RU766423C - Способ изготовлени ВЧ транзисторных структур - Google Patents

Description

Изобретение относитс  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 изготовлени  полупроводниковых приборов снижени  времени жизни неосновных носителей зар да и улучшение характеристик прибора в импульсном режиме достигаетс  их обработкой нейтронами высокой энергии, 1-1ейтроны, внедр  сь в решетку, сдвигают атомы кремни  из положени  равновеси , в результате чего образуетс  область с разупор доченной структурой. В запрещенной зоне полупроводника по вл етс  р д глубоких энергетических уровней,  вл юа1ихс  центрами захвата носителей.

Эффект снижени  времени жизни неосновных носителей зар да сопровождаетс  изменением электрических характеристик приборов.

Недостатком способа  вл етс  то, что при облучении нейтронами происходит разупор дочение структуры решетки на очень большую глубину и из-за их высокой проникающей способности.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ изготовлени  ВЧ транзисторных структур, включающий операции формировани  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 создани  транзисторной структуры: термическое окисление полупроводниковой подложки-пластины кремни , вскрытие фотолитографией окон дл  создани  базовых областей, диффузию базовой примеси и одновременное подкисление кремни , вскрытие фотолитографией окон и формирование в них эмиттеров, вновь вскрытие фотолитографией контактных окон и осуществление их металлизации и металлизированной разводки. Сформированные транзисторные структуры, также как и другие элементы схемы, расгюложенные на одной полупроводниковой пластине подвергают облучению электродами с оптимальной энергией 0,7-1 МэВ с последующим стабилизирующим отжигом при .

Heдocтatкoм способа, во-первых,  вл етс  усложненность технологического оборудовани  облучени  - линейного ускорител  электронов, ограниченность температурного интервала отжига - 300°С, выход  за пределы которого измен ютс  основные параметры транзисторных структур, А поскольку сборочные операции полупроводникового прибора: напайка кристалла,

термокомпресси  контактов и т.д, осуществл ютс  при температурах более 300°С, то эффективность способа оказываетс  незначительной . Во-вторых , воздействие электронов

сказываетс  и на глубоких сло х полупроводниковых структур, т.е. на базовых област х , теле коллектора и т.д. В результате способ не может решить поставленной задачи , св занной с повышением пробивного

напр жени  коллектор-эмиттерного перехода при тонких базовых област х.

Целью изобретени   вл етс  увеличение пробивного напр жени  коллекторэмиттерного перехода.

Цель достигаетс  тем, что в область сформированных эмиттеров осуществл ют имплантацию ионов противоположного типа проводимости по отношению к примеси эмиттера. В качестве эмиттерной примеси

используют фосфор, а примеси, имплантированной в область эмиттера - бор.

На фиг. 1 показана полупроводникова  подложка 1 с маскирующим ее покрытием 2, вскрытым фотолитографией окном 3, через

которое сформирована диффузионна  базова  область 4, покрыта  в свою очередь маскирующим ее слоем 5; на фиг. 2 показано вскрытое фотолитографией в маскирующем слое 5 окно б, через которое в базовой области 4 сформирована эмиттерна  область 7, покрыта  также маскирующим слоем 8; на фиг. 3 - вскрытые фотолитографией контактные окна 9 и 10 соответственно к эмиттерной 7 и базовой 4 област м 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 разупор доченной ионами бора кристаллической решеткой 8 эмиттерной области 7.

Ниже приводитс  пример конкретного применени  способа. Полупроводниковую

подложку эпитаксиального кремни  п-типа проводимости сопротивлением 4,0 Ом -см осажденную на высоколегированную основу того же типа проводимости сопротивлением 0,001 Ом;см, подвергают

термическому окислению при 1200°С в течение 3 ч ведени  процесса в комбинированной среде сухого и увлажненного кислорода, выращивают маскирующий слой 2 двуокиси кремни  - SlOz. В результате получают пленку толщиной 0,6 мк достаточной дл  маскировани  подложки 1 от всех последующих диффузий. Одновременно пленка  вл етс  пассивирующим покрытием дл  коллекторно-базового р-пперехода .

В покрытии 2 фотолитографией вытравливают окно 3, через которое в две стадии формируют базовую область 4. Ионным легированием или общеприн той термичеОКОЙ диффузией из ВаОз при 940°С в течение 35 мин в нейтральной среде аргона создаетс  источник диффузионного легировани . Поверхностное сопротивление

диффузионного сло  составл ет 50-70 - .

Во врем  второй стадии диффузии при 1150°С втечение 120 мин ведени  процесса в комбинированной среде сухого и увлажненного кислорода диффузионную базовую область 4 разгон ют до глубины 3 мк с поверхностным сопротивлением 150 -pj- .В

процессе диффузии в окислительной среде вырастает маскирующий слой 5.

Толщина пленки должна быть достаточной дл  маскировани  полупроводниковой подложки 1 от всех последующих воздействий имплантацией ионами бора или термической эмиттерной диффузии. Полученна  величина 0,5 мк (и не менее) отвечает необходимым требовани м. Далее фотолитографией в маскирующем слое 5 вскрывают окно 6, через которое формируют эмиттерную область 7,

Диффузию эмиттерной примеси фосфор .а осуществл ют из хлорокиси фосфора РОС) илитреххлористого фосфора PCI. Диффузию ведут в две стадии. На первой стадии осуществл ют загонку примеси методом открытой трубы при 1050°С в атмосфере аргона с добавлением кислорода в течение 15 мин с подачей диффузанта и п тиминутным его вытеснением. В результате получают диффузионный слой глубиной 1Л мк с

поверхностным сопротивлением 3 .

