SE522527C2 - Fabrication of integrated circuit for radio frequency applications, involves producing opening in electrically insulating layer for partly covering outer portions along circumference of active region for bipolar transistor - Google Patents
Fabrication of integrated circuit for radio frequency applications, involves producing opening in electrically insulating layer for partly covering outer portions along circumference of active region for bipolar transistorInfo
- Publication number
- SE522527C2 SE522527C2 SE0101567A SE0101567A SE522527C2 SE 522527 C2 SE522527 C2 SE 522527C2 SE 0101567 A SE0101567 A SE 0101567A SE 0101567 A SE0101567 A SE 0101567A SE 522527 C2 SE522527 C2 SE 522527C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- bipolar transistor
- active region
- layer
- region
- insulating layer
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 63
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 89
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 claims description 38
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 36
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 25
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 24
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 21
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 16
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 15
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 134
- 230000008569 process Effects 0.000 description 38
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 16
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 9
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 7
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 6
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 6
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)titanium Chemical compound [Si]=[Ti]=[Si] DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 Boron ion Chemical class 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008479 TiSi2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 244000045947 parasite Species 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229910021352 titanium disilicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- VLJQDHDVZJXNQL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-n-(oxomethylidene)benzenesulfonamide Chemical compound CC1=CC=C(S(=O)(=O)N=C=O)C=C1 VLJQDHDVZJXNQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 description 1
- 229910018999 CoSi2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011785 micronutrient Substances 0.000 description 1
- 235000013369 micronutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 235000013550 pizza Nutrition 0.000 description 1
- 229910021340 platinum monosilicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
- H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
- H01L27/0635—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or resistors, or capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8248—Combination of bipolar and field-effect technology
- H01L21/8249—Bipolar and MOS technology
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Element Separation (AREA)
Abstract
Description
522 2522 höga prestanda till processen konstruerad enligt principerna beskrivna ovan, men ett sådant tillvägagångssätt är vanligtvis väldigt kostsamt vad det avser ytterligare maskskikt och processkomplexitet. 522 2522 high performance to the process constructed according to the principles described above, but such an approach is usually very costly in terms of additional mesh layers and process complexity.
För de flesta kretskonstruktioner är emellertid varje enkel p- typ anordning vanligtvis tillräcklig för att möta de flesta konstruktionsbehov. I en BiCMOS-process kan PMOS-transistorn självfallet användas. I en bipolär IC-process för radiofrekvensområdet kan laterala PNP-transistorer vanligtvis erhållas utan ytterligare processkomplexitet.However, for most circuit designs, any single p-type device is usually sufficient to meet most design needs. In a BiCMOS process, the PMOS transistor can of course be used. In a bipolar IC process for the radio frequency range, lateral PNP transistors can usually be obtained without additional process complexity.
Medan de aktiva anordningarna i IC-processen kontinuerligt förbättras, finns det ett behov att följa upp detta med förbättrad anordningsisolation. För kvartsmikronteknik och mindre används grund dikesisolation (STI, shallow trench isolation) brett för att erhålla en nästan plan yta. Genom att använda STI istället för LOCOS-isolering möjliggörs högre packningsdensitet, snävare konstruktionsregler, lägre parasiter och högre tillverkningsprecision för både CMOS- och bipolära kretsar, se Nandakumar, A. Chatterjee, S. Sridhar, K. Joyner, M. Rodder, och I. -C. Chen, "Shallow Trench Isolation för advanced ULSI CMOS Technologies", 1998 IEDM Tech. Dig., sidan 133. Även om STI är krävande vad det avser etsnings- och återfyllningsprocessteg erbjuder det en betydande förbättring i minskad yta krävd för isolering mellan kretselement. Kemisk- mekanisk planarisering (CMP) har använts brett i processflödet för att realisera STI. För att ytterligare reducera parasiter och överhörning för känsliga analoga radiokretsar används djup dikesisolation (DT, deep trench) för att ersätta p/n- övergångsisolation (eng. junction isolation) mellan anordningarna i bipolära processer, se P. Hunt och M. P. Cooke, "Process HE: a highly advanced trench isolated bipolär technology for analogue and digital applications", Proc. IEEE CICC 1988, sidan 816. DT-isolering har också använts i CMOS, se R. D. Rung, H. Momose, Y. Nagakubo, "Deep trench isolated CMOS 522 527 devices", 1982 IEDM Tech. Dig., sidan 237, även om det är mindre vanligt. För integrerade radiofrekvenskretsar med höga prestanda kan STI och DT användas samtidigt, se den internationella publicerade patentansökningen WO 0120644 (uppfinnare H. Norström, C. Björmander och T. Johansson).While the active devices in the IC process are continuously improved, there is a need to follow this up with improved device isolation. For quartz micronutrients and smaller, shallow trench insulation (STI) is widely used to obtain an almost flat surface. Using STI instead of LOCOS insulation enables higher packing density, tighter design rules, lower parasites and higher manufacturing precision for both CMOS and bipolar circuits, see Nandakumar, A. Chatterjee, S. Sridhar, K. Joyner, M. Rodder, and I -C. Chen, "Shallow Trench Isolation for Advanced ULSI CMOS Technologies", 1998 IEDM Tech. Dig., Page 133. Although STI is demanding in terms of etching and backfilling process steps, it offers a significant improvement in reduced area required for insulation between circuit elements. Chemical-mechanical planarization (CMP) has been widely used in the process flow to realize STI. To further reduce parasites and crosstalk for sensitive analogue radio circuits, deep trench insulation (DT) is used to replace p / n junction isolation between devices in bipolar processes, see P. Hunt and MP Cooke, "Process HE: a highly advanced trench isolated bipolar technology for analogue and digital applications ", Proc. IEEE CICC 1988, page 816. DT isolation has also been used in CMOS, see R. D. Rung, H. Momose, Y. Nagakubo, "Deep trench isolated CMOS 522 527 devices", 1982 IEDM Tech. Dig., Page 237, although less common. For integrated radio frequency circuits with high performance, STI and DT can be used simultaneously, see the internationally published patent application WO 0120644 (inventors H. Norström, C. Björmander and T. Johansson).
Då STI-isolering används för integrerade radiofrekvenskretsar med höga prestanda kanske emellertid inte den tidigare så framgångsrika användningen av den redan existerande strukturen för att erhålla en lateral PNP-transistor är möjlig. Då epi- skiktet för strukturens brunn skalas till under 1 um tillsammans med STI-isolering (som når omkring 0,5 um ned i epi-skiktet från ytan) är inget brunnsområde närvarande under STI-isoleringen inom fältområden efter processning. Istället påträffas subkollektorn direkt under fältoxiden. Även om det fortfarande är möjligt att påträffa en lateral PNP-struktur, består basen nu huvudsakligen av det kraftigt dopade subkollektorområdet och följaktligen kommer strömförstärkningen (beta) vara för låg för att vara användbar. Ett annat sätt att erhålla en p-typsanordning med rimliga karaktäristika måste hittas.However, when STI isolation is used for high performance integrated radio frequency circuits, the previously successful use of the pre-existing structure to obtain a lateral PNP transistor may not be possible. When the epi layer for the well of the structure is scaled to below 1 μm together with STI insulation (which reaches about 0.5 μm down into the epi layer from the surface), no well area is present during the STI insulation within field areas after processing. Instead, the subcollector is found directly under the field oxide. Although it is still possible to find a lateral PNP structure, the base now consists mainly of the heavily doped subcollector area and consequently the current gain (beta) will be too low to be useful. Another way to obtain a p-type device with reasonable characteristics must be found.
Vidare kan problem med dagens STI-isolering uppträda i form av läckströmmar mellan olika anordningsområden. Dessutom kan det vara svårt att erhålla väldigt låga bas-kollektorkapacitanser i de bipolära transistorerna och en parasitisk pnp-anordning (extrinsisk bas/n-brunn/p-brunn) med högt beta, särskilt om n- brunnen har väldigt låg dopning, kan orsaka problem.Furthermore, problems with current STI insulation can occur in the form of leakage currents between different device areas. In addition, it can be difficult to obtain very low base collector capacitances in the bipolar transistors and a high beta parasitic pnp device (extrinsic base / n-well / p-well), especially if the n-well has very low doping, can cause problem.
REnoGöRELss Fön UPPFINNINGEN Det är följaktligen ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förfarande vid framställning av integrerade kretsar, särskilt integrerade kretsar för radiofrekvenstillämpningar, som sörjer för effektiv produktion av integrerade högkvalitetskretsar innefattande bipolära 4 522 527 transistorer och MOS-anordningar, särskilt PMOS-transistorer och andra MOS-anordningar av p-typ, medelst användning av ett minimum av processteg.BACKGROUND OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing integrated circuits, in particular integrated circuits for radio frequency applications, which provide for efficient production of integrated high quality circuits including bipolar 4,522,527 transistors, especially MOS transistors and MOS devices. and other p-type MOS devices, using a minimum of process steps.
I detta avseende är det ett särskilt syfte med uppfinningen att åstadkomma ett sådant förfarande, som innefattar ett antal flerfunktionsprocessteg.In this regard, it is a particular object of the invention to provide such a method which comprises a number of multifunction process steps.
I detta syfte innefattar föreliggande uppfinning enligt en första aspekt ett förfarande innefattande stegen att: - ett kiselsubstrat åstadkoms, vilket kan vara ett homogent substrat eller ett epi-skikt på en skiva, - ett aktivt område för den bipolära transistorn och ett aktivt område för MOS-anordningen bildas i kiselsubstratet, företrädesvis genom dopning av två ytområden i substratet och/eller två substratområden i ett epi-skikt på substratet, - fältisolationsområden bildas i ett horisontalplan runt de aktiva områdena, företrädesvis medelst grund dikesisolering (STI), och valfritt medelst djup dikesisolering (DT), - ett MOS-styre i form av en stack bildas på det aktiva området för MOS-anordningen, företrädesvis i formen av ett polykiselskikt på ett oxidskikt, - ett skikt av ett elektriskt isolerande material, företrädesvis en nitrid, bildas på MOS-styrestacken och på det aktiva området för den bipolära transistorn, - ett basområde definieras i det aktiva området för den bipolära transistorn genom att skapa en öppning i det elektriskt isolerande skiktet, företrädesvis medelst etsning, varvid - öppningen i det elektriskt isolerande skiktet skapas så att de kvarvarande delarna av det elektriskt isolerande skiktet delvis täcker det aktiva området för den bipolära transistorn, dvs. de yttre delarna runt periferin av det aktiva området, och - det elektriskt isolerande skiktet kvarlämnas på MOS- styrestacken för att kapsla in och skydda MOS-styrestacken 522 527 5 under efterföljande tillverkningssteg, innefattande särskilt stegen jonimplantering, termisk oxidering och/eller etsning.To this end, according to a first aspect, the present invention comprises a method comprising the steps of: - creating a silicon substrate, which may be a homogeneous substrate or an epi-layer on a disk, - an active region for the bipolar transistor and an active region for MOS the device is formed in the silicon substrate, preferably by doping two surface areas in the substrate and / or two substrate areas in an epi layer on the substrate, - field insulation areas are formed in a horizontal plane around the active areas, preferably by shallow ditch insulation (STI), and optionally by depth ditch insulation (DT), - a MOS board in the form of a stack is formed on the active area of the MOS device, preferably in the form of a polysilicon layer on an oxide layer, - a layer of an electrically insulating material, preferably a nitride, is formed on MOS control stack and on the active region of the bipolar transistor, - a base region is defined in the active region of the bipolar tra the resistor by creating an opening in the electrically insulating layer, preferably by etching, the opening in the electrically insulating layer being created so that the remaining parts of the electrically insulating layer partially cover the active region of the bipolar transistor, i.e. the outer portions around the periphery of the active area, and - the electrically insulating layer is left on the MOS guide stack to encapsulate and protect the MOS guide stack 522 527 during subsequent manufacturing steps, including in particular the steps of ion implantation, thermal oxidation and / or etching.
Företrädesvis kvarlämnas det elektriskt isolerande skiktet också på ett kollektorpluggområde för den bipolära transistorn.Preferably, the electrically insulating layer is also left on a collector plug area for the bipolar transistor.
Företrädesvis används en del av det elektriskt isolerande skiktet såsom ett dielektrikum i en parallellplattskondensator framställd i processen. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande vid framställningen av en integrerad krets, särskilt en integrerad krets för radiofrekvenstillämpningar, för att bilda ett grunt dike för förbättrad isolering av en vertikal bipolär transistor innefattad i kretsen.Preferably, a portion of the electrically insulating layer is used as a dielectric in a parallel plate capacitor produced in the process. Yet another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an integrated circuit, in particular an integrated circuit for radio frequency applications, to form a shallow ditch for improved isolation of a vertical bipolar transistor included in the circuit.
I detta avseende är det ett särskilt syfte med uppfinningen att åstadkomma ett sådant förfarande, som sörjer för framställning av en bipolär transistor, som icke uppvisar strömläckageproblem.In this regard, it is a particular object of the invention to provide such a method which provides for the manufacture of a bipolar transistor which does not exhibit current leakage problems.
I detta syfte innefattar föreliggande uppfinning enligt en andra aspekt ett förfarande, enligt vilket: - ett halvledarsubstrat av en första dopningstyp, företrädesvis p, åstadkoms, - ett begravt kollektorområde av en andra dopningstyp, företrädesvis n, för den bipolära transistorn bildas i substratet, - ett kiselskikt växes epitaxiellt på substratet, - ett aktivt område av den andra dopningstypen för den bipolära transistorn bildas i det epitaxiellt växta kiselskiktet, varvid det aktiva området lokaliseras ovan det begravda kollektorområdet, - ett grunt dike bildas i det epitaxiellt växta kiselskiktet och kiselsubstratet, där det grunda diket i ett horisontalplan omger det aktiva området och sträcker sig vertikalt ett avstånd ner i substratet, och 522 527 6 - det grunda diket fylles med ett elektriskt isolerande material.To this end, according to a second aspect, the present invention comprises a method, according to which: a semiconductor substrate of a first doping type, preferably p, is provided, - a buried collector area of a second doping type, preferably n, of the bipolar transistor is formed in the substrate, a silicon layer grows epitaxially on the substrate, an active region of the second doping type of the bipolar transistor is formed in the epitaxially grown silicon layer, the active region being located above the buried collector region, a shallow ditch is formed in the epitaxially grown silicon layer and the silicon substrate, the shallow ditch in a horizontal plane surrounds the active area and extends vertically a distance down into the substrate, and the shallow ditch is filled with an electrically insulating material.
