С в кислородной среде. Вырастающий слой фосфорносиликатного стекла 8 толщиной 0,2 мк не должен в отличие от предыдущих покрытий превышать величины 0.4 мк, достаточной для маскирования при имплантации ионов бора в эмиттерную область, К сформированным эмиттерной 7 и базовой 4 областям фотолитографией вскрывают контактные окна 9 и 10 и осуществляют их металлизацию, например вакуумно напыленным алюминием толщиной 1 — 1,5 мк.

Фотогравировку по алюминию осуществляют таким образом, что металлизированный контакт 11 эмиттерной области 7 не доходит до контура перехода эмиттер-база, т.е. остается промежуток фосфорносиликатного стекла 8, не покрытый металлом. Металлизация 12 базовой KoHTBKTHGA площадки также не должна распространяться на эмиттерную область.

С целью снижения переходного сопротивления контакта металлополупроводник алюминий вжигают при 500 — 550 С в течение 15 мин в среде азота.

Замеры электрических параметров транзисторных структур на пластине, в частности коэффициента усиления ь21е и пробивного напряжения коллектор-эмиттерного переходов Ucp при общих требованиях к высокой предельной частоте усиления транзистора fl>800 мгц показывают трудно достижимый компромисс. Тонкая базовая область 0,6 мк обеспечивает частотные свойства, но при этом трудно сохранить высокий уровень Ucp>60/в/ при Rg =1 кОм.

Этому же соответствует и сверх необходимого высокий коэффициент усиления

766423 сле ионнного воздействия показывают их изменения. Так, hz

70, UcEO возрастает с 40 В до 80 В.

С тем, чтобы последующие температурные воздействия не изменили необходимого соотношения указанных параметров, проводят стабилизирующий отжиг при температуре (в течение 15 мин) 550 С, который определяет окончательное их соответствие, Дальнейший нагрев на кри- 10 сталлы транзисторной структуры при сборочных операциях или в условиях эксплуатации не должен превышать значения температуры отжига. Это обстоятельст- . во гарантирует стабильные конечные значения параметров. Достижение аналогичного результата возможно проведением операции ионного легирования бора в отдельно вскрытое контактное окно к змиттеру. В этом случае нет необходимости 20 ограничивать расширенное формирование змиттерной металлизации. При этом допускается пересечение металлизацией выходящего к поверхности эмиттер-базового перехода, Это дает возможность использо- 25 вать способ в интегральных микросхемах с пересекающей элементы транзисторной структуры металлизацией.

Определяющим фактором положи- 30 тельного эффекта является то, что ионы бора, сталкиваясь с атомами фосфора в кристаллической решетке эмиттерной области, выбивают их из узлов, снижая их электрическую активность. Выбитые атомы в свою очередь смещают другие атомы, в результате чего образуется разупорядоченная область. Помимо этого, ввиду того, что бор является примесью противоположной проводимости по отношению к фосфору, в 40 кремнии присутствует частичная компенсирующая нейтрализация этой примеси.

Ф о р мул а изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ

ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРЧКТУР, включающий операции формирования в полупроводниковой подложке базовой области с маскирующим ее покрытием, вскрытие 50 окон и формирование в них эмиттеров, с последующей металлиэацией вскрытых контактных областей, отличающийся тем, Отжиг же используемых дефектов и размещение ионов бора в узлах кристаллической решетки наблюдается при температурах более 600 С, При таких температурах воздействий ни в процессе сборочных операций, ни тем более в условиях эксплуатации кристаллы транзисторных структур не испытывают, Коэффициент усиления такого транзистора в режиме прямого включения уменьшается из-за снижения коэффициента йнжекции эмиттерного и-р перехода, ослабленного менее эффективной. работой змиттерной области. Однако, при этом соответственно увеличивается необходимое пробивное напряжение коллекторэмиттерного переходов без увеличения рекомбинационной составляющей базового тока формируемого в базе и без воэрастаНИя ПараМЕтрОВ НаСЫщЕНИя UCE sat И ОБЕ sat

Возрастания укаэанной составляющей Б, ОСЕ sat, ОБЕ sat СВяэаНО В ОСНОВНОМ С ПроцЕС" сами рекомбинации и повышенного сопротивления протекающим токам в базовой и коллекторной областях. Разупорядоченная область в змиттере не ведет к возрастанию сопротивления приконтактной области, стеnewb легирования этого участка предельная и составляет 1 10 ат/см .

Таким образом, транзисторные структуры полученные указанным способом, обеспечивают более высокий уровень пробивного напряжения коллектор-змиттерного переходов с тонкой базовой областью, оставив при этом неизменными характериСтики ОСЕ ваь ОБЕ ааь (56) 1, Дж. Мейер. Ионное легирование полупроводников. М.: Мир,.1973, с. 138-142, 2; Греськов И.М. и др. Влияние облучения электронами на характеристики интегральных схем. Ж, "Электронная промышленность", М 9, 1978, с. 49-50. что, с целью увеличения пробивного напряжения коллектор-эмиттерного перехода; в область сформированных змиттеров осуществляют имплантацию ионов противоположного типа проводимости по отношению к примеси эмиттера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве эмиттерной примеси используют фосфор, а в качестве примеси, имплантированной в область змиттера,бор.

766423 фиг, Составитель Б.Утехина

Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáoðcêàÿ

Редактор Т.Юркова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

Заказ 3189

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

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