Вторую стадию диффузии провод т дл  окончательного формировани  змиттерной области с тем, что б.азова  область составл ет 0,6-0,8 мк. Диффузию ведут при 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 дл  маскировани  при имплантации ионов бора в змиттерную область.

К сформированным эмиттерной 7 и базовой 4 област м фотолитографией вскрывают контактные окна 9 и 10 и осуществл ют их металлизацию, например вакуумно напыленным алюминием толщиной 1-1,5 мк. Фотогравировку по алюминию осуществл ют таким образом, что металлизированный контакт 11 эмиттерной области 7 не доходит до контура перехода эмиттер-база, т.е. остаетс  промежуток фосфорносиликатного стекла 8, не покрытый металлом. Металлизаци  12 базовой контактной площадки также не должна распростран тьс  на эмиттерную область.

С целью снижени  переходного сопротивлени  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 усилени  haiE и пробивного напр жени  коллектор-эмиттерного переходов UcEo при общих требовани х к высокой предельной частоте усилени  транзистора Мгц показывают трудно достижимый компромисс. Тонка  базова  область 0,6 мк обеспечивает частотные свойства, но при этом трудно сохранить высокий уровень /в/ при кОм.

Этому же соответствует и сверх необходимого высокий коэффициент усилени  в режимах ,0./в/ /та/. Более тонкие базовые области (0,20 ,5) мк дл  транзисторов СВЧ диапазона, еще более усложн ют решение вопроса.

С целью повышени  пробивного напр .жени  коллектор-эмиттерного перехода пластины кремни  с заложенными в них транзисторными структурами подвергают воздействию потоком 13 ионов бора - В на типовой уста-новке ионно1о легировани  типа Везувий. Режим обработки: энерги  Е 80-150 кЭв и доза см . Энерги  ионов определ ет их проникающую способность через маскирующее покрытие 8 в эмиттерную 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 внедремными ионами бора и разупор доченней кристаллической решеткой.

Измерени  электрических параметров UCE и haiG транзисторных структур до и поеле ионнного воздействи  показывают их изменени . Так, haiE уменьшаетс  с 200 до 70, UcEo возрастает с 40 В до 80 В. С тем, чтобы последующие температурные воздействи  не изменили необходимого соотношени  указанных параметров, провод т стабилизирующий отжиг при температуре (в течение 15 мин) 550°С, который определ ет окончательное их соответствие. Дальнейший нагрев на кристаллы транзисторной структуры при сборочных операци х или в услови х эксплуатации не должен превышать значени  температуры отжига. Это обсто тельство гарантирует стабильные конечные значени  параметров. Достижение аналогичного результата возможно проведением операции ионного легировани  бора в отдельно вскрытое контактное окно к эмиттеру . В этом случае нет необходимости ограничивать расширенное формирование эмиттерной металлизации. При этом допускаетс  пересечение металлизацией выход щего к поверхности эмиттер-базового перехода. Это дает возможность использовать способ в интегральных микросхемах с пересекающей элементы транзисторной структуры Металлизацией. Определ ющим фактором положительного эффекта  вл етс  то, что ионы бора, сталкива сь с атомами фосфора в кристаллической решетке эмиттерной об ласти, выбивают их из узлов, снижа  их электрическую активность. Выбитые атомы в свою очередь смещают другие атомы, в результате чего образуетс  разупор дочен на  область. Помимо этого, ввиду того, что бор  вл етс  примесью противоположной проводимости по отношению к фосфору, в кремнии присутствует частична  компенсирующа  нейтрализаци  этой примеси. Формул а и 3об ретени  1, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР, включаю щий операции формировани  в полупро водниковой подложке базовой области с маскирующим ее покрытием, вскрытие окон и формирование в них эмиттеров, с последующей металлизацией вскрытых контактных областей, отличающийс  тем Отжиг же используемых дефектов и размещение ионов бора в узлах кристаллической решетки наблюдаетс  при температурах более 600°С. При таких температурах воздействий ни в процессе сборочных операций , ни тем более в услови х эксплуатации кристаллы транзисторных структур не испытывают. Коэффициент усилени  такого транзистора в режиме пр мого включени  уменьшаетс  из-за снижени  коэффициента Инжекции эмиттерного п-р перехода, ослабленного менее эффективной, работой эмиттарной области. Однако, при этом соответственно увеличиваетс  необходимое пробивное напр жение коллекторэмиттерного переходов без увеличени  рекомбинационной составл ющей базового тока формируемого в базе и без возрастани  параметров насыщени  UCE sat и UIBE sat. Возрастани  указанной составл ющей IE, UCE sat. UBE sat св зано в основном с процессами рекомбинации и повышенного сопротивлени  протекающим токам в базовой и коллекторной област х. Разупор доченна  область в эмиттере не ведет к возрастанию сопротивлени  приконтактной области, степень легировани  этого участка предельна  и составл ет 1-10 ат/см. Таким образом, транзисторные структуры полученные указанным способом, обеспечивают более высокий уровень пробивного напр жени  коллектор-эмиттерного переходов с тонкой базовой областью, оставив при этом неизменными характеристики UCE sat, UBE sat. (56) 1. Дж. Мейер. Ионное легирование полупроводников . М.: Мир, 1973, с. 138-142, 2; Греськов И,М. и др. Вли ние облучени  электронами на характеристики интегральных схем. Ж. Электронна  промышленность, № 9.1978, с. 49-50. что, с целью увеличени  пробивного напр жени  коллектор-эмИттерного перехода , в область сформированных эмиттеров осуществл ют имплантацию ионов противоположного типа проводимости по отношению к примеси эмиттера. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что в качестве змиттерной примеси испольэуют фосфор, а в качестве примеси, Имплантированной в область эмиттера, бор .

J/

.//

/

J

/

Л

./

1 J

W

7 f

I ; /r

/

10