Det begravda kollektorområdet och det grunda diket bildas företrädesvis relativt varandra så att det begravda kollektorområdet sträcker sig in i områden belägna under det grunda diket.The buried collector area and the shallow ditch are preferably formed relative to each other so that the buried collector area extends into areas located below the shallow ditch.
Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en integrerad krets, särskilt en integrerad krets för radiofrekvenstillämpningar, innefattande en vertikal bipolär transistor, som är isolerad medelst ett grunt dike på ett nytt sätt, så att förbättrad prestanda hos transistorn och därigenom den integrerade kretsen kan erhållas.A further object of the present invention is to provide an integrated circuit, in particular an integrated circuit for radio frequency applications, comprising a vertical bipolar transistor, which is isolated by means of a shallow ditch in a new way, so that improved performance of the transistor and thereby the integrated circuit can obtained.
I detta syfte innefattar föreliggande uppfinning enligt en tredje aspekt en integrerad krets innefattande: - ett halvledarsubstrat av en första dopningstyp, företrädesvis p, där substratet har en övre yta, - en vertikal bipolär transistor bildad i substratet, där transistorn innefattar ett aktivt område av en andra dopningstyp, företrädesvis n, där en emitter och en bas är bildade, samt ett begravt kollektorområde av den andra dopningstypen, där det begravda kollektorområdet är beläget under det aktiva området, - ett grunt dike för isolering av den vertikala bipolära transistorn, varvid - det grunda diket omger, såsom sett längs med ytan av substratet, det aktiva området hos transistorn, är fyllt med ett elektriskt isolerande material, samt sträcker sig vertikalt från den övre ytan av substratet och ned i substratet till ett djup där det begravda kollektorområdet är beläget.To this end, according to a third aspect, the present invention comprises an integrated circuit comprising: - a semiconductor substrate of a first doping type, preferably p, where the substrate has an upper surface, - a vertical bipolar transistor formed in the substrate, wherein the transistor comprises an active region of a second type of doping, preferably n, where an emitter and a base are formed, and a buried collector area of the second type of doping, where the buried collector area is located below the active area, - a shallow ditch for isolating the vertical bipolar transistor, wherein - the the shallow ditch surrounds, as seen along the surface of the substrate, the active area of the transistor, is filled with an electrically insulating material, and extends vertically from the upper surface of the substrate and down into the substrate to a depth where the buried collector area is located.
Det begravda kollektorområdet sträcker sig företrädesvis in i områden belägna under det grunda diket och den begravda kollektorn är ansluten till en kollektorplugg, som också är omgiven av det grunda diket. 5 2 2 5 2 7 7 .s s:ïï:.°"' Ytterligare kännetecken hos uppfinningen och fördelar med densamma kommer att bli uppenbara från den detaljerade beskrivningen av föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning given här nedan och de medföljande figurerna 1-22, vilka endast visas i illustrativa syften och skall således inte vara begränsande för uppfinningen.The buried collector area preferably extends into areas located below the shallow ditch and the buried collector is connected to a collector plug, which is also surrounded by the shallow ditch. Additional features of the invention and advantages thereof will become apparent from the detailed description of preferred embodiments of the present invention given below and the accompanying Figures 1-22, which is shown for illustrative purposes only and thus should not be limiting of the invention.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1-3, 4a, 5-19 och 20a-b är kraftigt förstorade tvärsektionsvyer av en del av en halvledarstruktur under processning enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figs. 1-3, 4a, 5-19 and 20a-b are greatly enlarged cross-sectional views of a portion of a semiconductor structure during processing according to a preferred embodiment of the present invention.
Fig. 4b och 20c är SIMS-diagram (SIMS, secondary ion mass spectroscopy) som visar dopningsprofiler för en n-brunn på en begravd kollektorstruktur respektive en NPN-transistor, såsom framställda enligt den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning.Figs. 4b and 20c are secondary ion mass spectroscopy (SIMS) diagrams showing doping profiles for an n-well on a buried collector structure and an NPN transistor, respectively, as prepared according to the preferred embodiment of the present invention.
Fig. 21-22 illustrerar utformningen av de viktigaste maskerna och de elektriska förbindelserna till komponentområden för huvudkomponenterna framställda enligt föreliggande uppfinning.Figs. 21-22 illustrate the design of the main masks and the electrical connections to component areas of the main components made in accordance with the present invention.
DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER I följande beskrivning i förklarande och inte begränsande syfte är särskilda detaljer angivna för att sörja för en grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. Det skall emellertid vara uppenbart för fackmannen inom området att föreliggande uppfinning kan utövas i andra versioner som avviker från dessa särskilda detaljer.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS In the following description for explanatory and non-limiting purposes, particular details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced in other versions that depart from these particular details.
Denna beskrivning beskriver ett framställningsförfarande för en integrerad bipolär kiselkrets för högfrekvenstillämpningar, innefattande NPN-transistorer, nitrid- och MIM-kondensatorer (MIM, metal-insulator-metal) och resistorer. Den föreliggande beskrivningen illustrerar särskilt konceptet med att integrera , i I: 2. I. 2' . 2 22.' 2'..' 8 m... ... e- r u I c I 1100 Oc u: I U I O :I PMOS-transistorer i kretsen i syfte att skapa enkla p- typsanordningar som är nödvändiga för kretskonstruktion.This specification describes a manufacturing process for an integrated bipolar silicon circuit for high frequency applications, comprising NPN transistors, nitride and MIM capacitors (MIM, metal-insulator-metal) and resistors. The present description illustrates in particular the concept of integrating, in I: 2. I. 2 '. 2 22. ' 2 '..' 8 m ... ... e- r u I c I 1100 Oc u: I U I O: I PMOS transistors in the circuit for the purpose of creating simple p-type devices necessary for circuit design.
Betydelsen av att välja ett djup för STI-isoleringen så att isoleringen räcker ned till ett kraftigt dopat subkollektorskikt understryks.The importance of choosing a depth for the STI insulation so that the insulation reaches down to a heavily doped subcollector layer is emphasized.
Tillgängliga anordningar är följande: ' NPN ° PMOS ° Kvasilateral PNP-anordning (härledd från PMOS) ° Nitridkondensator ' MIM-kondensator ° Polykiselresistorer Med hänvisning nu till fig. 1-22 presenteras i detalj i tjugo numrerade avsnitt en detaljerad beskrivning av en uppfinningsenlig utföringsform av processflödet för att tillverka NPN-transistorer, PMOS-transistorer och passiva element med höga prestanda. l. Startmaterial Fig. 1 visar en tvärsektionsvy av en kiselskiva av p-typ, bordopad, före formering av ett begravt nf-skikt (subkollektor).Available devices are as follows: 'NPN ° PMOS ° Quasilateral PNP device (derived from PMOS) ° Nitride capacitor' MIM capacitor ° Polysilicon resistors Referring now to Figs. 1-22, a detailed description of an embodiment according to the invention is presented in detail in twenty numbered sections. of the process flow to fabricate NPN transistors, PMOS transistors and high performance passive elements. 1. Starting material Fig. 1 shows a cross-sectional view of a silicon wafer of p-type, table top, before forming a buried nf layer (subcollector).
Kiselskivan är en epi-skiva innefattande ett substrat 10, bestående av en kraftigt dopad p*-skiva 11 med typiskt en resistivitet av 10 mOhmcm, på vilken ett lågt dopat kiselskikt 12 av p-typ har växts. Detta epi-skikt är typiskt 5-10 um tjockt och har typiskt en resistivitet av 10-20 Ohmcm.The silicon wafer is an epic wafer comprising a substrate 10, consisting of a heavily doped p * wafer 11 with typically a resistivity of 10 mOhmcm, on which a low doped p-type silicon layer 12 has been grown. This epi-layer is typically 5-10 μm thick and typically has a resistivity of 10-20 Ohmcm.
Alternativt kan p-typsskivan vara en homogent lågdopad p- typskiva (icke illustrerad) med en resistivitet av typiskt 1-20 Ohmcm. 522 5279 2. Subkollektorimplanterinq Med hänvisning närmast till fig. 2 bildas ett tunt, skyddande skikt 21 av kiseldioxid på ytan av kiselsubstratet 10 medelst termisk oxidering, till en tjocklek av typiskt 20 nm. Syftet med detta skikt är att tjäna såsom ett skydd mot föroreningar från metaller eller andra orenheter under implanteringen.Alternatively, the p-type disc may be a homogeneous low-doped p-type disc (not illustrated) with a resistivity of typically 1-20 Ohmcm. 522 5279 2. Subcollector Implantation Referring closest to Fig. 2, a thin, protective layer 21 of silica is formed on the surface of the silicon substrate 10 by thermal oxidation, to a thickness of typically 20 nm. The purpose of this layer is to serve as a protection against contaminants from metals or other impurities during implantation.
Skiktets tjocklek väljes så att jonimplantering i ett följande steg kan utföras genom skiktet 21.The thickness of the layer is selected so that ion implantation in a subsequent step can be performed through the layer 21.
En film 22 av fotoresist anbringas på skivytan och mönstras medelst fotolitografi. Syftet med detta mönstrade skikt, också kallad SUB-mask, är att definiera ett område 23 för en begravd kollektor för en bipolär transistor och dopade, begravda områden för en PMOS-transistor 24 respektive för en kondensator 25 genom att maskera efterföljande jonimplantering.A photoresist film 22 is applied to the disk surface and patterned by photolithography. The purpose of this patterned layer, also called SUB mask, is to define a region 23 of a buried collector for a bipolar transistor and doped, buried regions for a PMOS transistor 24 and for a capacitor 25, respectively, by masking subsequent ion implantation.
Därefter implanteras joner för dopningen av subkollektorn, företrädesvis arsenik genom att använda en energi av omkring 50 keV och en dos av omkring 6El5 cm”, varvid de dopade områdena är betecknade med 26 i fig. 2. (Genom hela beskrivningen används beteckningen XXEYY istället för XX * 10“.) Energin har valts så att jonerna når in i kislet genom det tunna oxidskiktet inom oskyddade områden, men förhindras att penetrera kislet inom områden som är skyddade av fotoresist.Thereafter, ions are implanted for the doping of the subcollector, preferably arsenic using an energy of about 50 keV and a dose of about 6El5 cm ", the doped areas being denoted by 26 in Fig. 2. (Throughout the description, the designation XXEYY is used instead of XX * 10 “.) The energy has been selected so that the ions reach the silicon through the thin oxide layer in unprotected areas, but are prevented from penetrating the silicon in areas protected by photoresist.
Efter implanteringen avlägsnas fotoresisten medelst vanliga våt- eller torrkemiska förfaranden.After implantation, the photoresist is removed by standard wet or dry chemical procedures.
Andra n-typsdopämnen kan alternativt användas för att bilda nï- subkollektorområdet, exempelvis antimon (Sb). Emellertid kan en lägre resistivitet för en given tjocklek på skiktet erhållas genom att använda arsenik, vilket är fördelaktigt för anordningarna, exempelvis lägre kollektorresistens och lägre sidoväggskollektorsubstratkapacitans. Dessutom, eftersom diffusitiviteten för arsenik är högre än för antimon krävs en kortare indrivningstid och en lägre temperatur för att erhålla den önskade subkollektorprofilen. 522 527 w 3. Subkollektorindrivninq och oxidering samt p- Lynsisolerinqsimnlantation Närmast utförs en trestegs värmebehandling.Other n-type dopants may alternatively be used to form the nï sub-collector region, for example antimony (Sb). However, a lower resistivity for a given thickness of the layer can be obtained by using arsenic, which is advantageous for the devices, for example lower collector resistance and lower side wall collector substrate capacitance. In addition, since the diffusivity of arsenic is higher than that of antimony, a shorter recovery time and a lower temperature are required to obtain the desired subcollector profile. 522 527 w 3. Sub-collector drive and oxidation as well as p- Lightning insulation swimming installation Next, a three-stage heat treatment is performed.
Först används en 600 °C-värmebehandling för att återkristallisera skadan i det implanterade området.First, a 600 ° C heat treatment is used to recrystallize the damage in the implanted area.
Därefter utförs en högtemperaturindrivning vid omkring 1100 °C för att omfördela arseniken implanterad i subkollektorn, så att de dopade områdena 31 såsom visas i fig. 3 erhålls.Thereafter, a high temperature drive is performed at about 1100 ° C to redistribute the arsenic implanted in the subcollector, so that the doped areas 31 as shown in Fig. 3 are obtained.
Temperaturen sänks sedan till omkring 900 °C, där en oxidering utförs i våt atmosfär. Eftersom kraftigt dopade n-typsområden har en högre oxideringshastighet kommer det att på områden implanterade med arsenik bildas en tjockare oxid (~l7O nm) än på icke-implanterade områden (~7O nm). Eftersom kiselatomer kommer konsumeras under denna oxidering kvarblir 40-50 nm höga steg 32 på kiselytan efter avlägsnande av oxiden. Detta avtryck kommer senare att tjäna som linjeringsmärke vid ett efterföljande litografisteg.The temperature is then lowered to about 900 ° C, where an oxidation is carried out in a wet atmosphere. Since heavily doped n-type regions have a higher oxidation rate, a thicker oxide (l170 nm) will form on areas implanted with arsenic than on non-implanted areas (770 nm). Since silicon atoms will be consumed during this oxidation, 40-50 nm high steps 32 remain on the silicon surface after removal of the oxide. This imprint will later serve as an alignment mark at a subsequent lithography step.
