CS200553B1 - Manufacturing method of bipolar epitaxial transistors - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby bipolárních plenárních tranzistorů užitím principů samočinného zaujímání poloh masek a substrátu, opatřeného oblastí báze, zhotovenou difúzí, jakož i nad ní vyloučenou vrstvou nitridu křemíku Si^N^ s vrstvou kysličníku křemičitého SiO₂ které se opatřují strukturou pomocí fotolitografických postupů a selektivně působících leptacích prostředků.

Je znám způsob, u něhož je pomocí přídavné maskovací pomocné vrstvy z nitridu křemíku Si^N^ dosaženo samočinného zaujímání polohy emitorových okének bipolárních tranzistorů . Cřitom je využito rozdílných leptacích vlastností nitridu křemíku Si^N^ ^a kysličníku křemičitého Si0₂ * .j_{e sou}£_asně užito okének ve vrstvě kysličníku křemičitého Si0₂ a v nad ní ležící vrstvě nitridu křemíku Si^N^ » která jsou uplatněna pro emitorovou difúzí, jako okének kontanktních. Okénka pro kontanktování oblastí báze jsou zhotovena v odděleném maskovacím procesu. Celkem Jek tomu užito dvou fotolakových masek, které musí být uvedeny do přesné polohy navzájem, jakož i ke strukturám, již existujícím na substrátu.

Tímto způsobem mohou být vzhledem k eliminaci chyb přiřazení následkem samočinného zaujímání. poloh s velmi malou plochou, zejména velmi úzké, avšak celá chyba přiřazení vyvstává při uvolnění okének pro kontakty báze. Následkem toho musí být při dimenzování plochy báze brána v úvahu tato tolerance, čímž musí být zvolen rozměr oblasti báze větší, než je vlastně nutné. To je nevýhodné, neboť se vzrůstem plochy báze vzrůstá kapacita mezi kolek

200 553

200 553 torem a bází a klesá mezní frekvence tranzistorů· Kromě toho se na základě chyby přiřazení kontaktu báze mění odpor báze pro jednotlivé tranzistory na destičce, resp.na různých destičkách a tím též jejich elektrické parametry.

Účel vynálezu spočívá v dalším zmenšovánírrozměrů oblasti báze a z něho vyplývajících zlepšení mezní frekvence tranzistorů, jakož i ve zvýšení samotného výrobního výnosu při dalším snížení rozměrů·

Z toho plyne technická úloha, a to změnit vedení procesu tak, aby kromě samočinného zaujímání polohy okének emitorovýoh kontaktů docházelo současně též к samočinnému zaujímání polohy okének kontaktů báze, tj*,aby okénka kontaktu báze byla pevně přiřazena okénkům emitoru a tím též oblasti emitoru. Kromě toho má být redukován počet fotomaskovacích procesů které vyžadují velmi přesné přiřazení к již existujícím strukturám·

Tato technická úloha je vyřešena tím, že ve vrstvě nitridu křemíku Si^N^ se současně vytváří okénka jak pro emitorovou difúzi, tak i pro kontakt báze, přičemž následně se v případě, kdy je okénko kontaktu báze zakryté fotolakovou ulpívající maskou, odstraní uži tím ulpívající masky z nitridu křemíku Si^N^ vsstva kysličníku křemiči Sho SiO₂ z okénka emitorové difúze a difúzí se vytvoří oblast emitoru, načež se též z okénka kontaktu báze odstraní vrstva kysličníku křemičitého SiO₂ a následně se provede vyloučení kovu za účelem zhotovení kontaktů ·

Způsob podle vynálezu dále spočívá v tom, že substát je z křemíku a okénka v ulpívající masce jsou místo vyloučené vrstvy kysličníku křemičitého Si0₂ uzavřena vrstvou křeiničitanu, vznikajícího působením tepla během difúze báze, přičemž během emitorové difúze se okénko pro emitorovou difúzi znovu uzavře vrstvou křemičitanu, dále sé tato vrstva křemiČitanu odstraní současně s vrstvou křemičitanu za účelem uvolnění křemíku v kontaktních okénkách·

