CS207200B1 - Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek - Google Patents
Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek Download PDFInfo
- Publication number
- CS207200B1 CS207200B1 CS125580A CS125580A CS207200B1 CS 207200 B1 CS207200 B1 CS 207200B1 CS 125580 A CS125580 A CS 125580A CS 125580 A CS125580 A CS 125580A CS 207200 B1 CS207200 B1 CS 207200B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- layer
- silicon oxide
- base
- mask
- implanted
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 13
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 13
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 10
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 8
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 102100026933 Myelin-associated neurite-outgrowth inhibitor Human genes 0.000 claims 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 53
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 10
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- GDFCWFBWQUEQIJ-UHFFFAOYSA-N [B].[P] Chemical compound [B].[P] GDFCWFBWQUEQIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 arsenic ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- OYLRFHLPEAGKJU-UHFFFAOYSA-N phosphane silicic acid Chemical compound P.[Si](O)(O)(O)O OYLRFHLPEAGKJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
Vynález se týká způsobu výroby polovodičových součástek vytvářených planárně epitaxní technologií. Řeší způsob přípravy funkčních vrstev bipolární struktury součástek s vysokými nároky na bezzávadnou funkci a součástek s vysokou hustotou integrace. Λ
Bipolámí integrované obvody vyráběné v současné době jsou zpracovávány složitým technologickým procesem na bázi difúzní a fotolitografické technologie. V jednotlivých technologických krocích procesu výroby se postupně vytváří v polovodičovém materiálu oblasti typu N a P přes příslušné masky vytvořené fotólitografickým procesem. V prvním kroku se vytvoří vrstva kysličníku křemíku a fotolitografickým procesem maska utopených N+ vrstev, dále se vytvářejí difuzní N+ vrstvy. Následuje růst funkční epitaxní N vrstvy, vytváření maskovací vrstvy kysličníku křemíku, masky izolací a difúzní izolační vrstvy. Vlastní funkční prvky - tranzistory a odpory — se tvoří v dalších krocích: maskování bází tranzistorů a odporů, difúze bázové vrstvy, vytváření maskovací vrstvy kysličníku křemíku, maskování emitorů, difúze emitorů, zesilování emitorového oxidu popřípadě stabilizace povrchu křemíku, maskování kontaktů, vytváření metalizace a fotolitografie propojovací metalizační Sítě obYQdŮ, Dále je v technologickém postupu zařazena operace pokrývání povrchu ochrannou (pasivační) vrstvou a fotolitografie expandovaných kontaktů, respektive při dvojúrovňovém typu metalizace se vytváří další vrstva hliníku, fotolitografie hliníku II, pokrytí ochrannou vrstvou a fotolitografie horní úrovně expandovaných kontaktů.
Pro funkci součástek jsou rozhodující parametry tranzistorů a odporů vytvořených fotolitografickou a difúzní technologií v následných operacích difúze bází a difúze emitorů po provedení příslušných fotolitografických maskování. Difúzní technika používaná v procesu výroby integrovaných obvodů umožňuje nastavení žádaných parametrů struktury v mezích, které již nevyhovují vysokým požadavkům kladeným na technologii integrovaných obvodů s vysokým stupněm integrace. Především regulace (nastavení) proudového zesilovacího činitele hFE tranzistorů a plošný odpor aktivní báze činí potíže, přičemž kontrola nastavení těchto parametrů během operace nebo mezioperačně je nemožná nebo nepřesná.