Konventionellt används en en-temperaturoxidering i området av 1100 °C för detta steg. För att skapa tillräckligt höga steg måste då en tjockare initial oxid växas före arsenikimplanteringen. Oxiden mönstras och etsas för att definiera de begravda kollektorområdena, varefter en tunn skyddsoxid (eng. screen oxide) växes i de etsade öppningarna före implantering. Det huvudsakliga bidraget till linjeringssteget i kislet kommer från olika oxidväxningshastigheter för det tunna respektive tjocka oxidområdet. Genom att använda den lägre oxiderigstemperaturen såsom beskrivs i Y. -B. Wang, P. Jönsson och J. V. Grahn, "Arsenic Enhanced Oxidation and Effective Control of Buried Collector Step", l96th Meeting of The Electrochemical Society, Honolulu, Hawaii, 17-22 oktober 1999, kan ett förenklat 522 527 11 processflöde utan behov av separata skikt för att skapa linjeringsmärkena användas.Conventionally, a single-temperature oxidation in the range of 1100 ° C is used for this step. In order to create sufficiently high steps, a thicker initial oxide must then be grown before the arsenic implantation. The oxide is patterned and etched to define the buried collector areas, after which a thin screen oxide is grown in the etched openings before implantation. The main contribution to the alignment step in the silicon comes from different oxide growth rates for the thin and thick oxide regions, respectively. Using the lower oxide rig temperature as described in Y. -B. Wang, P. Jönsson and JV Grahn, "Arsenic Enhanced Oxidation and Effective Control of Buried Collector Step", l96th Meeting of The Electrochemical Society, Honolulu, Hawaii, October 17-22, 1999, allows a simplified process flow without the need for separate layers to create the alignment marks are used.
Före det att oxiden avlägsnas utförs en p-typsjonimplantering, bestående av bor med en typisk energi av omkring 120 keV och en dos av 8E12 cmq, varvid de resulterande p-dopade områdena betecknas med 33 i fig. 3. Implanteringen utförs utan någon mask. Energin och dosen väljes så att det implanterade boret inte huvudsakligen påverkar dopningsnivån i de med arsenik dopade nf-subkollektorområdena 31 (antalet donatoratomer kommer huvudsakligen att vara oförändrat). I områdena mellan subkollektorområdena bildas emellertid måttligt dopade p- områden 33, vilka isolerar n-områdena 31 från varandra.Before the oxide is removed, a p-type ion implant is performed, consisting of boron with a typical energy of about 120 keV and a dose of 8E12 cmq, the resulting p-doped areas being designated 33 in Fig. 3. The implantation is performed without any mask. The energy and dose are selected so that the implanted boron does not substantially affect the level of doping in the arsenic-doped nf subcollector regions 31 (the number of donor atoms will be substantially unchanged). In the areas between the subcollector areas, however, moderately doped p-areas 33 are formed, which isolate the n-areas 31 from each other.
Det skall påpekas att det är möjligt att avvara den ovannämnda p-typsimplanteringen och ändå erhålla funktionella anordningar genom att öka den initiala dopningsnivån hos startmaterialet, från svagt p-typsdopat till måttligt p-typsdopat. Kollektor- till-substratkapacitansen från nf-subkollektorområdet ned till pïsubstratet kommer emellertid i sådant fall vara högre.It should be noted that it is possible to dispense with the above-mentioned p-type implantation and still obtain functional devices by increasing the initial doping level of the starting material, from weak p-type doped to moderate p-type doped. However, in this case, the collector-to-substrate capacitance from the nf sub-collector region down to the pizza substrate will be higher.
Det allmänna förfarandet för hur nf-subkollektorområdena och mellanliggande p-områden skapas visas också i US-patentet 5,374,845 utfärdat till Havemann. Detta patent hänvisar emellertid till antimondopade skikt och linjeringssteget skapas på ett konventionellt sätt genom att använda ett nitrid- oxiddubbelskikt. 4. Epi-deponering och n-brunnimnlanterinq Oxiden 21 avlägsnas, företrädesvis medelst våtkemi (fluorvätesyra, HF). De tidigare beskrivna stegen 32 vid kiselytan kommer att uppträda, och ett odopat (intrinsiskt) epitaxiellt kiselskikt 41, med en tjocklek av omkring 0,5 till l um, växes på ytan medelst vanliga tekniker, se fig. 4a.The general procedure for creating the nf sub-collector regions and intermediate p-regions is also shown in U.S. Patent 5,374,845 issued to Havemann. However, this patent refers to antimony doped layers and the alignment step is created in a conventional manner using a nitride oxide bilayer. 4. Epi-deposition and n-well lanternation Oxide 21 is removed, preferably by wet chemistry (hydrofluoric acid, HF). The previously described steps 32 at the silicon surface will occur, and an undoped (intrinsic) epitaxial silicon layer 41, with a thickness of about 0.5 to 1 μm, will be grown on the surface by conventional techniques, see Fig. 4a.
Skiktet 41 kan alternativt n-typsdopas under den epitaxiella tillväxten. En typisk dopningsnivå skulle vara omkring lE16 522 527 12 cma. I US-patentet 5,374,845 utfärdat till Havemann dopas det v n ø a u o nu motsvarande epitaxiella skiktet svagt (till en resistivitet högre än 10 Ohmcm), men betraktas fortfarande vara huvudsakligen intrinsikt. Ett homogent n-typsdopat epitaxiellt skikt kommer emellertid senare i processflödet komplicera bildandet av substratytekontakter, så kallade topp- bottenkontakter.Layer 41 may alternatively be n-type doped during epitaxial growth. A typical doping level would be around 1 cm. In U.S. Patent 5,374,845 issued to Havemann, the now corresponding epitaxial layer is doped weakly (to a resistivity higher than 10 Ohmcm), but is still considered to be substantially intrinsic. However, a homogeneous n-type doped epitaxial layer will later in the process flow complicate the formation of substrate surface contacts, so-called top-bottom contacts.
Under den epitaxiella tillväxten används höga temperaturer i 1100 °C-området. Acceptoratomer i de p-typsimplanterde områdena 33 kommer att diffundera in i substratet så att de begravda p- områdena kommer bildas under det epitaxiella kislet 41 i områden där inga nïsubkollektorer 31 är närvarande. Notera att det tidigare beskrivna steget återskapas vid ovanytan av det epitaxiella kiselskiktet.During epitaxial growth, high temperatures in the 1100 ° C range are used. Acceptor atoms in the p-type implanted regions 33 will diffuse into the substrate so that the buried p-regions will form below the epitaxial silicon 41 in regions where no nis sub-collectors 31 are present. Note that the previously described step is recreated at the top surface of the epitaxial silicon layer.
Det epitaxiella skiktet kommer, såsom beskrivs nedan, dopas inom valt område för att erhålla områden av n- och p-typ (n- brunnar och p-brunnar). I n-typsområdena, belägna direkt ovanför nïsubkollektorerna 31, bildas bipolära transistorer och kondensatorer. Substratkontakter från ytan ned till substratet bildas i p-typsområdena mellan n-typsområden.The epitaxial layer will, as described below, be doped within the selected range to obtain n- and p-type regions (n-wells and p-wells). In the n-type regions, located directly above the nis sub-collectors 31, bipolar transistors and capacitors are formed. Substrate contacts from the surface down to the substrate are formed in the p-type regions between n-type regions.
Bildandet av en hårdmask för ett grunt dike utförs härnäst.The formation of a hardworm for a shallow ditch is performed next.
Maskskiktet för det grunda diket bildas genom att oxidera kiselytan för att bilda ett skikt 42 av termisk kiseldioxid typiskt med en tjocklek av omkring 10 nm. Därefter deponeras ett approximativt 200 nm tjockt kislelnitridskikt 43 medelst kemisk ångdeponering (CVD). Andra kombinationer av tjocklekar och/eller maskmaterial är möjliga.The mesh layer for the shallow ditch is formed by oxidizing the silica surface to form a layer 42 of thermal silica typically having a thickness of about 10 nm. Thereafter, an approximately 200 nm thick silicon nitride layer 43 is deposited by chemical vapor deposition (CVD). Other combinations of thicknesses and / or mesh materials are possible.
En jonimplantering genom hårdmasken följer, vilken bildar de tidigare nämnda n-brunnarna i det epitaxiella skiktet. För denna n-typsimplantering används företrädesvis fosfor, typiskt vid en energi av 650 keV och med en dos av 9E1l cm”.An ion implantation through the hardworm follows, which forms the previously mentioned n-wells in the epitaxial layer. Phosphorus is preferably used for this n-type implantation, typically at an energy of 650 keV and with a dose of 9E1l cm ”.
Implanteringen utförs utan något litografiskt maskskikt. 522 527 13 - | u | en Beroende på de elektriska kraven och tjockleken hos n-brunnen kan energin och dosen väljas inom ett brett intervall.The implantation is performed without any lithographic mask layer. 522 527 13 - | u | Depending on the electrical requirements and the thickness of the n-well, the energy and dose can be selected within a wide range.
Jonimplanteringen kan alternativt innefatta ett flertal implanteringar vid olika energier och olika doser för att erhålla en mjukare profil eller en dopningsprofil som är kraftigt dopad bort från ytan, dvs. en så kallad retrograd profil. Hela ytområdet hos skivan består nu av n-brunnar. p- brunnar inom valda områden kommer bildas vid ett senare steg, se avsnitt 9 nedan. n-brunnsprofilen kan alternativt bildas genom in-situ-dopning av epi-skiktet med exempelvis fosfor eller arsenik.The ion implantation may alternatively comprise a plurality of implants at different energies and different doses to obtain a softer profile or a doping profile which is heavily doped away from the surface, i.e. a so-called retrograde profile. The entire surface area of the disc now consists of n-wells. p-wells within selected areas will be formed at a later stage, see section 9 below. The n-well profile can alternatively be formed by in-situ doping of the epi layer with, for example, phosphorus or arsenic.
Den resulterande strukturen visas i fig. 4a och dopningsprofilen för n-brunnen på den begravda kollektorstrukturen vid detta steg illustreras i SIMS- diagrammet i fig. 4b.The resulting structure is shown in Fig. 4a and the doping profile of the n-well on the buried collector structure at this stage is illustrated in the SIMS diagram in Fig. 4b.
I avsnitten 5-8 kommer anordningsisolering med grund och djup dikesisolering att beskrivas. Isoleringsschemat beskrivs också i den internationella publiceringen WO 0120664. 5. Bildande av qrunt dike och aktiva områden Bildande av ett grunt dike bektraktas nu. En fotoresist (icke illustrerad) anbringas på nitridskiktet 43 och exponeras användande en första mask, så kallad STI-mask, vilken lämnar öppningar där det grunda diket skall etsas. Etsningen, som företrädesvis är anisotropisk, utförs medelst reaktiv jonetsning (RIE) genom nitrid/oxidskikten och in i kiselsubstratet för att bilda avsmalnande (vertikala) grunda diken 51 såsom visas i fig. 5a. Det föredragna djupet för dikena är 0,2-0,7 um eller mera typiskt 0,3-0,5 um från den övre ytan av kiselskiktet 41.In sections 5-8, device insulation with shallow and deep ditch insulation will be described. The insulation scheme is also described in the international publication WO 0120664. 5. Formation of a shallow ditch and active areas The formation of a shallow ditch is now considered. A photoresist (not illustrated) is applied to the nitride layer 43 and exposed using a first mask, called a STI mask, which leaves openings where the shallow ditch is to be etched. The etching, which is preferably anisotropic, is performed by reactive ion etching (RIE) through the nitride / oxide layers and into the silicon substrate to form tapered (vertical) shallow trenches 51 as shown in Fig. 5a. The preferred depth for the ditches is 0.2-0.7 μm or more typically 0.3-0.5 μm from the upper surface of the silicon layer 41.
Efter etsningen av de grunda dikena avlägsnas fotoresisten. vara, ..¿,n .¿.. .... 5n2 E97 14 :;LwE::nÅ:WLHÜü Ä. d f... I 1 1 '.' ' .' J.. '.."..' J.. '..° Alternativt etsas oxid/nitriddubbelskiktet 42, 43, efter vilket resisten strippas. Sedan etsas STI-dikena i ett steg användande dubbelskiktet 42, 43 såsom en hårdmask.After etching the shallow ditches, the photoresist is removed. vara, ..¿, n .¿ .. .... 5n2 E97 14:; LwE :: nÅ: WLHÜü Ä. d f ... I 1 1 '.' '.' Alternatively, the oxide / nitride bilayer 42, 43 is etched, after which the resist is stripped. Then the STI grooves are etched in one step using the bilayer 42, 43 as a hard mask.
En alternativ föredragen utformning av de grunda dikena 51 kommer att beskrivas kort med hänvisning till fig. 5b.An alternative preferred design of the shallow ditches 51 will be briefly described with reference to Fig. 5b.
De grunda dikena 51 kan bildas så att de sträcker sig vertikalt från kiselytan, dvs. ytan av kiselskiktet 41 ovanpå substratet 10, och ned till det begravda kollektorområdet 31 och företrädesvis ytterligare ned till ett djup som är djupare än djupet för det begravda kollektorskiktet 31, varvid överlappsavståndet betecknas medelst z i fig. 5b.The shallow ditches 51 can be formed so that they extend vertically from the silicon surface, i.e. the surface of the silicon layer 41 on top of the substrate 10, and down to the buried collector area 31 and preferably further down to a depth deeper than the depth of the buried collector layer 31, the overlap distance being denoted by z in Fig. 5b.
Vidare kan det begravda kollektorområdet 31 och det grunda diket 51 bildas relativt varandra så att det begravda kollektorområdet 31 sträcker sig in i områden belägna under nämnda grunda dike, varvid sådana områden betecknas medelst x i fig. sb.Furthermore, the buried collector area 31 and the shallow ditch 51 can be formed relative to each other so that the buried collector area 31 extends into areas located below said shallow ditch, such areas being denoted by x in Fig. Sb.
En sådan konstruktion uppvisar ett antal fördelar. Problem med läckageströmmar mellan olika anordningsområden undvikes och således erhålls en förbättrad anordningsisolation.Such a construction has a number of advantages. Problems with leakage currents between different device areas are avoided and thus an improved device insulation is obtained.