Další výhodná myšlenka podle vynálezu se vyznačuje tím, že se během selektivního pro cesu leptání za účelem odstranění vrstvy kysličníku křemičitého SiO^ z окбпка kontaktu báze zakryje okénko pro emitorovou difúzi fotolakovou maskou·

Jednou z dalších vlastností způsobu podle vynálezu je skutečnost, Že během odstranění křemičitanových vrstev z okénka kontaktů báze, respektive z okénka pro emitorovou difúzi , se leptacímu prostředku vystaví nejprve jedno okénko, zatímco druhé okénko se zakryje fotolakovou maskou, přičemž po odstranění této fotolakové masky se odtraní též křemičitanová vrstva druhého okénka·

Další význak vynálezu spočívá v tom^ že po odstranění křemičitanové vrstvy z okénka kontaktů báze přitom, kdy jsou emitorová okénka ještě uzavřena křemičitanovou vrstvou, nastává difúze při. vysoké povrchové koncentraci donorů, které vytvářejí stejný typ vodi vosti, který již vykazuje oblast báze, načež se potom uvolní jak emitorová okénka, tak i okénka kontaktů báze·

Je obzvláště nutné poznamenat, že pomocí druhé a podmíněné nutné třetí fotolakové masky nejsou žádné struktury fixovány, ale jsou pouze zaktývány struktury již vytvořené. Následkem toho nehrají přitom tolerance přiřazení podstatnou roli, tj·, přesnost přiřazení musí být pouze relativně malá· Vhodnou volbou rozměrů elementů struktury v odpovídajících

200 553 fotošablonách a přípustných tolerancí přiřazení je nutno při respektování rozmetů mlstků v masce Si^N^, které vzájemně oddělují ' okénka kontaktů báze a emtoru, pouze zaručit, aby ppři tlchto obou mskovacích procesech bylo vždy jedno okénko zcela volné a druhé bylo naproti tomu zcela zakryto.

Zhotovení kontaktů a emitorové ohlasiti a oblasti báze nastává známým způsobem vyloučením a struktura í kovové vrstvy.

Následkem rozšíření samočinného zaujímání poloh též na okénka kontaktů báze je možné dále redukovat rozměry oMastí báze . tranzištůrů ve srovnání s doposud známými, způsoby a tím tedy zvyšovat mezní frekvenci, jakož i zvyšovat reprodUtovvaelosst elektrických para metrů a tím i výrobní výnos. Dále je maad.iraání přesnost přiřazení požadovaná pouze pro jeden fotomaskovací proces, z iehož rovněž vyplývá zvýšení výrobního výnosu a kromě toho, pokud je za určitých podmínek rovněž . zapotřebí jen dvou mskovvoích procesů - vyšší Pro případ, kdy musí být vzhledem ke stavu techniky užito'třetího přídavného fotomaskovaoího procesu, způsobí tento proces pouze zvýšení výrobních nákladů a hodnot, pro tento proces typické, avšak nezmenšuje jiné uvedené výhody, jako ncpř.výrobní výhos. kvóta chyb , nastávající následkem chyb maokovaní, charakteristická.pro fotomaskovací procesy, je zde bezvýznamná, nebo? je prováděno selektivní leptání kysličníkem křemičitým SiOg , přičemž vzhledem k nad ním ležící ulpívající misce z. nitridu křemíku Si^N^ jsou vyloučena chybná leptání násdledkem chyb v fotolakové masce.

V následujícím příkladu je vynález vysvětlen na dvou příkladech provedení, .přičemž na příslušných výkresech znázorňuje: .

obr.l výrobu npn tranzistoru užitím z vnějšku nanášené vrstvy kysličníku křemčitého ^Si0£ a obr.2 výrobu npn tranzistoru užitím termické vrstvy kysličníku, vzniklé ze substrátu.

