Способ изготовления кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами
Способ изготовления кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами, включающий формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных транзисторов при улучшении их параметров, после формирования контактных окон в диэлектрических слоях в эти окна дополнительно наносят пленку SiO2 толщиной 10 - 40 нм, локально формируют дополнительный слой металла со слабой адгезией к SiO2, растворяющийся в травителе, не взаимодействующем с нихромом, а после осаждения нихрома удаляют дополнительные слои металла и SiO2 из контактных окон.
Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию планарных кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами для стабилизации тока в целях эмиттера и базы. Известен способ изготовления планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами на основе TaN, использующий реактивное ионное распыление при создании тонких пленок TaN [1] Недостатком способа является сложность формирования и травления тонких пленок TaN с применением реактивного ионного распыления, при этом трудно обеспечить воспроизводимость химического состава пленок TaN, который в основном определяет их электрические свойства. Наиболее близким техническим решением является способ, включающий формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы [2] Пленки нихрома обладают хорошей адгезией к SiO2 на кремниевой подложке, имеют приемлемую термостабильность, практически не окисляются при воздействии атмосферного воздуха, образуют воспроизводимый контакт с контактно-металлизационной системой Mo-Al. Недостатком способа является высокая способность нихрома к реакции с кремнием в контактных окнах: в процессе вакуумного напыления нихрома на нагретую подложку на поверхности кремния образуется тонкий слой силицидов, в результате которого ухудшается воспроизводимость величины контактного сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями; продолжительное травление нихрома, включая слой силицидов, приводит лишь к растравливанию контактных окон. Вследствие высокой способности нихрома в реакции с SiO2 способ не обеспечивает воспроизводимого удаления нихрома также с поверхности SiO2, что ведет к повышенным токам утечки. Целью данного изобретения является повышение выхода годных транзисторов при улучшении воспроизводимости их параметров за счет повышения воспроизводимости размеров контактных окон и величины контактного сопротивления, а также уменьшения токов утечки. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовлении планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами, включающем формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы, после формирования контактных окон в диэлектрических слоях в эти окна дополнительно наносят пленку SiO2 толщиной 10-40 нм, локально формируют дополнительный слой металла со слабой адгезией к SiO2 и растворяющийся в травителе, не взаимодействующем с нихромом, а после осаждения нихрома удаляют дополнительные слои металла и SiO2 из контактных окон. Операция выращивания дополнительной пленки SiO2 в контактных окнах предотвращает контакт нихрома с кремнием в контактных окнах, ведущий к образованию силицидов и невоспроизводимости контактного сопротивления. Введение дополнительного слоя металла предотвращает контакт нихрома с SiO2, за исключением участков для размещения нихромовых резисторов, и этим предупреждает появление токов утечки из-за неполного удаления нихрома с поверхности SiO2; дополнительный слой металла удаляют после создания резисторов. Дополнительная пленка SiO2 толщиной 10-40 нм в контактных окнах препятствует взаимодействию металла дополнительного слоя с кремнием, которое также может привести к образованию силицидов, если слой SiO2 тоньше 10 нм, и невоспроизводимости контактного сопротивления; если он толще 40 нм, дополнительная пленка SiO2 легко может быть удалена (из пределов контактных окон) травлением без существенного изменения геометрии окон. В связи с тем, что металл дополнительного слоя значительно слабее реагирует с SiO2, чем нихром, он может быть легко удален с поверхности SiO2 без ухудшения воспроизводимости травления дополнительной пленки SiO2 в контактных окнах; поскольку дополнительный слой металла выполняет функцию защиты поверхности SiO2 от взаимодействия с нихромом к нему предъявляются высокие требования по адгезии и его наносят в условиях, обеспечивающих лишь слабое взаимодействие с SiO2. В соответствии с предлагаемым изобретением изготовление планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами на основе хрома выполняли следующим образом. После вытравливания с применением фотолитографии SiO2 из контактных окон к базе и эмиттеру выполняли термическое окисление в течение 10-30 мин при температуре 600-700oC в атмосфере увлажненного кислорода, толщина выращенной таким образом дополнительной пленки SiO2 в контактных окнах составляла 10-40 нм, дополнительную пленку SiO2 в контактных окнах можно вырастить также, например, с применением пиролиза. С помощью вакуумного напыления выполняли осаждение Мо до получения пленки с поверхности сопротивлением 30-40 Ом/
. Напыление в вакууме в динамическом режиме с использованием термического испарения Мо проводили при температуре подложек около 150oC, а с использованием магнетронного распыления при температуре 20-25oC. В результате обеспечивается достаточная адгезия Мо к SiO2 для того, чтобы после осаждения нихрома не происходило самопроизвольное отслаивание металлических пленок, вместе с тем достигается очень слабое взаимодействие Мо с SiO2, Мо легко удаляется с SiO2 с помощью химического травления, а воспроизводимость химического травления SiO2 не ухудшается; С применением фотогравировки удаляли Мо с участков для размещения нихромовых резисторов. С помощью вакуумного напыления в динамическом режиме выполняли осаждение нихрома до получения пленки с поверхностным сопротивлением в пределах 10-30 Ом/. Температурный режим осаждения нихрома обеспечивал приемлемую адгезию нихрома к SiO2 и воспроизводимость характеристик химического травления нихрома. С применением фотогравировки выполняли химическое травление пленки нихрома для образования требуемой геометрии резисторов, удаляли фоторезист и путем травления в смеси кислот (азотная, ортофосфорная, уксусная), не оказывающей воздействии на нихром, удаляли остатки Мо. Путем кратковременного травления в смеси HF-H2O (1:10) вытравливали SiO2 из контактных окон и выполняли операции по созданию контактно-металлизационной системы прибора. Изготовление планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами на основе нихрома в соответствии с предлагаемыми изобретением позволило полностью исключить брак вследствие растравливания контактных окон (90% транзисторных структур на пластине) по величине контактного сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями (75% пластин) и по токам утечки (40% пластин). Техническое преимущество, создаваемое изобретением, заключается в снижении величины и уменьшении разброса сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями, что ведет к повышению воспроизводимости электрических параметров транзисторов. Экономическое преимущество, создаваемое изобретение, заключается в повышении выхода годных транзисторов с тонкопленочными резисторами на основе нихрома в результате исключения брака по растравливанию контактных окон и по величине сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями. Экономия из-за исключения этих видов брака в сумме составит до 75% от себестоимости годного кристалла мощного СВЧ-генераторного транзистора.
Формула изобретения
Способ изготовления кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами, включающий формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных транзисторов при улучшении их параметров, после формирования контактных окон в диэлектрических слоях в эти окна дополнительно наносят пленку SiO2 толщиной 10 40 нм, локально формируют дополнительный слой металла со слабой адгезией к SiO2, растворяющийся в травителе, не взаимодействующем с нихромом, а после осаждения нихрома удаляют дополнительные слои металла и SiO2 из контактных окон.