Konstruktionen möjliggör en svagt dopad n-brunn (särskilt lämpad för bipolära transistorer) tack vare det djupare grunda diket. Låga värden på bas-kollektorkapacitansen Cm kan realiseras. En parasitisk p/n/p-anordning, som kan resultera från andra processer, bestående av extrinsiskt bas/n-brunn/p- brunn, undvikes eftersom de begravda kollektorområdena också sträcker sig under de grunda dikeshörnen (till ett avstånd X som illustreras i fig. 5b). I en p/n-övergångsisolerad process kan denna parasitiska anordning ha ett beta större än 10. En sänkning av en n-brunnsdopningen skulle öka beta såväl som risken för genombrott för strukturen om inte denna uppfinningsenliga grunda dikesstruktur användes. 522 527 15 Genom användning av sådan uppfinningsenlig STI-isolering kan djup dikesisolering, som beskrivs i den följande två avsnitten, avvaras och ändå erhålla en isolering fri från problem med så kallad latch-up. 6. Bildande av hårdmask för djupt dike och djup dikesetsninq Med hänvisning till fig. 6 beskrivs bildande av en hårdmask för ett djupt dike. Ett kiseldioxidskikt 61, typiskt med en tjocklek av 0,1-0,5 um deponeras, företrädesvis konformt, exempelvis medelst CVD, på strukturen (dvs. kvarvarande delar av nitridskiktet och i det grunda diket). Det är föredraget att oxidskiktet deponeras konformt eftersom marginaler för efterföljande maskning och etsning annars kommer att minska.The construction enables a weakly doped n-well (especially suitable for bipolar transistors) thanks to the deeper shallow ditch. Low values of the base-collector capacitance Cm can be realized. A parasitic p / n / p device, which may result from other processes, consisting of extrinsic base / n-well / p-well, is avoided because the buried collector areas also extend below the shallow ditch corners (to a distance X illustrated in Fig. 5b). In a p / n transition insulated process, this parasitic device may have a beta greater than 10. A lowering of the n-well doping would increase the beta as well as the risk of structure breakthrough if this shallow ditch structure according to the invention were not used. By using such STI insulation according to the invention, deep ditch insulation, as described in the following two sections, can be dispensed with and still obtain an insulation free from problems with so-called latch-up. 6. Formation of a deep ditch for deep ditch and deep ditch setting With reference to Fig. 6, the formation of a deep ditch for a deep ditch is described. A silica layer 61, typically with a thickness of 0.1-0.5 μm, is deposited, preferably conformally, for example by means of CVD, on the structure (ie remaining parts of the nitride layer and in the shallow ditch). It is preferred that the oxide layer be deposited conformally as margins for subsequent masking and etching will otherwise decrease.
Fotoresist anbringas och exponeras användande en andra mask, så kallad djup dikesmask (icke illustrerad). Öppningen/öppningarna hos dikesmasken kan placeras var som helst inuti de grunda dikesområdena. Bredden hos det djupa diket kan väljas genom att använda olika maskdimensioner. Det är vanligtvis föredraget att använda diken med fasta laterala dimensioner (tjocklekar), företrädesvis omkring 1 um eller mindre, eftersom problem annars uppträder då en olikformig ets användes och svårigheter att fylla och planarisera det djupa diket.Photoresist is applied and exposed using a second mask, so-called deep ditch mask (not illustrated). The opening (s) of the ditch mask can be placed anywhere within the shallow ditch areas. The width of the deep trench can be selected by using different mesh dimensions. It is usually preferred to use ditches with fixed lateral dimensions (thicknesses), preferably about 1 μm or less, as otherwise problems arise when a non-uniform etch is used and difficulties in filling and planarizing the deep ditch.
Oxidskiktet etsas medelst reaktiv jonetsning (RIE) för att definiera dikesöppningarna, vilka sträcker sig till bottenytan av det grunda diket. På nitridskiktet skyddas oxidskiktet av fotoresistmasken och denna oxid kommer senare att tjäna såsom en hårdmask för dessa områden under det följande etssteget.The oxide layer is etched by reactive ion etching (RIE) to define the ditch openings, which extend to the bottom surface of the shallow ditch. On the nitride layer, the oxide layer is protected by the photoresist mask, and this oxide will later serve as a hard mask for these areas during the subsequent etching step.
Oxidskiktet behålles vid delar 62 av det grunda dikesområdet där inga djupa diken skall bildas. Efter etsning avlägsnas fotoresisten.The oxide layer is retained at portions 62 of the shallow ditch area where no deep ditches are to be formed. After etching, the photoresist is removed.
I den internationella publikationen WO 0120664 nämnd ovan beskrivs hur det deponerade kiseldioxidskiktet skall väljas och I o . n n n o . a o ø u - | o nu 522 527 16 hur dikesmasken skall linjeras så att det djupa diket kommer att vara självlinjerat till kanten av det grunda diket.The international publication WO 0120664 mentioned above describes how the deposited silica layer is to be selected and I o. n n n o. a o ø u - | o now 522 527 16 how the ditch mask is to be aligned so that the deep ditch will be self-aligned to the edge of the shallow ditch.
Sedan bildas de djupa dikena 63 medelst etsning, användande oxiden 61 som hårdmask. Om en oxid-spacer skapas definierar denna avståndet från det djupa diket till det aktiva området.Then the deep ditches 63 are formed by etching, using the oxide 61 as a hard mask. If an oxide spacer is created, this defines the distance from the deep ditch to the active area.
Djupet hos de djupa dikena är åtminstone några få mikroner och mera företrädesvis åtminstone fem mikroner. Den resulterande strukturen visas i fig. 6. Dikesprofilen kan göras rak och/eller avsmalnande, med bottenrundningar.The depth of the deep ditches is at least a few microns and more preferably at least five microns. The resulting structure is shown in Fig. 6. The ditch profile can be made straight and / or tapered, with bottom roundings.
Oxidhårdmasken för mönstring av de djupa dikena avlägsnas efterföljningsvis i exempelvis HF. 7. Fyllning och planarisering av djupt dike Efterföljande fyllning och planarisering av dikesområdena 51, 63 kan uppnås på ett flertal sätt kända inom teknikområdet.The oxide hard mask for patterning the deep ditches is subsequently removed in, for example, HF. 7. Filling and planarization of deep ditch Subsequent filling and planarization of the ditch areas 51, 63 can be achieved in a number of ways known in the art.
Såsom ett illustrativt exempel fortsättes processningen medelst utförande av en mellanskiktsoxidering (eng. liner oxidation), vars syfte är att skapa hörnavrundningar vid den skarpa kanten hos dikena, för att minska spänningar och oönskade elektriska effekter. Detta uppnås genom att växa en tunn (20-30 nm) termisk oxid 71 vid hög temperatur (>l0O0 °C), se fig. 7. Diket fylls på ett konventionellt sätt med ett 200 nm tjockt skikt av TEOS och med 1500 nm polykisel 72. Polykislet etsas sedan tillbaka för att avlägsna allt polykisel från de grunda dikesområdena.As an illustrative example, the processing is continued by performing an interlayer oxidation (liner oxidation), the purpose of which is to create corner roundings at the sharp edge of the ditches, in order to reduce voltages and undesired electrical effects. This is achieved by growing a thin (20-30 nm) thermal oxide 71 at high temperature (> 10 0 ° C), see Fig. 7. The ditch is filled in a conventional manner with a 200 nm thick layer of TEOS and with 1500 nm polysilicon 72. The polysilicon is then etched back to remove all polysilicon from the shallow ditch areas.
Alternativt planariseras polykislet medelst kemisk-mekanisk polering före det att polykislet etsas tillbaka i de grunda dikesområdena. Härigenom minskas håligheten hos polykiselfyllningen i det djupa diket och följaktligen kan en tunnare oxid deponeras i det efterföljande steget för att fylla det grunda diket.Alternatively, the polysilicon is planarized by chemical-mechanical polishing before the polysilicon is etched back into the shallow ditch areas. This reduces the cavity of the polysilicon filling in the deep trench and consequently a thinner oxide can be deposited in the subsequent step to fill the shallow trench.
Den resulterande strukturen visas i fig. 7. n ø u o u c | u u o ø a n ø n | o u» 522 527 17 v o I Q u a u o o n I a | v n. 8. Fvllninq och Dlanariserinq av grunt dike; dubbelskiktsstrippninq Närmast fylles det kvarvarande grunda diket med exempelvis CVD- oxid eller en HDP-oxid (HDP, high density plasma) 81 och planariseras, antingen medelst torretsningsförfaranden eller medelst kemisk-mekanisk polering, se fig. 8.The resulting structure is shown in Fig. 7. n ø u o u c | u u o ø a n ø n | o u »522 527 17 v o I Q u a u o o n I a | v n. 8. Filling and dlanarization of shallow ditch; double layer stripping Next, the remaining shallow ditch is filled with, for example, CVD oxide or an HDP oxide (HDP, high density plasma) 81 and planarized, either by dry etching methods or by chemical-mechanical polishing, see Fig. 8.
Såsom slutsteg för denna delprocess avlägsnas nitriden 43 och oxiden 42 (som bl.a. ses i fig. 7) på anordningsområdena, företrädesvis medelst våtmetoder. Den kvarvarande strukturen består nu av oxid 81 på isolationsområden och blottlagt kisel 41 på anordningsområden. 9. Bildande av p-brunnar Inom valda områden (icke illustrerat i figurerna) kommer närmast p-brunnar bildas. I en BiCMOS-process används p- brunnarna huvudsakligen för NMOS-transistorer och p- typssubstratkontakter. I en ren bipolär process används p- brunnsområdena huvudsakligen för substratkontakter. Längre fram i processflödet kan en kraftigt pf-dopad kontakt vid ytan bildas. P-brunnsområdena konstrueras så att det inte kommer att finnas några n*-subkollektorområden under p-brunnsområdena och således kan p-brunnsområdena direkt kontaktera p- typssubstratet.As a final step for this sub-process, the nitride 43 and the oxide 42 (which can be seen, inter alia, in Fig. 7) are removed from the device areas, preferably by wet methods. The remaining structure now consists of oxide 81 on insulation areas and exposed silicon 41 on device areas. 9. Formation of p-wells Within selected areas (not illustrated in the figures), the nearest p-wells will be formed. In a BiCMOS process, the p-wells are mainly used for NMOS transistors and p-type substrate connectors. In a pure bipolar process, the p-well areas are mainly used for substrate contacts. Later in the process flow, a strongly pf-doped contact at the surface can be formed. The p-well areas are designed so that there will be no n * sub-collector areas under the p-well areas and thus the p-well areas can directly contact the p-type substrate.
P-brunnarna bildas genom att först växa en skyddande oxid 91, se fig. 9. Oxiden 91 kommer senare i processflödet också tjäna såsom "pad"-oxid mellan kiselsubstratet och deponerad kiselnitrid. Tjockleken hos oxiden 91 är typiskt 10 nm.The P-wells are formed by first growing a protective oxide 91, see Fig. 9. The oxide 91 will later in the process flow also serve as a "pad" oxide between the silicon substrate and deposited silicon nitride. The thickness of the oxide 91 is typically 10 nm.
En fotomask (icke illustrerad), kallad p-brunnsmask, deponeras sedan och mönstras. Bor jonimplanteras i kislet. Energin och doserna väljes så att jonerna penetrerar genom oxiden in i kislet, men inte genom fotomasken. En dubbelimplantering kan användas för att erhålla en jämnare dopningsprofil eller 522 527 18 dopningsprofil av retrograd-typ. I ett särskilt exempel användes en dubbelimplantering av bor vid en energi av 100 kev och en dos av 8El2 cmd, tillsammans med en annan implantering vid en energi av 200 keV och en dos av 1El3 cm” för att erhålla en p-brunnsdopning av omkring 1El6 cm* inom de valda områdena.A photomask (not illustrated), called p-well mask, is then deposited and patterned. Boron ion implanted in silicon. The energy and doses are chosen so that the ions penetrate through the oxide into the silicon, but not through the photomask. A double implant can be used to obtain a smoother doping profile or retrograde type doping profile. In a particular example, a double implantation of boron at an energy of 100 kev and a dose of 8El2 cmd was used, together with another implantation at an energy of 200 keV and a dose of 1El3 cm cm * within the selected areas.
Efter implantering avlägsnas fotomasken medelst konventionella våt- eller torrförfaranden.After implantation, the photomask is removed by conventional wet or dry procedures.
I avsnitten 10-12 kommer ytterligare steg för att skapa en PMOS-anordning i processflödet beskrivas. Anledningen till att lägga till PMOS-anordningen i IC-processflödet har diskuterats tidigare i texten. De ytterligare stegen, såsom de beskrivs häri, kan fullständigt utelämnas utan att påverka några andra anordningar på skivan.In sections 10-12, further steps for creating a PMOS device in the process flow will be described. The reason for adding the PMOS device to the IC process flow has been discussed earlier in the text. The additional steps, as described herein, can be completely omitted without affecting any other devices on the disc.
Aspekter på integreringen av en enkel PMOS-transistor med nf- styre och en litografisk längd för styret på omkring 0,8 um kommer nu att beskrivas, se exempelvis sidorna 392-397 i S.Aspects of the integration of a simple PMOS transistor with nf gate and a lithographic length of the gate of about 0.8 μm will now be described, see for example pages 392-397 in S.