Podle obr. la je polovodičový mooookystal 1 s vodivostí.typu n, který je v dalším textu označován jako sub^r^t, a který obsahuje oblast báze 2. s vodivostí typu p a je pokryt difuzní uLpívaaící maskou. £ , nutnou pro difúzi báze, opatřen na velké ploše nejprve vrstvou 2 kysličníku křemčitého Si^Og a tloušťce cca 0,1 um a potom vrstvou nitridu křemíku Si^N^ o tloušťce 0,1 až 0,2 um. Nannsení vrstvy kysličníku křemčitého' SiOg a nitridu křemíku Si^N^ je provedeno naprášením nebo vyloučením z fáze páry· 'Následně je vrstva nitridu křemíku Si^N^ pokryta fotolaksvsu mskou 2 » je jíž poloha je vzhledem k obl.asti báze sta novena s nejvyšší přesnoosí, a pom^ocí procesu leptání podrobena strskturcci, t j. opatřena okénky, čímž vzniká ulpív^ící mska 8 nitridu křemíku Si^N^ . Jako leptacího prostředku je příkladně užito hSPoS^,osfátu amonného / NH^HgPO^ .. který odstraňuje vrstvu nitridu křemíku SijN^ velkou rycl^ostí, avšak pod ní ležící vrstvu kysličníku křemčitého SÍO2 rychlostí leptání poddtctnl nižší. Fotolaková maska 2 obsahuje jak strukturu okénka 13 edtorového kontaktu 12 , které současně slouží jako difuzní okénko pro edtorovou difúzi, tak i strukturu okénka 14. kontaktu báze, takže obě struktury jsou od počátku navzájem pevně přiřazeny a pronásledujících fotomskovacích procesech nemůže došít k . výskytu žádných chyb přiřazení, jak je tomu u doposud známých způsobů výroby.

4.

200 553

V daném případe muaí být pro leptání ulpívající masky 8 z nitridu křemíku Si^N^ užito pomcrcné maky, která není na výtóřese znázorněna a která sestává z vrstvy kovu nebo kysličníku, za účelem eliminace o^t^díží při přímém leptání okének fotolakovou miskou 10 · ' Přitom lze užít kovu jako např.wolfram, molybden nebo nikl. .

Ve druhém procesu leptání muuí být pro přípravu emtorové difúze uvolněno okénko 13 pro editorovou difúzi, zatímco pod okénkem 14 kontaktu báze ulpívající masky 8 z nitridu křemíku SÍ3N4 ^nesmí být odstraněna vrstva 2 kysličníku křem.čitého SiOg , zabrantQÍcí difúzi / obr. lb / . Za tímto účelem je povrch zakryt druhou fotolakovou miskou 10 pro leptání okének emtorové difúze, přičemž nezakryta zůstávaJí pouze okénka 13 pro emtorovou difúzi.

V následujícím procesu leptání je odstraněna vrstva kysličníku křemčitého Si0₂ v okénku 13 eMtorové difúze, přičemž ulpívající miska 8 z nitridu křemíku Si^N^ způsobí makování a fOtclakcvá maska 10 uzavírá pouze okénka 14 kontaktů báze. K tomu je jako leptacího prostředku užito příkladně pufrového roztoku chloridu amonného a kyseliny fluorovodíkové, který ulpívající masku, z nitridu křemíkunezmění. Při tomto procesu leptání vzniká ulpívající miska 6 z kysličníku křemčitého SiOg pro emi^rovou difúzi. Vzhledem k tomu,že fotolaková miska 10 sama neurčuje polohu a dodržení rozměru struktur okénka, může být její přiřazení k ulpívající misce 8 z nitridu křemíku Si^N^ relativně nepřesné. M.ximálnň povolená ohýba přiřazení + £, která respektuje ohyby užité sady fotošablon, jakož i ohyby polohy ftttěablony vzhledem ke strukturám, jíž fixovaiým na subbtrátu, je určena šířkou dělícího proužku 21 mezi okénkem kontaktů amtoru a báze·

Tato šířka muuí být vetší nebo nejméně rovna

2<Γ· Pod touto podmínkou a za předpokladu, že příslušné okénko ve fotolakové masoe je na všech stranách o hodnotu věltší než okénko 13 v ulpívající masoe 8 z nitridu křemíku Si^N^ , je bezpečně dokonale uzavřeno okénko 14 kontaktu báze zatímco okénko 13 emitorové difúze zůstává otevřeno.