Dalším faktorem, zhoršujícím kvalitu vytvářených integrovaných obvodů, je samotná technologie následné difúze emitorů dotujícím prvkeiri, která způsobuje v oblasti pod emitorem zvýšení difúzního koeficientu bóru v bázové oblasti. PN přechod báze—kolektor „uniká“ před NP přecho207200 ί 207200 1 dem emitor—báze do hloubky epitaxní vrstvy. Tento efekt (dip- nebo push-efekt) omezuje paraI metr UCE tranzistorů, hodnota plošného odporu ; aktivní báze RB se stává neregulovatelnou a zvyšuje se výskyt difúzních trubicových svodů „pipes“. Zvýšení tloušťky epitaxní vrstvy není možné, protože ta je limitována stupněm integrace a rozměrem čipu součástky. Naopak snížení hloubky tranzistorové struktury prokazatelně vede ke zhoršení parametrů tranzistorů a podstatnému snížení výtěžnosti integrovaných obvodů. Tato limitace použitelné hloubky tranzistorové struktury vyplývá rovněž z charakteru mechanismu difúze fosforu a bóru. Vrstevné poruchy generované vysokou koncentrací fosforu u povrchu bázové vrstvy v hloubce okolo 0,7 μπι od povrchu křemíku způsobují rovněž poruchy tranzistorové struktury tzv. trubicové svody typu „pipes“. '
Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby ί podle vynálezu. Křemíková deska typu P (1 až ; 10 Ohmem) se podrobí oxidaci a vytvoření fotoli- j tografické masky pro difúzi N+ utopených oblastí běžných pro vytvoření vysokovodivé vrstvy kolek- : torové strany tranzistorů. Po ukončení difúze utopených oblastí se na substrátových křemíko- I vých deskách vytvoří maska pro oblasti izolační I difúze prováděné nejlépe vakuovou difúzí boru (z i hlediska vysoké maskovací schopnosti SiO2 masky vůči difúzi boru v inertní atmosféře), a potom se', vytvoří spodní (ponořená) vakuová difúze boru pro vstřícnou difúzi izolačních oblastí. Potom se odstraní maskovací vrstvy kysličníku křemíku a pro. vede epitaxní růst vrstvy typu N takovým způsobem, který zaručí minimální autodoping epitaxní (vrstvy z vytvořených N+ a P+ oblastí v substrátu. Po epitaxním růstu se vytvoří vrstva kysličníku křemíku definované tloušťky, do které se fotolitografic- ; kým procesem vytvoří maska oblastí emitorů a kolektorů. Potom se dalším fotolitografickým procesem vytvoří sdružená maska bázových, odporových a izolačních oblastí ve fotoresistové vrstvě,' která zůstává pro následující implantaci iontů boru a arsenu zachována.
V dalším technologickém kroku se postupně provede iontová implantace arsenu a boru. Energie implantace arsenu je volena tak, aby vrstva kysličníku křemíku spolehlivě maskovala implantaci arsenu, zatímco energie iontů nB je volena tak, aby nejméně 80 % dózy prošlo maskou kysličníku křemíku, ale současně neprošel žádný iont UB maskou fotoresistu, vytvořenou na vrstvě kysličníku křemíku. Implantace se provádí při jediném implantačním cyklu. Po odstranění masky fotoresistu bázových, odporových a izolačních oblastí a depozici ochranné vrstvy kysličníku křemíku proti vydifundování atomů arsenu z implantovaných oblastí se provede současné rozdifundování implantovaných vrstev v inertní atmosféře takovým způsobem, že se vytvoří izolační oblasti propojením horní implantované vrstvy a spodní (ponořené) difundované vrstvy izolací, bázové a odporové oblasti, implantované skrz maskovací vrstvu kysličníku křemíku a definované tloušťce a emitorové oblasti, implantované do otvorů ve vrštvě kysličníku křemíkn.
Po tomto technologickém kroku se provede sleptání deponované vrstvy kysličníku křemíku (neselektivně) za účelem odkrytí oblastí emitorů a kontaktů kolektorů. Do odhalených oblastí se i přes zachovanou masku kontaktů kolektorů a emi! torů ve vrstvě kysličníku křemíku provede mělká i difúze fosforu ke zvýšení povrchové koncentrace ' oblastí pro zajištění kontaktů budoucí metalické vrstvy integrovaných obvodů. Při difúzi vzniklá vrstva fosforsilikátového skla se neselektivně odleptá a nanese vrstva stabilizačního kysličníku křemíku dotovaného příměsí kysličníku fosforečného P2O5.
Potom sé známým způsobem vytvoří otvory pro kontakty metalizační vrstvy, nanese metalizační i vrstva, vytvoří propojovací síť pomocí fotolitograί fického proceáu, nanese ochranná vrstva dielektriika, otvory pro expandované kontakty, popřípadě i další — druhá — úroveň metalizační sítě.
Způsobem podle vynálezu se dosáhne snížení i vydifundování utopené difúzní oblasti vstříc bázoivé oblasti vlivem zkráeení doby vysokoteplotního zpracování součástek a z toho vyplývající snížení vlivu N+ utopených oblastí na parametr U^ tranzistorů.
Namísto dip-efektu, projevujícího se u současných struktur, se vytvoří efekt „vtažení“ (retardace) báze pod emitorovou oblastí a vytvoření naprosto rovinné aktivní báze tranzistoru, což zvyšuje emisní účinnost, zvyšuje odolnost proti degradačnímu průrazu, zvyšuje hladinu parametru i U^ a zlepšuje poměr parametrů hpE : RB.
Určením poměru dózy báze ku dóze emitorů a režimem teplotního zpracování implantovaných dávek jsou přesně určeny rozhodující vlastnosti struktury integrovaného obvodu RSB, Rse> Rb a hfE·
Sjednocení technologických kroků simultánního maskování emitorů a bází, implantace a simultánní difúze bází, izolací a emitorů zjednoduší a zkrátí proces realizace struktur integrovaných obvodů velké integrace.