Wolf, "Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 2 - Process Integration", Lattice Press, Sunset Beach, 1990. I konventionella CMOS/BiCMOS-processer med 0,5-2 um-längder för styret är det vanligaste valet materialet kraftigt n-dopat polykisel. I en dubbelpolykiselbaserad bipolär process är både kraftigt dopad nå- respektive p*-polykisel tillgängligt. En nf- styrebaserad PMOS-transistor valdes på grund av processintegreringsskäl. Arbetsfunktionen för rf-polykislet i styret är idealt lämpat för n-anordningen och för p-anordningen kommer en anordning med begravd kanal bildas. För att justera tröskelspänningen till det önskade intervallet -0,5 till -1 V, används en implantering av p-typ (bor). Detta överkompenserar n-ytan så att ett p-område utarmat på hål bildas. Den exakta bordosen beror på flera parametrar, t.ex. oxidtjocklek hos styret och brunndopning. 522 527 19 10. Tilläqq av PMOS-anordning: tröskelspänninqjusterinq I detta steg består skivytan av fältoxidområden med tjock oxid 81 (STI) och anordningsområden med tunn oxid 91 (10 nm p- brunnsoxiden) såsom illustreras i fig. 9.Wolf, "Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 2 - Process Integration", Lattice Press, Sunset Beach, 1990. In conventional CMOS / BiCMOS processes with 0.5-2 μm lengths for the handlebars, the most common choice is the material strongly n -doped polysilicon. In a double polysilicon-based bipolar process, both heavily doped reach and p * polysilicon are available. An nf control-based PMOS transistor was chosen for process integration reasons. The working function of the rf polysilicon in the handlebar is ideally suited for the n-device and for the p-device a device with a buried channel will be formed. To adjust the threshold voltage to the desired range -0.5 to -1 V, a p-type implant (boron) is used. This overcompensates for the n-surface so that a p-area depleted in holes is formed. The exact bordose depends on several parameters, e.g. oxide thickness of the handlebars and well doping. 522 527 19 10. Addition of PMOS device: threshold voltage adjustment In this step, the disk surface consists of thick oxide field oxide regions 81 (STI) and thin oxide device regions 91 (10 nm p-well oxide) as illustrated in Fig. 9.
En fotomask 101 anbringas nu, se fig. 10, vilken är öppen i områdena, som skall tjäna såsom anordningsområden för PMOS- anordningen. Skivan implanteras sedan med dopämne av p-typ, bor. Energin väljes så att dopämnet penetrerar områdena som ej är täckta av fotomasken, men vilka täcks av tunn oxid. Typiskt användes en energi av 20-50 kev. Dosen väljes för att justera tröskelspänningen (VTP) så att den kommer att vara i intervallet -0,5 till -1 V. En typisk dos av lEl2-lEl3 cm* användes. Den exakta dosen, eller kombination av doser och element, beror på oxidtjockleken och bakgrundsdopningen hos substratet under PMOS-styret, vilken i detta processflöde sättes av implanteringarna beskrivna i avsnitten 4 och 17, dvs. n-brunnsimplanteringen och implanteringen av den andra kollektorn.A photomask 101 is now applied, see Fig. 10, which is open in the areas which are to serve as device areas for the PMOS device. The disc is then implanted with p-type dopant, boron. The energy is selected so that the dopant penetrates the areas that are not covered by the photomask, but which are covered by thin oxide. Typically, an energy of 20-50 kev was used. The dose is selected to adjust the threshold voltage (VTP) so that it will be in the range -0.5 to -1 V. A typical dose of IEl2-IEl3 cm * was used. The exact dose, or combination of doses and elements, depends on the oxide thickness and background doping of the substrate under the PMOS guide, which in this process flow is set by the implants described in sections 4 and 17, i.e. the n-well implantation and the implantation of the second collector.
Efterföljningsvis avlägsnas fotomasken 101. 11. Tillägg av en PMOS-anordning: bildande av oxid och första material för styret P-brunnsoxiden (också känd såsom Kooi-oxid 91 i fig. 9-10) avlägsnas medelst våtetsning i HF och ersätts av en oxid lll för PMOS-transistorn användande termisk oxidation, se fig. ll.Subsequently, the photomask 101. 11 is added. Addition of a PMOS device: formation of oxide and first material of the styrene P-well oxide (also known as Kooi oxide 91 in Figs. 9-10) is removed by wet etching in HF and replaced by an oxide lll for the PMOS transistor using thermal oxidation, see Fig. ll.
Denna oxidförnyelse beror på höga MOS-krav eftersom kvaliteten hos p-brunnsoxiden normalt icke är tillräcklig då den har vidstått flera jonimplanteringar.This oxide renewal is due to high MOS requirements because the quality of the β-well oxide is normally not sufficient as it has withstood several ion implants.
Typiskt väljes en tjocklek av 15 nm eller mindre på oxidtjockleken för styret. I detta särskilda exempel, som skall stödja funktion vid 5 V, används en tjocklek av 12 nm. 522 527 20 v u ø | o I n n Q » u » . o u Detta följs direkt av att ett första odopat kiselskikt 112 deponeras, genom att använda LPCVD, på oxiden 111.Typically, a thickness of 15 nm or less is selected on the oxide thickness of the handlebar. In this particular example, which is to support operation at 5 V, a thickness of 12 nm is used. 522 527 20 v u ø | o I n n Q »u». o u This is followed directly by the deposition of a first undoped silicon layer 112, using LPCVD, on the oxide 111.
Deponeringsparametrarna väljes så att ett icke-kristallint skikt bildas (alfakisel). Detta erhålls då deponeringstemperaturen är under omkring 550 °C. Tjockleken hos detta skikt är ganska tunn, typiskt i 100 nm-området, företrädesvis 70 nm. Polykisel, vilket bildas vid en deponeringstemperatur av omkring 625 °C, kan alternativt användas för att skydda oxiden för styret. Genom att använda ett polykiselmaterial kan ett våtetsmedel penetrera korngränserna, men om ett nästan homogent alfakiselmaterial används istället minskas denna effekt kraftigt.The deposition parameters are selected to form a non-crystalline layer (alpha silicon). This is obtained when the deposition temperature is below about 550 ° C. The thickness of this layer is quite thin, typically in the 100 nm range, preferably 70 nm. Polysilicon, which is formed at a deposition temperature of about 625 ° C, can alternatively be used to protect the oxide from the styrene. By using a polysilicon material, a wetting agent can penetrate the grain boundaries, but if an almost homogeneous alpha silicon material is used instead, this effect is greatly reduced.
Den resulterande strukturen visas i fig. 11.The resulting structure is shown in Fig. 11.
Om processintegreringen så kräver kan ett tunt oxidskikt (icke illustrerat) bildas ovanpå polykislet i detta steg. Den tunna oxiden kan bestå av termiskt växt oxid, deponerad oxid, eller tjock naturlig oxid. 12. Tilläqq av PMOS-anordning: MOSBLK-etsninq Det deponerade kiselskiktet 112 som krävs för att bilda PMOS- styret måste nu avlägsnas från andra områden av skivan.If the process integration so requires, a thin oxide layer (not illustrated) can be formed on top of the polysilicon in this step. The thin oxide may consist of thermally grown oxide, deposited oxide, or thick natural oxide. 12. PMOS Device Addition: MOSBLK Etching The deposited silicon layer 112 required to form the PMOS guide must now be removed from other areas of the disk.
En fotomask 121, som täcker PMOS-anordningsområdena (MOSBLK- mask, en omvänd maskversion jämfört med PMOS/VTP-masken 101) anbringas på skivan, se fig. 12. Användande masken 121 avlägsnas kisel medelst torretsning, med fältoxiden/oxiden 81/111 såsom etsstopp. Den resulterande strukturen visas i fig. 12.A photomask 121 covering the PMOS device areas (MOSBLK mask, a reverse mask version compared to the PMOS / VTP mask 101) is applied to the disk, see Fig. 12. Using the mask 121, silicon is removed by dry etching, with the field oxide / oxide 81/111 such as etching stops. The resulting structure is shown in Fig. 12.
Fotomasken avlägsnas sedan genom användning av konventionella metoder. 522 527 21 13. Kollektorkontakt För bildande av aktiva områden (t.ex. en transistor) behövs en lågresistansväg från ytan av skivan till subkollektorn (exempelvis en kollektorplugg). Vidare kanske annat slag av lågresistansvägar också behövs. Sådana vägar definieras litografiskt, genom deponering och mönstring av fotoresist för att erhålla en DNCAP-mask 131, så att öppna områden 132, 133, 134, 135 skapas där vägarna såsom kollektorpluggar skall bildas, se fig. 13. I det illustrerade kretsexemplet är det öppna området 134 beläget där en plugg tillsammans med en subkollektor kommer att bilda en elektrod i en kondensator med parallella plattor. Följaktligen definierar fotomasken också kondensatorområdet 135.The photomask is then removed using conventional methods. 522 527 21 13. Collector contact For the formation of active areas (eg a transistor) a low-resistance path is required from the surface of the disc to the sub-collector (eg a collector plug). Furthermore, other types of low-resistance paths may also be needed. Such paths are defined lithographically, by depositing and patterning photoresist to obtain a DNCAP mask 131, so that open areas 132, 133, 134, 135 are created where the paths are to be formed as collector plugs, see Fig. 13. In the illustrated circuit example it is open the area 134 located where a plug together with a subcollector will form an electrode in a capacitor with parallel plates. Accordingly, the photomask also defines the capacitor region 135.
Efter det att fotoresistskiktet har mönstrats utförs dopning i de öppna områdena. Detta utförs företrädesvis genom jonimplantering, exempelvis fosfor vid en energi av 50 keV och en dos av 5E15 cmq, men andra dopämnen, såsom arsenik, kan alternativt användas, antingen ensamma eller i kombination med fosfor. Särskild hänsyn måste tagas då dikesisolering utnyttjas. Detaljer avseende val av energi och doser diskuteras i den internationella patentansökningen publicerad såsom WO 9853489 (uppfinnare: H. Norström, A. Lindgren, T. Larsson och S.-H. Hong).After the photoresist layer has been patterned, doping is performed in the open areas. This is preferably carried out by ion implantation, for example phosphorus at an energy of 50 keV and a dose of 5E15 cm 2, but other dopants, such as arsenic, can alternatively be used, either alone or in combination with phosphorus. Special care must be taken when ditch insulation is used. Details regarding the choice of energy and doses are discussed in the international patent application published as WO 9853489 (inventors: H. Norström, A. Lindgren, T. Larsson and S.-H. Hong).
Efter implanteringen då fotomasken 131 fortfarande är närvarande på skivan avlägsnas det tunna skyddande kiseldioxidskiktet lll i de öppna områdena, företrädesvis genom användning av torretsning. Notera att oxidskiktet 111 fortfarande är närvarande i andra områden som fortfarande är täckta av fotoresist, exempelvis delar av anordningsområdena där basområdet för den bipolära NPN-transistorn senare skall skapas (mellan områdena betecknade 132 och 133).After the implantation when the photomask 131 is still present on the disc, the thin protective silica layer III is removed in the open areas, preferably by using dry etching. Note that the oxide layer 111 is still present in other regions still covered by photoresist, for example, parts of the device regions where the base region of the bipolar NPN transistor will later be created (between the regions designated 132 and 133).
Den resulterande strukturen visas i fig. 13. 5 2 2 5 2 7 22 Éïï* ÉÃÉÉ ~ šf? ~ Lzf ïji? Fotoresisten avlägsnas sedan medelst konventionella förfaranden, efter vilket kiselskivan ges en tvåstegs värmebehandling, typiskt vid 600 °C under 30 minuter, följt av behandling vid 900 °C under 30 minuter i en icke-oxiderande atmosfär, exempelvis innehållande N, eller Ar. Då ett tunt epi användes, såsom i föreliggande processflöde, kan värmebehandlingen utelämnas utan ökning av kollektorresistansen. 14. Bildande av nitridkondensator samt emitter/basöpbninqar Efter värmebehandlingen deponeras ett tunt kiselnitridskikt, betecknad med 141 i fig. 14, företrädesvis användande LPCVD- teknik och typiskt till en tjocklek av i storleksordningen 20 nm. Syftet med detta skikt är trefaldigt: (i) Delen av nitridskiktet i direkt kontakt med kiselskivan i kondensatorområdet kommer tjänstgöra såsom dielektrikum i kondensatorn som skall bildas. Eftersom kiselnitriden har en dielektricitetskonstant (g), som är approximativt två gånger högre än dielektricitetskonstanten för kiseldioxid erhålles en högre kapacitans per ytenhet då nitrid används istället för oxid. (ii) Delen av nitridskiktet som deponeras på oxiden i det aktiva området, där basanslutningen skall göras, ger en ytterligare tjocklek till detta isolerande dielektriska skikt, vilket resulterar i lägre parasitisk kapacitans för bas- kollektorövergången. (iii) En del av nitridskiktet kapslar in det första materialet 112 för styret hos PMOS-transistorn under efterföljande processning.The resulting structure is shown in Fig. 13. 5 2 2 5 2 7 22 Éïï * ÉÃÉÉ ~ šf? ~ Lzf ïji? The photoresist is then removed by conventional methods, after which the silicon wafer is given a two-step heat treatment, typically at 600 ° C for 30 minutes, followed by treatment at 900 ° C for 30 minutes in a non-oxidizing atmosphere, for example containing N, or Ar. When a thin epi is used, as in the present process flow, the heat treatment can be omitted without increasing the collector resistance. 14. Formation of nitride capacitor and emitter / base openings After the heat treatment, a thin silicon nitride layer, designated 141 in Fig. 14, is deposited, preferably using LPCVD technology and typically to a thickness of the order of 20 nm. The purpose of this layer is threefold: (i) The part of the nitride layer in direct contact with the silicon wafer in the capacitor region will serve as the dielectric in the capacitor to be formed. Since the silicon nitride has a dielectric constant (g) which is approximately twice as high as the dielectric constant of silica, a higher capacitance per unit area is obtained when nitride is used instead of oxide. (ii) The part of the nitride layer deposited on the oxide in the active region, where the base connection is to be made, gives an additional thickness to this insulating dielectric layer, resulting in lower parasitic capacitance for the base collector junction. (iii) A portion of the nitride layer encapsulates the first material 112 for the gate of the PMOS transistor during subsequent processing.
Nitriden tjänar syftet såsom en oxidationsresistent mask. I frånvaro av en skyddande nitridfilm skulle den kraftigt dopade kollektorpluggen oxidera kraftigt, vilket slutligen skulle 1 r¿,¿: ¿.u¿¿ ¿¿¿¿ ¿ï¿} 502 F27 23 :..':.': ::: :.",. . f, :_ J ; : : .. orsaka generering av defekter. Det är därför nödvändigt att nitridskiktet kvarstår på kollektorpluggområdet. Vidare skyddar också nitriden det första polykiselskiktet i MOS-styrestacken från oönskad oxidering.The nitride serves its purpose as an oxidation-resistant mask. In the absence of a protective nitride film, the heavily doped collector plug would oxidize strongly, which would eventually 1 r¿, ¿: ¿.u¿¿ ¿¿¿¿¿ï¿} 502 F27 23: .. '' cause defect generation. It is therefore necessary that the nitride layer remains in the collector plug area. Furthermore, the nitride also protects the first polysilicon layer in the MOS control stack from unwanted oxidation.