Po odstranění fotolaková masky 10 nastává proces em.torové difúze, přičemž difundací donorů vzniká emitorová oblast s vodivossi typu n . Následkem laterálhí difúze vstupuje pn

-přechod pod vrstvu kysličníku na povrch polovodičového moonoryssalu, takže při následném zhotovení kovových kontaktů nemůže vzniknout krátké spojení eMtor - báze.

Před opatřením kontakty musí být ještě odstraněna vrstva kysličníku _ křenú-čitého SiO₂ z okénka 15 kontaktu báze / obr. lc / . Též .v tomto procesu leptání určuje opět ulpívající maska z nitridu křemíku Si^N^ rozměry a polohu okénka 15 kontaktu báze. Přitom vzniká z ulpívající masky 6. z kysličníku křemčitého SiO2 pro emtorovou difúzi ulpívvjící maska ² kysličdku křeměitáho ^SiO ₂ s kontaktaímL okénky., Za ^účelem zahánění podlept^i v ok^énku kontaktu emtoru, z něhož je právě odstraněna vrstva kysličníku, následuje další maskování pomocí třetí fotolaková misky 11 pro leptání okénka kontaktu báze, pro jejíž toleranci přiřazení platí téže aspekty jako pro fotolakovou misku 10 . Tato fot doková miska 11 má pouze význam při velmi milých hloubkách vnikání eidtoru, kde by modo následkem podleptání dojít ke zkratům emtor - báze, přičemž může však při správné volbě tloušťky vrstvy kysličníku křeMČitého SiOg a dob leptání odpadlout.

Po uvolnění okének kontaktů a odstranění fozolakové masky 11 nastává vyloučení kovové vrstvy, n níž je strukttrací zhotoven ejmtorový přípoj 16 a přípoj 17 báze. Uppvajíoí

200 553 maska 8 z nitridu křemíku Si^N^ muže být před vyloučením kovu odstraněna, je však účelně ponechávána.

Tohoto způsobu se užívá tehdy, nelze-li chemickou přeměnou povrchu polovodičového ma teriálu, příkladně tepelnou oxydací, zhotovit vrstvy, zabraňující difúzi a působící pasivně, resp·jsou-li difuzní procesy vedeny tak, že nevznikají žádné vrstvy tohoto druhu· Při užití křemíku jako substrátu 1 může být sklovitých křemičitanových vrstev, která vznikají pci difuzním procesu, užito na místě vrstvy 2 kysličníku křemičitého SiOg , Tento způsob, který se z hlediska maskovacích procesů neliší od popisu právě popsaného, je v následují cím textu popsán ve spojení s obr.2 ·

Vychází se z křemíkového substrátu, jehož povrch je pokryt ulpívající maskou £ pro difúzi báze, přičemž okénka pro difúzi báze pro výrobu oblastí báze 2 jsou uzavřena sklovi tou vrstvou křemičitanu, 18 , příkladně vrstvou křemičitanu bóru, vznikající při difuzním procesu. Na tomto povrchu je vyloučena vrstva nitridu křemíku Si^N^ ^a - Jak bylo již popsáno - vyrobena užitím fotolakové masky 2 ulpívající maska 8 z nitridu křemíku Si^N^ / obr.2a / · Po zakrytí fotolakovou maskou 10 je selektovním leptáním odstraněna vrstva 18 křemičitanu z okénka 13 pro emitorovou difúzi, čímž vzniká křemičitanová maska 19 pro emitorovou difúzi / obr. 2b. / ·

Během emitorové difúze je okénko 13 pro emitorovou difúzi znovu uzavřeno sklovitou vrstvou křemičitanu 20 , příkladně vrstvou křemičitanu fosforu· Po maskování fotolakovou maskou 11 je uvolněno okénko 13 kontaktu báze / obr. 2c / · Po odstranění fotolakové masky 11 se provádí vyleptání vrstvy 21 křemičitanu z okénka kontaktu emitoru. К tomuto účelu není nutné nové maskování fotolakem, nebo? se rychlosti leptání vrstev křemiČitanů bóru & fosforu, které převážně vznikají při výrobě npn tranzistorů, dostatečně liší, takže není nutno se obávat poůleptání v okénku kontaktu báze.