Snížení hloubky tranzistorové struktury a snížení vydifundování utopené N+ oblasti, které z navrženého postupu vyplývá, umožní snížení celkové tloušťky epitaxní vrstvy a také zvýšení stupně integrace.
Dále se dosáhne zvýšení přesnosti a reprodukovatelnosti parametrů vrstev, které vyplývá z použití implantace iontů a z dosahovaných zlepšení vlastností takových struktur uvedených výše vyplývá zvýšení výtěžností aktivních prvků a součástek a celkové snížení nákladů na výrobu bipolámích integrovaných obvodů velké integrace.
Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek podle vynálezu je popsán na obr. 1 až 6.
Vstupním polotovarem je křemíková deska typu
Pis difúzně vytvořenou N+ utopenou oblastí 2, pokrytá vrstvou kysličníku křemíku s otvory pro vytvoření P+ oblasti 3. Vakuovou difúzí boru se vytvoří oblasti typu P+ 4. Na takto připraveném substrátu se vytvoří epitaxní vrstva typu N 5, která se pokryje termickou oxidací vrstvou kysličníku křemíku 6, která musí mít definovanou tloušťku. Fotolitografickým postupem se ve vrstvě kysličníku křemíku 6 vytvoří maska kysličníku křemíku emitorů 7 a kontaktů kolektorů 8. Na takto připravený povrch se vytvoří maska fotorezistu báze a izolace 9. Dále se provede implantace arsenu do epitaxní vrstvy 5, přes masku kysličníku křemíku emitorů 7, čímž se vytvoří vrstva implantovaného emitoru 10. Implantací boru do oblastí vymezených fotorezistovou maskou báze a izolace 9 a přes vrstvu kysličníku křemíku s maskou emitoru 7 se vytvoří vrstva implantované izolace 11 a vrstva implantované báze 12. Po odstranění fotorezistové masky báze a izolace 9 se deponuje vrstva ochranného kysličníku křemíku 13. Provede se současné rozdifundování boru a arsenu v inertní atmosféře, přičemž se vzájemně propojí spodní 15 a horní 14 oblasti izolace, čímž se vytvoří izolované oblasti a konečná vertikální struktura konstrukčních prvků integrovaných obvodů respektive tranzistorů: oblast neaktivní báze 16, oblast aktivní báze 17, a oblast emitoru 18. Po sleptání depono207200 váné vrstvy kysličníku křemíku 13 se provede mělká difúze fosforu přes otvory ve zbylé vrstvě kysličníku křemíku s maskou emitoru 7 a kontaktu kolektoru 8 pro dosažení lepšího kontaktu s metalickou vrstvou. Vrstva fosforsilikátového skla, která vznikla při tomto procesu, se odleptá a na povrch se nanese vrstva krycího a stabilizačního kysličníku křemíku dotovaného příměsí P2O5 22. Pak se standardním postupem dokončí struktura součástky.
Tento způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek lze upravit následujícím způsobem: Na substrát zpracovaný uvedeným způsobem až po vytvoření vrstvy kysličníku křemíku 6 se fotolitografickým postupem vytvoří maska fotorezistu báze a izolací 9. Po provedení implantace boru přes vrstvu kysličníku křemíku 6 se odstraní fotorezistová maska 9 a vytvoří maska emitoru 7 a kontaktu kolektorů 8. Po provedení implantace arsenu se dokončení struktury provede již popsaným způsobem.
Zvýšení planarity povrchu vrstev kysličníku křemíku lze dosáhnout tím, že vytvořená vrstva fosforsilikátového skla 21 se zesílí následnou termickou oxydací ve vodních parách tak, že se ! vytvoří planámí povrch 22.
Claims (3)
- PŘEDMĚTVYNÁLEZU1. Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek, vyznačený tím, že na křemíkové desce typu P s difúzně vytvořenou N+ utopenou oblastí (2), pokryté vrstvou kysličníku křemíku s otvory pro vytvoření P+ oblastí (3) se difundují oblasti typu P+ (4), potom se po odstranění masky kysličníku křemíku (3) vytvoří epitaxní vrstva typu N (5), která se pokryje vrstvou kysličníku křemíku (6), ve které se fotolitografickým postupem vytvoří maska kysličníku křemíku emitorů (7) a kontaktů kolektorů (8), na kterou še vytvoří maska fotorezistů báze a izolace (9), potom se implantací arsenu do epitaxní vrstvy (5) přes emitorovy otvor masky (7) vytvoří vrstva implantovaného emitoru (10) a implantací boru do oblastí vymezených maskou fotorezistu báze a izolací (9) přes tenkou vrstvu kysličníku křemíku s maskou emitorů (7) a kolektorů (8) se vytvoří vrstva implantované izolace (11) a implantované báze (12), potom se po odstranění masky fotorezistu bázových a izolačních oblastí (9) deponuje vrstva kysličníku křemíku (13) a provede současné rozdifundování boru a arsenu v inertní atmosféře tak, že se vytvoří oblasti izolace (14), (15), oblast neaktivní báze (16), oblast aktivní báze (17) a oblast emitoru (18), potom se provede sleptání deponované vrstvy kysličníku křemíku (13), po kterém se difúzí fosforu přes otvory ve vrstvě kysličníku i křemíku s maskou emitoru (7) a kontaktu kolekto1 ru (8) vytvoří obohacená mělká N+ vrstva kontakty ’ kolektoru (19) v epitaxní vrstvě typu N (5) a obohacená mělká N+ vrstva kontaktů emitoru {(20) v oblasti emitorů (18), potom se vytvořená 'vrstva fosforsilikátového skla (21) odleptá a nanese se vrstva krycího a stabilizačního kysličníku křemíku dotovaného příměsí P2O5 (22), potom se vytvoří otvory pro kontakty a provede metalizace.