Före deponering av kiselnitridskiktet kan skivan tvättas kort i utspädd HF för att avlägsna varje kiseldioxid som möjligen har bildats på de kraftigt nf-dopade områdena.Before depositing the silicon nitride layer, the disk can be washed briefly in dilute HF to remove any silicon dioxide that may have formed on the heavily nf-doped areas.
Ett annat koncept för att realisera en reducerad emitter- baskapacitans för en enkelpoly-, bipolär transistor i ett BiCMOS-flöde beskrivs i de följande patenten: US 5,17l,702 utfärdat till S.H. Prengle och R.H. Eklund och den tidigare nämnda US 5,374,845 utfärdat till R.H. Havemann.Another concept for realizing a reduced emitter base capacitance of a single poly, bipolar transistor in a BiCMOS flux is described in the following patents: US 5,171, 702 issued to S.H. Prengle and R.H. Eklund and the aforementioned U.S. 5,374,845 issued to R.H. Havemann.
Efter deponering av nitridskiktet 141 mönstras skivan litografiskt genom deponering av ett fotoresistskikt 142, varefter resisten öppnas för NPN-transistorn som skall bildas, via en så kallad E/B-mask såväl som för varje substratkontakt i p-typsområden (icke illustrerat). Öppningen 143 för NPN- transistorn placeras i ett område där ingen fältoxid 81 förefinns under nitriden 141, och med lämpligt avstånd från fältoxidkanten. öppningar för substratkontakter placeras i p- brunnsområden, på begravda p-typsområden (icke illustrerade).After depositing the nitride layer 141, the disk is lithographically patterned by depositing a photoresist layer 142, after which the resistor is opened for the NPN transistor to be formed, via a so-called E / B mask as well as for each substrate contact in p-type regions (not illustrated). The opening 143 of the NPN transistor is placed in an area where no field oxide 81 is present below the nitride 141, and at a suitable distance from the field oxide edge. openings for substrate contacts are placed in p-well areas, on buried p-type areas (not illustrated).
Nitridskiktet 141 och oxidskiktet lll avlägsnas i öppningarna medelst konventionell etsning, företrädesvis genom torrförfaranden, och företrädesvis i en procedur där nitriden och oxiden etsas sekventiellt. Etsningen är slutförd då ytan hos kiselskiktet 41 exponeras. För NPN-transistorn reducerar den beskrivna metoden basytan till ytan satt av mönstret, istället för den större ytan definierad av fältoxidöppningarna.The nitride layer 141 and the oxide layer III are removed in the openings by conventional etching, preferably by dry methods, and preferably in a procedure in which the nitride and oxide are etched sequentially. The etching is complete when the surface of the silicon layer 41 is exposed. For the NPN transistor, the described method reduces the base area to the area set by the pattern, instead of the larger area defined by the field oxide openings.
På detta sätt kan basen hos NPN-transistorn separeras från kanterna hos fältoxidområdena, där en högre spänning möjligen existerar. En sådan metod för att skapa en väldefinierad mindre öppning reducerar kollektor-baskapacitansen. 5:22 5:27 24 Den resulterande strukturen visas i fig. 14.In this way, the base of the NPN transistor can be separated from the edges of the field oxide regions, where a higher voltage possibly exists. Such a method of creating a well-defined smaller opening reduces the collector-base capacitance. 5:22 5:27 24 The resulting structure is shown in Fig. 14.
Efter etsningen av nitriden 141 och oxiden lll ned till kiselskiktet 41 avlägsnas fotomasken 142 medelst konventionella metoder. 15. Bildande av extrinsiskt basskikt Ett tunt kiselskikt 151, i området av 200 nm, deponeras härnäst på strukturen användande CVD-teknik, se fig. 15.After the etching of the nitride 141 and the oxide III down to the silicon layer 41, the photomask 142 is removed by conventional methods. 15. Formation of extrinsic base layer A thin silicon layer 151, in the range of 200 nm, is next deposited on the structure using CVD technology, see Fig. 15.
Deponeringsvilkoren väljes så att skiktet 151 kommer att vara amorft, men mikrokristallint eller polykristallint kisel kan alternativt användas. Syftet med skiktet är att tjäna såsom extrinsisk baskontakt för NPN-transistorn och övre elektrod för nitridkondensatorn.The deposition conditions are chosen so that the layer 151 will be amorphous, but microcrystalline or polycrystalline silicon can alternatively be used. The purpose of the layer is to serve as extrinsic base contact for the NPN transistor and upper electrode for the nitride capacitor.
Efter denna deponering utförs en jonimplantering. Syftet är att kraftigt dopa det amorfa kiselskiktet till p-typ. Det valda ämnet för jonimplanteringen är företrädesvis BF: vid en energi av omkring 50 keV och en dos omkring 2E15 cmq. Alternativt implanteras bor vid en lägre energi. Energin väljes så att de implanterade boratomerna icke kommer nå genom det deponerade kiselskiktet 151. Om ett icke-kristallint kiselskikt används förbättras styrningen av den implanterade dopningsprofilen.After this deposition, an ion implantation is performed. The purpose is to strongly dop the amorphous silicon layer to p-type. The selected substance for the ion implantation is preferably BF: at an energy of about 50 keV and a dose of about 2E15 cm 2. Alternatively, implanted boron at a lower energy. The energy is selected so that the implanted boron atoms will not reach through the deposited silicon layer 151. If a non-crystalline silicon layer is used, the control of the implanted doping profile is improved.
Ovanpå kiselskiktet 151 deponeras ett kiseldioxidskikt 152 till en typisk tjocklek av 150 nm användande PECVD-teknik. Andra typer av lågtemperaturoxid, exempelvis LTO, kan alternativt användas. Syftet med att använda PECVD-teknik är att hålla temperaturen så låg att det amorfa kislet ej kommer att återkristallisera under oxiddeponeringen. Fördelarna med att ha ett amorft kiselskikt implanterat med BF2 under ett skikt kiseldioxid deponerat medelst PECVD vid bildande av extrinsiska baskontakter för NPN-transistorn beskrivs vidare i US-patentet 6,077,752 utfärdat till H. Norström.On top of the silicon layer 151, a silica layer 152 is deposited to a typical thickness of 150 nm using PECVD technology. Other types of low temperature oxide, such as LTO, may alternatively be used. The purpose of using PECVD technology is to keep the temperature so low that the amorphous silicon will not recrystallize during the oxide deposition. The advantages of having an amorphous silica layer implanted with BF2 under a layer of silica deposited by PECVD in forming extrinsic base contacts for the NPN transistor are further described in U.S. Patent 6,077,752 issued to H. Norström.
Den resulterande strukturen visas i fig. 15. 522 527 25 16. Mönstrinq av emitteröpbninq Närmast anbringas en fotomask 161, kallad RFEMIT-mask på strukturen, se fig. 16. Resisten skyddar den övre elektroden hos nitridkondensatorn, p-typssubstratkontakterna och områdena, vilka kommer att bilda de extrinsiska basomrâdena för NPN- transistorn. Med användning av fotoresisten såsom en mask avlägsnas nu kiseldioxiden 152 och det amorfa kislet 151 deponerade i det tidigare steget, medelst torretsning.The resulting structure is shown in Fig. 15. 522 527 25 Pattern of emitter opening Next, a photomask 161, called an RFEMIT mask, is applied to the structure, see Fig. 16. The resistor protects the upper electrode of the nitride capacitor, the p-type substrate contacts and the areas which will form the extrinsic base regions of the NPN transistor. Using the photoresist as a mask, the silica 152 and the amorphous silicon 151 deposited in the previous step are now removed by dry etching.
Etsningen avslutas då kiselnitridskiktet 141 är fullständigt blottlagt på öppna fältområden, där det skyddar kollektorområdena och MOS-anordningar.The etching is completed when the silicon nitride layer 141 is completely exposed in open field areas, where it protects the collector areas and MOS devices.
Etsningen utförs företrädesvis i ett multikammarsystem (clustersystem). I detta fall utförs en överets som avlägsnar 20 nm av kislet inom området 162 med blottlagt kisel, dvs. det senare definierade intrinsiska basområdet för NPN-transistorn.The etching is preferably performed in a multi-chamber system (cluster system). In this case, a supernatant is removed which removes 20 nm of the silicon within the area 162 with exposed silicon, i.e. the latter defined intrinsic base region of the NPN transistor.
Ovanpå PMOS-transistorn är på motsvarande sätt kiselnitriden 141 närvarande och etsningen kommer att stanna på denna nitrid och lämna nitriden närmast intakt.Correspondingly, on top of the PMOS transistor, the silicon nitride 141 is present and the etching will remain on this nitride, leaving the nitride almost intact.
Den resulterande strukturen visas i fig. 16. 17. Selektivt imnlanterad kollektor Nästa steg är en ytterligare dopning av vad som skall bli kollektorn för NPN-transistorn, en så kallad sekundärt implanterad kollektor (SIC, secondary implanted collector), indikerad med 171 i fig. 16 och 17. Syftet är att minimera basbreddningen och därigenom förbättra högfrekvensegenskaperna hos transistorn. I detta särskilda fall utförs den såsom en dubbel fosforimplantering. Vid det första steget implanteras fosfor vid en energi av 200 kev och en dos av 5E12 cm” och vid det andra steget implanteras fosfor vid en energi av 420 keV och en dos av 4El2 cm”. Ordningen för dessa steg kan kastas om och den exakta energin och dosen kanske måste justeras för att III III I 0 II. .III .ÛP. .ÖÜ- .'.. ..'. 502 507 26 Mnw::::JLW.:& i: Å.- 2 : 6 n' ' -. J., 'n' in' 1:e! v' passa aktuella processparametrar, såsom epi-tjocklek, temperaturindrivning etc. under processen.The resulting structure is shown in Fig. 16. 17. Selectively implanted collector The next step is a further doping of what is to become the collector for the NPN transistor, a so-called secondary implanted collector (SIC, indicated by 171 in fig. 16 and 17. The purpose is to minimize the base width and thereby improve the high frequency characteristics of the transistor. In this particular case, it is performed as a double phosphorus implant. In the first stage, phosphorus is implanted at an energy of 200 kev and a dose of 5E12 cm "and in the second stage, phosphorus is implanted at an energy of 420 keV and a dose of 4E12 cm". The order of these steps may be reversed and the exact energy and dose may need to be adjusted to III III I 0 II. .III .UP. .ÖÜ-. '.. ..'. 502 507 26 Mnw :::: JLW.:& i: Å.- 2: 6 n '' -. J., 'n' in '1st! v 'fit current process parameters, such as epi-thickness, temperature collection, etc. during the process.
Notera att eftersom fotoresisten 161 från steg 16 skyddar del av NPN-transistorn så att implanteringen endast utförs i emitter-basöppningen erhålls såsom en konsekvens därav ingen ökad kollektordopning under den extrinsiska baskontakten 151.Note that since the photoresist 161 from step 16 protects part of the NPN transistor so that the implantation is performed only in the emitter base opening, as a consequence no increased collector doping is obtained during the extrinsic base contact 151.
Härigenom bibehålles en låg kollektor-baskapacitans hos NPN- transistorn.This maintains a low collector-base capacitance of the NPN transistor.
PMOS-transistorn täcks inte av någon fotomask under implanteringen och penetreras fullständigt av det implanterade ämnet, vilket sätter bakgrundsdopningen för n-brunnen för PMOS- transistorn. Implanteringsparametrarna kommer därför att påverka tröskelspänningen hos transistorn, men detta kan kompenseras för genom att ändra dosen för tröskelspänningsimplanteringen.The PMOS transistor is not covered by a photomask during implantation and is completely penetrated by the implanted substance, which sets the background doping for the n-well of the PMOS transistor. The implantation parameters will therefore affect the threshold voltage of the transistor, but this can be compensated for by changing the dose for the threshold voltage implantation.
Efter implanteringen avlägsnas resisten genom användning av konventionella metoder, och en tunn kiseldioxid 172, i intervallet av 10-20 nm, växes termiskt på skivytan där bart kisel är exponerat, det vill säga i den intrinsiska basöppningen 162 (fig. 17). Växningen göres i våt atmosfär vid en jämförelsevis låg temperatur om 800 °C. Under detta steg kommer det kvarvarande PECVD-deponerade oxidskiktet 152 ovanpå den extrinsiska baselektroden 151 följaktligen densifieras. På sidoväggen av strukturen kommer termisk oxid att växa på det blottlagda kislet. Under värmebehandlingen konverteras det amorfa kislet 151 till polykristallint kisel samtidigt som det tidigare implanterade boret omfördelas inuti polykislet för att bilda kontaktvägar 173 för p-basen. 18. Intrinsisk basformerinq I nästa steg kommer bor implanteras i strukturen för att skapa det intrinsiska basområdet 174 hos NPN-transistorn. I detta särskilda exempel implanteras bor med en dos av omkring l,5El4 522 527 27 cm” vid en energi av omkring 6 keV. Om tjockleken hos den tunna oxiden bildad i tidigare steg ändras kan en ändring av implanteringsparametrarna krävas. Implanteringen penetrerar endast kislet i basområdet, eftersom övriga kiselområden skyddas medelst nitridskiktet 141.After implantation, the resist is removed using conventional methods, and a thin silica 172, in the range of 10-20 nm, is grown thermally on the disk surface where bare silicon is exposed, i.e. in the intrinsic base opening 162 (Fig. 17). The growing is done in a wet atmosphere at a comparatively low temperature of 800 ° C. During this step, the remaining PECVD-deposited oxide layer 152 on top of the extrinsic base electrode 151 will consequently be densified. On the side wall of the structure, thermal oxide will grow on the exposed silicon. During the heat treatment, the amorphous silicon 151 is converted to polycrystalline silicon while the previously implanted drill is redistributed inside the polysilicon to form contact paths 173 for the β-base. 18. Intrinsic Base Formation In the next step, boron will be implanted in the structure to create the intrinsic base region 174 of the NPN transistor. In this particular example, boron is implanted at a dose of about 1.5 cm / cm at an energy of about 6 keV. If the thickness of the thin oxide formed in previous steps changes, a change of the implantation parameters may be required. The implantation only penetrates the silicon in the base area, since the other silicon areas are protected by the nitride layer 141.
