RU986229C - Способ изготовлени полупроводниковых структур с высокоомными диффузионными сло ми - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРПВОЛНИКОВЫХ СТРУКТУР С ВЫСОКООИНЫМН ЛИЛ УЗИОННЫНИ сло ми, включающий формирование высоколегированной области в подложке, вытравливание средней ее части через маскирующее Ь„,,, .Г- Тг/ч-.л j покрытие и термическую обработку в нейтральной среде, отличающ и и с   тем, что, с целью упрощени  способа и повышени  воспроизводимости параметров диффузионных слоев, одновременно с вытравливанием средней части высоколегированной об ласти осуществл ют вытравливание средней части подложки на глубину О,2-,0.мкм, а высоколегированную область формируют с концентрацией легирующей примеси от 1-10® см до концентрации, котора  на 2-6 пор дков превышает концентрацию примеси в подложкео

Description

Изобретение относитс  к производству полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении диффузионных резисторов, лиодов , бипол рных и НЛП-транзисторов, а также интегральных схем

Известен способ изготовлени  полу роводниковых структур с высокоомными диффузионными сло ми, включаюь1ий создание на кремниевой полложке маскирующего сло  из двуокиси кремни , вскрытие фотогравировкой окон в маскирующем слое и формирование через них в подложке высоокомных областей путем ионной имплантации с последующей термической активацией и разгонкой примеси на заданную глубину

Недостатком способа  вл етс  низкал воспроизводимость параметров высокоомных диффузионных слоев получаемых полупроводниковых структур.

сл

с

определ ема  возможностью воспроизведени  установками ионного легировани  малых доз (пор дка нескольких мкл и менее) и малых энергий внедрею ни  примесей, что  вл етс  техноло00 гически сложной задачей Кроме того,

о Полученные ионным легированием, имеhO ют значительно большую дефектность

ю ю кристаллической решетки, чем диффузионные слои, вплоть до амог физации кремни .

Наиболее близким техническим реше .« нием  вл етс  способ изготовлени  полупроводниковых структур с высокоомными .диффузионными сло ми, оключаю1ЦИЙ формирование высоколегированной области в подложке, вытравливание средней ее части через маскирутцее покрытие и термическую обработку в нейтральной среде.

ель изобретени  - упрощение способа и повышение воспроизводимости параметров диффузионных слоев

Поставленна  цель достигаетс  тем, мто при способе изготовлени  полупроводниковых структур с высокоомными диффузионными сло ми, включающем формирование высоколегированной области в подложке, вытравливание средней ее части через маскирующее покрытие и термическую обработку в нейтральной среде, одновременно с вытравливанием средней части, высоколегированной области осуществл ют вытравливание .средней части, подложки на глубину Q,2-h мкм, а высоколегированную область формируют с концентрацией легирующей примеси от 1-10 см до концентрации, котора  на 2-6 пор дков превышает концентрацию примеси в подложкео

Вытравливание подложки на указанную глубину позвол ет с высокой степенью точности проконтролировать толщину создаваемых высокоомных слоево

Граничные значени  глубины травлени  средней части подложки в пределах Q,2-k мкм за пределами высоколегированной области обусловлены прежде всего необходимостью повышени  воспроизводимости, то есть получени  от процесса к процессу минимального разброса параметров высокоомных диффузионных слоев: их поверхностного сопротивлени  R и глубины залегани ., более полно характеризующих воспроизводимое интегральное присутствие электрически активной примеси в градиентное ее распределениво

Минимальна  величина травлени  0,2 мкм - это тот необходимый минимум травлени , который позвол ет гарантировано вытравить высоколегированный слойо По мере его последовательного стравливани  поверхностное сопротивление сло  экспоненциально возрастает , а затем резко падает до сопротивлени  подложки, если примесь противоположного подложке типа провоf

димости, или возрастает без скачкообразного изменени  также до сопротивлени  подложки, если примесь того же типа проводимости, что и подложка, так что критерием полного удалени  высоколегированного сло   вл етс  контролируемое и характерное дл  ПОД/1ОЖКИ ее поверхностное или удельное сопротивление.