- 2. Způsob výroby tranzistorové struktury po, lovodičových součástek podle bodu 1, vyznačený tím, že se na vrstvu kysličníku křemíku (6) fotolito! grafickým postupem vytvoří maska fotorezistu báze a izolace (9), potom se implantací boru do oblastí vymezených maskou fotorezistu báze a izolací (9) přes tenkou vrstvu kysličníku křemíku (6) vytvoří implantovaná vrstva báze (12) a implantovaná vrstva izolací (11), potom se odstraní maska fotorezistu bází a izolací (9) a fotolitografickým postupem vytvoří maska kysličníku křemíku emitorů (7) a kontaktů kolektorů (8), přes kterou se vytvoří implantovaná vrstva arsenu.
- 3. Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že vytvořená vrstva fosforsilikátového skla (21) se zesílí následnou termickou oxydací křemíku ve vodních parách tak, že se vytvoří planární povrch vrstev kysličníku křemíku (22).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS125580A CS207200B1 (cs) | 1980-02-25 | 1980-02-25 | Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS125580A CS207200B1 (cs) | 1980-02-25 | 1980-02-25 | Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS207200B1 true CS207200B1 (cs) | 1981-07-31 |
Family
ID=5346463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS125580A CS207200B1 (cs) | 1980-02-25 | 1980-02-25 | Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS207200B1 (cs) |
-
1980
- 1980-02-25 CS CS125580A patent/CS207200B1/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4269636A (en) | Method of fabricating self-aligned bipolar transistor process and device utilizing etching and self-aligned masking | |
| US4299024A (en) | Fabrication of complementary bipolar transistors and CMOS devices with poly gates | |
| US4554726A (en) | CMOS Integrated circuit technology utilizing dual implantation of slow and fast diffusing donor ions to form the n-well | |
| US5256894A (en) | Semiconductor device having variable impurity concentration polysilicon layer | |
| US4268321A (en) | Method of fabricating a semiconductor device having channel stoppers | |
| US4382827A (en) | Silicon nitride S/D ion implant mask in CMOS device fabrication | |
| US4242791A (en) | High performance bipolar transistors fabricated by post emitter base implantation process | |
| US4159915A (en) | Method for fabrication vertical NPN and PNP structures utilizing ion-implantation | |
| JPH0697665B2 (ja) | 集積回路構成体の製造方法 | |
| US3928081A (en) | Method for fabricating semiconductor devices using composite mask and ion implantation | |
| US4808555A (en) | Multiple step formation of conductive material layers | |
| US4044371A (en) | Plurality of precise temperature resistors formed in monolithic integrated circuits | |
| US4502894A (en) | Method of fabricating polycrystalline silicon resistors in integrated circuit structures using outdiffusion | |
| US6261972B1 (en) | Dual gate oxide process for uniform oxide thickness | |
| JP3098848B2 (ja) | 自己整合型プレーナモノリシック集積回路縦型トランジスタプロセス | |
| USRE31652E (en) | Method of producing a semiconductor device | |
| US4472873A (en) | Method for forming submicron bipolar transistors without epitaxial growth and the resulting structure | |
| JPS62290173A (ja) | 半導体集積回路装置の製造方法 | |
| US4159561A (en) | Method of making a substrate contact for an integrated circuit | |
| US3997378A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device utilizing monocrystalline-polycrystalline growth | |
| US4034395A (en) | Monolithic integrated circuit having a plurality of resistor regions electrically connected in series | |
| US5151378A (en) | Self-aligned planar monolithic integrated circuit vertical transistor process | |
| JPH0235460B2 (cs) | ||
| CS207200B1 (cs) | Způsob výroby tranzistorové struktury polovodičových součástek | |
| EP0219243A2 (en) | Process of manufacturing a bipolar transistor |