Efter implanteringen oxideras strukturen ytterligare, företrädesvis i våt atmosfär vid 800 °C, vilket minskar boratomkoncentrationen vid kisel/kiseldioxidytan.After implantation, the structure is further oxidized, preferably in a wet atmosphere at 800 ° C, which reduces the boron atom concentration at the silica / silica surface.
Sedan, med hänvisning till fig. l8a, deponeras ett omkring 120 nm tjockt skikt av kiselnitrid konformt medelst LPCVD-teknik.Then, with reference to Fig. 18a, an approximately 120 nm thick layer of silicon nitride is deposited conformally by LPCVD technology.
Nitridskiktet etsas medelst en särskild anisotropets tills sidoväggs-spacrar 181 av kiselnitrid kvarblir där stora steg i ytan förefinns, såsom i den intrinsiska basöppningen 162 för NPN-transistorn (insides-spacrar). Efter denna spacer-formering hänvisas öppningen hos den intrinsiska basen till såsom emitteröppning 162. Inte endast den nyligen deponerade nitriden avlägsnas, utan den tunna nitriden 141 (deponerad i steg 13) närvarande på fält- 81 och kollektorkontaktområden 41 och ovanpå PMOS-styrestrukturen 112 avlägsnas samtidigt i denna etS .The nitride layer is etched by a special anisotropic until sidewall spacers 181 of silicon nitride remain where large steps are present in the surface, such as in the intrinsic base port 162 of the NPN transistor (insides spacers). Following this spacer formation, the opening of the intrinsic base is referred to as the emitter port 162. Not only is the newly deposited nitride removed, but the thin nitride 141 (deposited in step 13) present at field 81 and collector contact areas 41 and on top of the PMOS control structure 112 is removed. simultaneously in this etS.
I mitten av emitteröppningen 162 återstår den termiska oxiden, som också skall avlägsnas. Oxiden kan avlägsnas medelst våt- eller torretsning. I detta särskilda exempel användes en tvåstegs torrets. Det första etssteget avser oxidavlägsnande användande RIE (Reactiv Ion Etching) i ett Ar/CHF3/CF,-plasma och det andra etssteget är en mild isotropisk in situ-kiselets i Ar/NF3 för att avlägsna återstoder och strålningsskador från den tidigare RIE-etsen. Det andra etssteget avlägsnar omkring 10 nm av kisel från den blottlagda ytan i emitteröppningen.In the middle of the emitter opening 162 remains the thermal oxide, which must also be removed. The oxide can be removed by wet or dry etching. In this particular example, a two-stage dryer was used. The first etching step refers to oxide removal using RIE (Reactive Ion Etching) in an Ar / CHF 3 / CF 3 plasma and the second etching step is a mild isotropic in situ silicon in Ar / NF 3 to remove residues and radiation damage from the previous RIE etch. . The second etching step removes about 10 nm of silicon from the exposed surface of the emitter orifice.
Eftersom denna ets påverkar den intrinsiska basprofilen, kan etsdjupet styras beroende på krav avseende strömförstärkning (beta eller hm) för NPN-transistorn som skall tillverkas. 522 527 28 Detta andra etssteg kommer också avlägsna del av kislet som u a I nu används som det första materialet 112 för styret hos PMOS- transistorn. Den initiala tjockleken hos materialet för styret har valts med en sådan marginal för att inte orsaka några problem för PMOS-transistorn.Since this etching affects the intrinsic base profile, the etching depth can be controlled depending on the current gain requirements (beta or hm) of the NPN transistor to be manufactured. 522 527 28 This second etching step will also remove part of the silicon which is now used as the first material 112 for the control of the PMOS transistor. The initial thickness of the material for the gate has been chosen by such a margin so as not to cause any problems for the PMOS transistor.
Den resulterande strukturen visas i fig. l8a.The resulting structure is shown in Fig. 18a.
Efter etsningen deponeras ett polykiselskikt 182, typiskt 220 nm tjockt, genom användning av LPCVD-teknik, se fig. l8b.After etching, a polysilicon layer 182, typically 220 nm thick, is deposited using LPCVD technology, see Fig. 18b.
Skiktet 182 dopas efterföljningsvis genom jonimplantation, företrädesvis medelst arsenik och/eller fosfor.Layer 182 is subsequently doped by ion implantation, preferably by arsenic and / or phosphorus.
I den föredragna utföringsformen utförs dopningen i tre separata steg.In the preferred embodiment, the doping is performed in three separate steps.
Först implanteras skivans hela yta med arsenik vid en energi av omkring 50 keV och med en dos av 3El5 cm”.First, the entire surface of the disc is implanted with arsenic at an energy of about 50 keV and with a dose of 3El5 cm ”.
Som andra steg, används en mönstrad fotoresistmask (icke illustrerad), som lämnar resist på områden för resistorer med låga värden (RW) och höga värden (RM), varvid en arsenikimplantering vid en energi av omkring 150 keV och en dos av 1,2El6 cnfzutförs. Resistmasken avlägsnas därefter.As a second step, a patterned photoresist mask (not illustrated) is used, which leaves resist in areas of resistors with low values (RW) and high values (RM), an arsenic implant at an energy of about 150 keV and a dose of 1,2El6 cnfzutförs. The resist mask is then removed.
Det tredje steget innefattar att ett annat maskskikt 183, se fig. l8c, som definierar områden för resistorer med låga värden (Rw) och för kontaktpluggområden 132, 133, 134 mönstras, varefter fosfor vid en energi av omkring 25 keV och med en dos av 4El5cm“ implanteras. Resistmasken 183 avlägsnas därefter.The third step involves patterning another mask layer 183, see Fig. 18c, which defines areas for low value resistors (Rw) and for contact plug areas 132, 133, 134, after which phosphorus at an energy of about 25 keV and with a dose of 4El5cm “implanted. The resist mask 183 is then removed.
Resistorerna med höga värden (RM) således erhållna kommer att ha en ytresistivitet av omkring 500 Ohm/ruta, medan resistorerna med lägre värden (Rm) kommer att ha en ytresistivitet av omkring 100 Ohm/ruta. Dessa resistansvärden kan ändras genom att justera doserna och energierna. 1.. .n ~ . u n n n I- :I f v. u. . n. a . o. o u n. u f) r f' , .. .. . . - . . - .. . .- fl. n u n ~ v v I II II I' I ' ' i ,f g I I I I x I l 0 II I 1 I I '- I-I . . n . o u.. f» n I I v ø I» Ett viktigt kännetecken är att polykislet i kontakt med emitterfönstret mottager två konsekutiva arsenikimplanteringar vid olika energier. Ingen fosfor tillåts träda in i emitterpolykislet 182, se fig. l8c.The resistors with high values (RM) thus obtained will have a surface resistivity of about 500 Ohm / square, while the resistors with lower values (Rm) will have a surface resistivity of about 100 Ohm / square. These resistance values can be changed by adjusting the doses and energies. 1 .. .n ~. u n n n I-: I f v. u.. n. a. o. o u n. u f) r f ', .. ... . -. . - ... .- fl. n u n ~ v v I II II I 'I' 'i, f g I I I I x I l 0 II I 1 I I' - I-I. . n. o u .. f »n I I v ø I» An important feature is that the polysilicon in contact with the emitter window receives two consecutive arsenic implants at different energies. No phosphorus is allowed to enter the emitter polysilicon 182, see Fig. 18c.
Polykislet i kontakt med kollektorn implanteras emellertid typiskt användande en kombination av arsenik och fosfor. Genom att utnyttja två olika dopämnen av samma dopningstyp, men vilka har olika diffusiviteter, erhålles en lâgresistiv och djupare kollektorkontakt. 19. Emitterets Det dopade polykislet 182 (i fig. 18c) kommer närmast mönstras genom användning av litografi och torretsning, se fig. l9a. I detta steg definieras kontaktområden till emittern 191 och kollektorn 192 för NPN-transistorn, den djupare elektroden 193 hos nitridkondensatorn, styret 194 för PMOS-transistorn och substratkontakten 195 för PMOS-transistorn, och resistorer med låga och höga värden (icke explicit illustrerat i fig. l9a).However, the polysilicon in contact with the collector is typically implanted using a combination of arsenic and phosphorus. By using two different dopants of the same doping type, but which have different diffusivities, a low-resistivity and deeper collector contact is obtained. 19. The emitter's The doped polysilicon 182 (in Fig. 18c) will most likely be patterned using lithography and dry etching, see Fig. 19a. In this step, contact areas are defined for the emitter 191 and the collector 192 for the NPN transistor, the deeper electrode 193 of the nitride capacitor, the gate 194 for the PMOS transistor and the substrate contact 195 for the PMOS transistor, and resistors with low and high values l9a).
Där polykislet är i direkt kontakt med den monokristallina kiselytan i emitteröppningen 162 kommer polykislet vid ett senare processteg fungera såsom dopningskälla under indrivning av emittern i det intrinsiska basområdet 174. Genom att använda en fotoresistmask 196, kallad EMI POLY-mask, avlägsnas delar av det dopade polykislet tills fältoxidområdena 81 är blottlagda.Where the polysilicon is in direct contact with the monocrystalline silicon surface in the emitter port 162, at a later process step the polysilicon will act as a doping source during collection of the emitter in the intrinsic base region 174. By using a photoresist mask 196, called EMI POLY mask, parts of the doped the polysilicon until the field oxide regions 81 are exposed.
Denna etsning utförs företrädesvis genom användning av RIE med ett Cl,/HBr/02-plasma.This etching is preferably performed using RIE with a Cl, / HBr / O 2 plasma.
Den resulterande strukturen visas i fig. l9a.The resulting structure is shown in Fig. 19a.
Efter etsen avlägsnas resisten medelst konventionella metoder.After etching, the resist is removed by conventional methods.
Oxidskiktet 152 på polykiselskiktet 151 av p-typ måste nu avlägsnas (icke illustrerat). Detta kan utföras medelst torretsning, antingen globalt över hela skivan, eller lokalt användande en fotomask 197, kallad BASE OXREM-mask, se fig. 52 2 5 7 30 23.3 - äfifíë - .lä f* l9b, vilket är det föredragna tillvägagångssättet i denna utföringsform. Fotomasken mönstras så att öppningar skapas över p*-polykiselskiktet. Sedan avlägsnas oxiden medelst RIE utnyttjande ett Ar/CHF3/CF,-plasma. Etsningen avstannas då polykislet är blottlagt i resistöppningarna. Fördelen med att använda en fotomask, istället för en global ets, är att fältoxidområdena 81 kommer att skyddas av fotoresisten; annars skulle de erodera.The oxide layer 152 of the p-type polysilicon layer 151 must now be removed (not illustrated). This can be done by dry etching, either globally over the entire disc, or locally using a photomask 197, called a BASE OXREM mask, see Fig. 52 2 5 7 30 23.3 - ä fi fíë - .lä f * l9b, which is the preferred approach in this embodiment. The photomask is patterned so that apertures are created over the p * polysilicon layer. The oxide is then removed by RIE using an Ar / CHF 3 / CF 3 plasma. The etching is stopped when the polysilicon is exposed in the resist openings. The advantage of using a photomask, instead of a global etch, is that the field oxide regions 81 will be protected by the photoresist; otherwise they would erode.
Efter etsning, fortfarande med resist på plats, utföres en ytterligare borimplantering för att dopa respektive emitter- och kollektorområden 198 hos PMOS-anordningen, se fig. l9b. Den extrinsiska basen 151 hos den bipolära transistorn, den övre plattan 151 hos kondensatorn och polykislet för substratkontakterna av p-typ (icke visade) kommer samtidigt implanteras. Efter slutförd etsning och implantering avlägsnas fotoresisten. 20. Emitteraktiverinq och indrivning Ett tunt, omkring 30 nm tjockt, oxidskikt 200 deponeras på skivan. Företrädesvis användes TEOS, men andra oxider såsom LTO eller PECVD kan alternativt användas.After etching, still with resist in place, an additional drill implant is performed to dope the respective emitter and collector regions 198 of the PMOS device, see Fig. 19b. The extrinsic base 151 of the bipolar transistor, the upper plate 151 of the capacitor and the polysilicon for the p-type substrate contacts (not shown) will be implanted simultaneously. After complete etching and implantation, the photoresist is removed. 20. Emitter Activation and Recovery A thin, approximately 30 nm thick, oxide layer 200 is deposited on the wafer. Preferably TEOS is used, but other oxides such as LTO or PECVD may alternatively be used.
Ovanpå oxiden 200 deponeras ett kiselnitridskikt 201 av omkring 100 nm tjocklek konformt användande LPCVD-teknik. Den resulterande strukturen visas i fig. 20a.On top of the oxide 200 is deposited a silicon nitride layer 201 of about 100 nm thickness in conformity using LPCVD technology. The resulting structure is shown in Fig. 20a.
Efter deponeringen utsätts skivan för hög temperatur för att aktivera och driva in de tidigare implanterade dopämnena.After deposition, the disc is exposed to high temperature to activate and drive in the previously implanted dopants.