Кроме того, травление глубиной менее 0,2 мкм помимо возможных наложений остаточной примеси высоколегированного сло  увеличивает разброс диффу. ионных параметров, обусловленный менее контролируемым попаданием примеси на оттравленную поверхность исходной подложки из-за ее испарени  в окружающую нейтральную среду. По-видимому, увеличение глубины травлени  более 0,2 мкм, величиной от нижней границы соизмеримой по толщине с поверхностным маскирующим диэлектрическим покрытием, создаёт более ограниченный объем дл  воспроизводимого попадани  примеси на открытую поверхность и последующую ее диффузию вглубь подложки, что и позвол ет уменьшить разброс основного диффузионного параметра поверхностного сопротивлени  высокоомного (1,2 кПм) диффузионного сло  в пределах

По мере увеличени  глубины травлени  подложки до мкм сохран етс  воспроизводимое получение сопротивлени  и глубины залегани  диффузионного сло  Однако, далее так пе как возрастает сопротивление до нескольких килоОм, так и разброс диффузионных параметров до ±30, кроме того, дальнейшее увеличение глубины травлени  более 4 мкм создает трудности: с проведением фотолитографических операций по диэлектрическому покрытию , с созданием неразрывной металлизированной разводки, и в целом,  вл етс  нецелесообразным

Высоколегированный слой чаще всего получают средствами термической диффузии или ионного легировани , и установленна  минимальна  концентраци  110° см  вл етс  тем параметром , который также необходимо воспроизводимо получать о Меньшие значени , концентрации, чем дают также увеличенный разброс 15, что в свою очередь, не позвол ет сохранить необходимый разброс диффузионных параметров, всегда имеющий больший разброс, сам источник диффузии-высоколегированный слой о

В конкретном примере высоколегированный слой. Полученный загонкой бора с поверхностным сопротивлением 20 Ом, соответствует концентрации легирующей примеси / 5 Ю . Больша , чем 1 10 см степень легировани  примесью высоколегированного сло , вплоть максимальной ее растворимости в материале полупроводниковой полложки,  вл етс  предпочтительном л,л  более воспроизводимого получени  диффузионных слое Причем разница в два пор дка допуска етс  минимальной, так как в противно случае дополнительные трудности создаютс  взаимной нейтрализацией приме си или неуправл емой ее компенсацией Верхний предел - шесть пор дков .определ ет максимальную возможную разность легировани  необходимого сло  и подложки. На фиГс1-1 представлена последова тельность операций применительно к изготовлению полупроводниковых приборов типа диодов, резисторов и бипо л рных транзисторов, а на фиГо5-15 дл НДП-транзисторов со встроенным каналом На фиго1 показана структура после формировани  в (на) подложке 1 высоколегированной области 2 через окне в маске 3 преимущественно в окислительной среде либо с последующим окислением, в результате чего на поверхности структуры образуетс  диэлектрическим (окисный) слой 0 Заметим, что область 2 может быть получена ионной имплантацией, либо диффузией, либо эпитаксиальным наращиванием . Эта область может быть как п-типа, так и р-типа, В любом случае процесс ее образовани  происходит в таких услови х, чтобы обеспечить кон центрацию легирующей примеси на 2-6 пор дков выше, чем в подложке и не менее М О На фиго2 и 6 показана структура после селективного вытравливани  сре ней части высоколегированной области 2 и подложки 1 на глубину 0,2-i,0 мк Поперечное сечение вытравленного углублени  5 дл  диодов, резисторов и бипол рных транзисторов имеет преиму щественно пр моугольную форму, а дл  НЛП-транзисторов - преимущественно V-обра ную форму дл  получени  большеи длины каналао На фигоЗ и 7 показана структура после проведени  высокотемпературной обработки ее в нейтральной среде в результате которой происходит проникновение легирующей примеси под основание углублени  с образованием 96 высокоомного сло  толи1иной 0, мкм и частичной разгонкой примеси в слое 3. На и 8 показана окончательно сформированмаг структура с диэлектрическим слоен 6 поверх высокоомного сло  7 и участками металлизации 8. (С npoii3BOfis-sTCH примеры конкретного ос пцестБлени  способа при изготовлении М П-транзистора, П р и м е р t о Пластину кремни  n Tiina проволимости с удельным сопротивлением ,fS (концентраци  примеси 1 jQ .) , ориентированную по кристаллографической плоскости окисл ют в комбинированной среде сухого и увлажненного кислорода при температуре 1323 К до толщины сло  окисла 2-0,6 мкм, В выращенном термическом слое окисла кремни  с помощью фотогравировки вытрав ливают окно под области истока и стока, Лиффузию бора провод т в две стадии Источником примеси слу - ,, - - -, - - , жиг борный ангидрид . Первую стадию диффузии (загонку) провод т при температуре 1873 К до получени  поверхностного сопротивлени  диффузионного сло  пор дка 20 Ом/квадрат. После удалени  боросиликатного стекла в смеси фтористоводоролной кислоты и воды в соотношении 1:А провод т низкотемпературное осаждение максирущего покрыти  в виде пиролитического сло  двуокиси кремни  толщиной 0,6 мкм на установке УВП-2 разложением моносилана в плазме кислородного разр да при температуре пор дка i23l o Это осаждение необходимо дл  сохранени  первоначальной концентрации примеси в высоколегированной области на уровне не менее 1 10®см поскольку менее легированный слой не обеспечивает необходимого автолегировани  из- а низкой летучести примеси. Г, помощью фотолитографии вскрывают окно в окисле кремни  в области затвора, через которое производ т вытравливание высоколегированной области и материала подложки с образованием V-образной канавки, раздел ю1чей высоколегированную область на области истока и стока Травлепие производ т п щелочном травителе состава КОН : 1-6, залитом дл  уменьшени  испарени  изопропиловым спиртом, при температуре пор дка на глубину 0,2 мкм и максимальную t мкм. Термообработку провод т в нейтральной среле при 1273К в течение 30 мино Это позвол ет в первом случае получить Rg (1-1,) кОм/D. .Тл  глубины травлени  мкм получают RS (0,9-1,5) кПм/о, с возрастанием разброса от среднего значени  1,2 кПм±30 „