Při výrobě pnp-tranzistorů musí na základě rozdílných rychlostí leptání fótolaková maska 11 pokrýt okénko 14 kontaktu báze a okénko 13 pro emitorovou difúzi nechat volné, aby byla nejprve za účelem uvolnění kontaktního okénka odstraněna v tomto místě existující vrstva 20 křemičitanu bóru, která vykazuje podstatně menší rychlost leptání než vrstva křemičitanu fosforu·

Je rovněž možné, vytvořit přídavným difuzním procesem pod kontaktem báze oblast s vysokou povrchovou koncentrací. To je zejména důležité u n-vodivých oblastech báze pro výrobu uzavírání prostého nízkooahnického kontaktu. Za tímto účelem je prováděna difúze donorů» resp. u oblastí s vodivostí typu p akceptorů s velkou povrchovou koncentrací při malé hloubce vnikání do otevřeného okénka 15 báze / srovnej ebr. 2c / , přičemž okénko 13 pro emitorovou difúzi je zavřeno vrstvou křemičitanu 20 ·

Claims (5)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob výroby hipolárních planámích tranzistorů užitím principů samočinného zaujímání poloh masek a substrátu, opatřeného oblastí báze, zhotovenou difúzí, jakož i nad ní vyloučenou vrstvou nitridu křemíku Si^N^ a vrstvou kysličníku křemičitého SiOg, které se opatřují strukturou pomocí fotolitograflckýoh postupů a selektivně působících leptacích

   200 553 prostředků, vyznačený tím, že ve vrstvě nitridu křemíku Si^N^ se současně vytvoří okénka / 13, 14 / jak pro emitorovou difúzi, tak i pro kontakt báze, přičemž následně se při za krytém okénku / 14 lí kontaktu báze fotolakovou ulpívající maskou / 10 / , odstraní užitím ulpívající masky /8/2 nitridu křemíku Si^N^ vrstva kysličníku křemičitého SiO₂ z okénka / 13 / emitorové difúze a difúzí se vytvoří oblast emitoru / 3 /, načež se též z okénka / 15 / kontaktu báze odstraní vrstva kysličníku křemičitého SiO₂ a následně se provede vyloučení kovu ·
2. 2. Způsob podle bodu 1 , vyznačený tím, že substrát / 1 /je z křemíku a okénka v ulpívající masce / 4 / jsou místo vyloučené vrstvy kysličníku křemičitého Si0₂ / 5 / uzavřena vrstvou křemičitanu, vznikajícího působením tepla během difúze báze, přičemž behem emitorové difúze se okénko / ,13 / pro emitorouou difúzi znovu uzavře vrstvou křemičitanu / 19 /, načež se tato vrstva křemičitanu / 19 / odstraní současně в vrstvou / 18 / křemičitanu ·
3. 3· Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se během selektivního procesu leptání za účelem odstranění vrstvy kysličníku křemičitého Si0₂ z okénka / 15 / kontaktu báze zakryje okénko / 13 / pro emitorovou difúzi fotolakovou maskou / 11 / ·
4. 4· Způsob podle bodu 2, vyznačený tám, že během odstranění křemičitanových vrstev / 18, 20 /2 okénka / 15 / kontaktů báze respektive z okének / 13 /pro emitorovou difúzi, se působení leptacího prostředku vystaví nejprve jedno okénko / 15 /, zatímco druhé okénko / 13 / pro emitorovou difúzi se zakryje fotolakovou maskou / 11 / , přičemž po odstranění této fotolakové masky se odstraní též křemiČitanová vrstva druhého okénka/ 13 /·
5. 5· Způsob podle bodů 4, vyznačený tím, že po odstranění křemičitanove vrstvy / 18 / z okének / 15 / kontaktů báze přitom, kdy jsou emitorové okénka ještě uzavřena křemiči tanovou vrstvou / 20 /, nastává difúze při vysoké povrchové koncentraci donorí, které vytvářejí stejný typ vodivosti, který již vykazuje oblast / 2 /báze, načež ве poté uvolní jak emitorová okénka, tak i okénka kontaktů báze.