Такой уровень разброса получают при ионной .ао ированной имплонтпции   значит преимущества диффузионного высокоомного сло  очевилнЫо

.Далее в сухом кислороде при температуре 1123 К получают на поверхности v-образной канавки слой подзатворного окисла кремни  толщиной 0,1 мкмо

После этого фотогравировкой вскрывают контактные окна к област м истока и стока транзистора

На планетарной установке УВН-2М напыл ют алюминий толчейной пор дка IjS мкм с равномерным запылением поверхностного рельефа с Лотогравировкой формируют алюминиевую разводку к истоку , затвору и стокус После этого дл  уменьшени  переходного сопротивлени  металл-полупроводник производ т вжигание алюмини  при температуре 723К в течение 10 мин„

Полученный таким образом МЛП-транзистор со встроенным р-каналом имеет пороговые напр жени  от Ор5 до 5 В в зависимости от его степени легироВЗНИЯо

Пример 2рС концентрацией .1 10 см высоколегированного сло , Этот слой получают термической загонкой бора из при Т 1183 К с Rg 150 ПМ/DC Термической разгонкой бора при температуре Н23 К в комбинированной сре.пе сухой и увлажненной вод ными парами кислорода глубину залегани  ди(м)узионного сло  довод т до 3 мкм с Rg 500 i 70 Пм/П, что соответствует концентрации легирующей примеси 1 10 см

Получение меньших значений степени диффузионного легировани  св зано с резко возрастающим разбросом - более Очевидно, что больший разброс самого источника диффузии высоколегированного сло  приводит к значительно большему разбросу высокоомного диффузионного сло , полученного термической обработкой в нейтральной среде В рассматриваемом примере поверхностное сопротивление после термообработки диффузионного сло  в вытравленной средней части подложки на глубину - мкм составл ет кОм, с достаточно большим разбросом Однако получение обычным термическим способом чисто диффузионных слоев такого уровн  с указанным разбросом воo6use не представл етс  возможным, хот  такие значени  также необходимы

Вытравливание материала подложки на глубину 0,2-4 мкм одновременно с вытравливанием средней части высоколегированной области с концентрацией примеси на 2-6 пор гков выше концентрации примеси в подложке обеспечивает при высокотемпературном отжиге образование высокоомных слоев тол1циной 0,21 ,5 мкм с высокой воспроизводимостью толщины ЭТИХ слоев, и, следовательно , с высокопроизводимыми значени ми их удельного сопротивлени . Этот фактор имеет большое значение как при создании высокоомных диффузионных резисторов, так и базы бипол рных транзисторов, а также встроенного канала М,/1П-транзисторов строго контролируемой толщины с,

Способ предусматривает выполнение слоев как п-типа, так и р-типа проводимости с широким диапазоном воспроизведени  значений удельного сопротивлени  в определенном диапазоне, причем разброс номиналов поверхностного сопротивлени  этих слоев снижен с 30 до 20.,

.

2

/ /

)A O AVxVsX Cxy:gS,;X

п

8ХХХХхххр лхх/

L Oiп

.f .

LP

X.

-7

fPaz2

2 f

,f

X

/ л J

/

Т

IL

l/.ff„