Enligt den föredragna utföringsformen utföres värmebehandlingen i en tvåstegsprocedur. Skivan utsätts först för en ugnsuppvärmning till 850 °C under omkring 30 minuter, vars syfte är att omfördela dopämnena mera jämnt i de implanterade skikten. Det första steget kan faktiskt avvaras i det föreliggande processflödet, eftersom halvledarskivan redan har .nu v n nu un 00 502 RÖ? 31 ffzf: :z :'.7.§ Éf"f._.'¿"¿ :_ v L. ; : : °,' ' .'.:.. '.."..' .... .. mottagit tillräcklig värmebehandling under deponeringen av kiseloxiden/nitriden 200/201, vilket typiskt utförs vid omkring 790 °C under mer än tre timmar.According to the preferred embodiment, the heat treatment is performed in a two-step procedure. The disk is first subjected to an oven heating to 850 ° C for about 30 minutes, the purpose of which is to redistribute the dopants more evenly in the implanted layers. The first step can actually be dispensed with in the present process flow, since the semiconductor wafer already has .nu v n nu un 00 502 RÖ? 31 ffzf:: z: '. 7.§ Éf "f ._.' ¿" ¿: _ V L.; :: °, ''. '.: ..' .. ".. '.... .. received sufficient heat treatment during the deposition of the silica / nitride 200/201, which is typically carried out at about 790 ° C for more than three hours.
En andra uppvärmning i kvävgasatmosfär vid omkring 1075 °C under 16 sekunder, genom användning av RTA-utrustning (RTA, Rapid Thermal Anneal). Syftet med denna uppvärmning är att elektriskt aktivera de implanterade ämnena och sätta de slutliga dopningsprofilerna för emitter-basövergången hos NPN- transistorn och profilen för PMOS-anordningen.A second heating in a nitrogen atmosphere at about 1075 ° C for 16 seconds, using RTA (Rapid Thermal Anneal) equipment. The purpose of this heating is to electrically activate the implanted substances and set the final doping profiles for the emitter-base junction of the NPN transistor and the profile for the PMOS device.
Notera att det tidigare deponerade kiseloxidskiktet 200 och kiselnitridskiktet 201 är kvar på skivan. Deras syfte är att förhindra utdiffusion av implanterade ämnen till omgivningen under värmebehandlingen.Note that the previously deposited silicon oxide layer 200 and the silicon nitride layer 201 remain on the disk. Their purpose is to prevent the diffusion of implanted substances into the environment during the heat treatment.
Under värmebehandlingen kommer arsenik, som implanterades i det övre nlpolyskiktet 191, genom diffusion penetrera den intrinsiska basen och bilda emitter-basövergången. Enligt denna utföringsform är djupet hos emittern 202 omkring 50 nm och den kvarvarande tjockleken hos den intrinsiska basen 174 under emittern är omkring 50 nm. Koncentrationen av arsenik i emitteröppningen vid övergången mellan ytan hos det monokristallina kiselskiktet och det polykristallina skiktet är typiskt SE20 atomer/cm“. Motsvarande borkoncentration i den intrinsiska basen vid emitter-basövergången är typiskt 1E18 atomer/cnfï Samtidigt härmed kommer bor, som implanterades i det extrinsiska baskontaktpolyskiktet, diffundera och ansluta till den intrinsiska basen. I den beskrivna tillverkningsprocessen är det extrinsiska basdjupet omkring 200 nm och motsvarande borkoncentration i gränssnittet mellan det extrinsiska baspolykislet och det monokristallina kislet är typiskt lE20 atomer/cm”. Detta kraftigt dopade område av p-typ kallas extrinsisk bas. a o 5 2 2 5 2 7 32 íïli - ¥::= - Li åxå Substratkontakten bildas på ett motsvarande sätt genom utdiffusion av bor från polykiselskiktet av p-typ.During the heat treatment, arsenic implanted in the upper polymer layer 191 will penetrate the intrinsic base by diffusion and form the emitter-base junction. According to this embodiment, the depth of the emitter 202 is about 50 nm and the remaining thickness of the intrinsic base 174 below the emitter is about 50 nm. The concentration of arsenic in the emitter orifice at the transition between the surface of the monocrystalline silicon layer and the polycrystalline layer is typically SE20 atoms / cm The corresponding boron concentration in the intrinsic base at the emitter-base junction is typically 1E18 atoms / cnfï. In the manufacturing process described, the extrinsic base depth is about 200 nm and the corresponding boron concentration at the interface between the extrinsic base polysilicon and the monocrystalline silicon is typically IE20 atoms / cm 2 ”. This heavily doped p-type region is called extrinsic base. a o 5 2 2 5 2 7 32 íïli - ¥ :: = - Li åxå The substrate contact is formed in a corresponding manner by diffusion of boron from the p-type polysilicon layer.
Styret 194 hos PMOS-transistorstrukturen består av nï- polyskiktet (182 i fig. 18b), dvs. emitterpolyt, och återstoden av det första materialet (112 i fig. 11) för styret, vilket var odopat polykisel. Under värmebehandlingen har nf-typsdopämnen omfördelats i styreskikten genom diffusion, så att styret nu är homogent dopat med nf-material och således har nf-styret 194 för PMOS-transistorn bildats.The gate 194 of the PMOS transistor structure consists of the n-poly layer (182 in Fig. 18b), i.e. emitter polyethylene, and the remainder of the first material (112 in Fig. 11) for the handlebar, which was undoped polysilicon. During the heat treatment, nf type dopants have been redistributed in the control layers by diffusion, so that the control is now homogeneously doped with nf material and thus the nf control 194 of the PMOS transistor has been formed.
Emitter/kollektorområdena hos PMOS-transistron aktiveras också genom värmebehandlingen.The emitter / collector areas of the PMOS transistor are also activated by the heat treatment.
Den resulterande strukturen visas i fig. 20a.The resulting structure is shown in Fig. 20a.
Efter värmebehandlingen definieras resistorn litografiskt, så att ett skyddande skikt av fotoresist endast kommer att kvarstanna över restistorkropparna (icke visade). Änddelar av resistorerna kommer att blottläggas. Efter mönstring etsas kiselnitridskiktet 201 och kiseloxidskiktet 200 bort inom ytdelar som ej är täckta av fotoresistskiktet. Etsningen är anisotrop, så att spacrar 203 bildas längs kanterna av polykiselskiktet 194 av nf-typ, se fig. 20b.After the heat treatment, the resistor is defined lithographically, so that a protective layer of photoresist will only remain over the resistor bodies (not shown). End portions of the resistors will be exposed. After patterning, the silicon nitride layer 201 and the silicon oxide layer 200 are etched away within surface portions not covered by the photoresist layer. The etching is anisotropic, so that spacers 203 are formed along the edges of the nf-type polysilicon layer 194, see Fig. 20b.
Processen beskriven häri vid tillverkning av så kallade spacrar av kiselnitrid ovanpå ett tunt kiseloxidskikt är i huvudsakliga delar lika med tillverkningsprocessen beskriven i US-patentet 4,740,484 utfärdat till H. Norström med flera. Därefter avlägsnas fotoresistskiktet.The process described herein in the manufacture of so-called silicon nitride spacers on top of a thin silicon oxide layer is substantially similar to the manufacturing process described in U.S. Patent 4,740,484 issued to H. Norström et al. Then the photoresist layer is removed.
Efter avlägsnande av fotoresistskiktet, kan polykiselskiktet 194 av nf-typ och polykiselskiktet 151 av p*-typ förses med ett tunt silicidskikt för att reducera resistansen för ledare till de olika elektrodområdena för komponenterna som tillverkas - dessa ledare kommer sedan kortslutas med ett sådant silicidskikt. Silicidskiktet kan utgöras av exempelvis PtSi, 5:22 m 33 a « o I o se CoSi2 eller TiSi2. Enligt en föredragen utföringsform används titaniumdisilicid TiSi2, vilket bildas genom användning av en så kallad "självlinjerande metod" ovanpå blottlagda kiselytor.After removal of the photoresist layer, the nf-type polysilicon layer 194 and the p * -type polysilicon layer 151 can be provided with a thin silicide layer to reduce the resistance of conductors to the various electrode regions of the components manufactured - these conductors will then be shorted with such a silicide layer. The silicide layer can consist of, for example, PtSi, 5:22 m 33 a «o I o see CoSi2 or TiSi2. According to a preferred embodiment, titanium disilicide TiSi2 is used, which is formed by using a so-called "self-aligning method" on top of exposed silicon surfaces.
Eftersom resistorkropparna inte är blottlagda, utan skyddas av återstående delar av kiselnitridskiktet 201, erhålls ingen silicid därpå.Since the resistor bodies are not exposed, but are protected by remaining parts of the silicon nitride layer 201, no silicide is obtained thereon.
Vid en sådan självlinjerad silicidering ("SALICIDE"), se US- patentet 4,789,995 utfärdat till Brighton med flera och US- patentet 4,622,735 utfärdat till Shibata deponeras ett tunt metallskikt, i detta fall ett skikt av titan med en tjocklek av omkring 50 nm, företrädesvis medelst sputtring över skivans yta. Metallskiktet fås därefter reagera under en kort tidsperiod, omkring 20 sekunder, med blottlagt kisel vid en förhöjd temperatur av omkring 715 °C i en kvävgasatmosfär i en RTA-utrustning. I vissa fall kan också en blandning av syrgas och ammoniak användas. Därefter löses titanet, vilket ej reagerat med kisel, dvs. vid de delar som ej hade någon blottlagd kiselyta före metalldeponeringen, bort medelst våtkemiska metoder. Detta etssteg, som selektivt avlägsnar titan, som ej har reagerat, påverkar titansilicidet endast i en mindre utsträckning. Efter den våtkemiska etsningsprocessen uppvärms plattan till omkring 875 °C under omkring 30 sekunder, så att en lågresistiv form av titandisilicid bildas.In such a self-aligning silicidation ("SALICIDE"), see U.S. Patent 4,789,995 issued to Brighton et al. And U.S. Patent 4,622,735 issued to Shibata depositing a thin metal layer, in this case a layer of titanium having a thickness of about 50 nm, preferably by sputtering over the surface of the disc. The metal layer is then allowed to react for a short period of time, about 20 seconds, with exposed silicon at an elevated temperature of about 715 ° C in a nitrogen atmosphere in an RTA equipment. In some cases a mixture of oxygen and ammonia can also be used. Then the titanium is dissolved, which has not reacted with silicon, ie. at those parts which had no exposed silicon surface before the metal deposition, removed by wet chemical methods. This etching step, which selectively removes unreacted titanium, affects the titanium silicide only to a lesser extent. After the wet chemical etching process, the plate is heated to about 875 ° C for about 30 seconds to form a low resistance form of titanium disilicide.
Silicidskiktet således bildat, vilket har en ytresistans av omkring 2-5 ohm/ruta, kommer sedan endast vara närvarande på de tidigare blottlagda kiselytorna av plattan, dvs. vara självlinjerade med dessa ytor.The silicide layer thus formed, which has a surface resistance of about 2-5 ohms / square, will then only be present on the previously exposed silicon surfaces of the plate, i.e. be self-aligned with these surfaces.
Strukturen efter bildande av utvändig spacer 203 och SALICIDE (självlinjerad silicid) 204 visas i fig. 20b och i fig. 20c visas en SIMS-profil för en NPN-transistor framställd enligt det beskrivna processflödet. 5 2 5 7 34 gt: . gr: . j; gf, 21. Maskutformninqar, kontakthål till första metallskiktet Fig. 21a-c visar vyer av maskutformningar för de tre huvudanordningarna (NPN-transistorn, den kvasilaterala PNP- anordningen (dvs. PMOS-anordningen) och nitridkondensatorn) beskrivna i tidigare avsnitt. Kontakthålen (schackrutemönstrade) till det första metallskiktet visas också.The structure after formation of external spacer 203 and SALICIDE (self-aligned silicide) 204 is shown in Fig. 20b and in Fig. 20c a SIMS profile for an NPN transistor produced according to the described process flow is shown. 5 2 5 7 34 gt:. gr:. j; gf, 21. Mask designs, contact holes for the first metal layer Figs. 21a-c show views of mesh designs for the three main devices (NPN transistor, quasilateral PNP device (ie PMOS device) and nitride capacitor) described in previous sections. The contact holes (checkerboard patterned) for the first metal layer are also shown.
I fig. 21a visas masker för en NPN-transistor, där 22 är SUB- masken, 211 STI-masken (se avsnitt 5), 212 masken för det djupa diket (se avsnitt 6), 213 p-brunnsmasken (se avsnitt 9), 142 E/B-masken, 161 REFEMIT-masken, 196 EMI POLY-masken och 197 BASE OXREM-masken.Fig. 21a shows masks for an NPN transistor, where 22 is the SUB mask, 211 the STI mask (see section 5), 212 the deep ditch mask (see section 6), 213 the p-well mask (see section 9) , 142 E / B mask, 161 REFEMIT mask, 196 EMI POLY mask and 197 BASE OXREM mask.
Vidare illustreras kontakthål för basen 214, emittern 215 och respektive kollektorn 216.Furthermore, contact holes for the base 214, the emitter 215 and the respective collector 216 are illustrated.
I fig. 21b visas masker för den quasilaterala PNP-transistorn, där 22 är SUB-masken, 211 STI-masken (se avsnitt 5), 212 masken för det djupa diket (se avsnitt 6), 213 p-brunnsmasken (se avsnitt 9), 121 MOSBLK-masken, 131 DNCAP-masken, 196 EMI POLY- masken och 197 BASE OXREM-masken. Notera att utformningen av denna komponent skiljer sig från tvärsnittsvyerna eftersom också substratkontakten är ringformig.Fig. 21b shows masks for the quasilateral PNP transistor, where 22 is the SUB mask, 211 the STI mask (see section 5), 212 the deep ditch mask (see section 6), 213 the p-well mask (see section 9 ), 121 MOSBLK mask, 131 DNCAP mask, 196 EMI POLY mask and 197 BASE OXREM mask. Note that the design of this component differs from the cross-sectional views because the substrate contact is also annular.
Vidare illustreras kontakthål för styret 217 (jordat), för kollektorn 218 (kollektor) och emittern 219 (emitter) och för substratkontakten 220 (bas).Furthermore, contact holes are illustrated for the guide 217 (grounded), for the collector 218 (collector) and the emitter 219 (emitter) and for the substrate contact 220 (base).
I fig. 21c visas masker för nitridkondensatorn, där 22 är SUB- masken, 211 är STI-masken (se avsnitt 5), 212 masken för djupt dike (se avsnitt 6), 213 p-brunnsmasken (se avsnitt 9), 131 DNCAP-masken, 161 REFEMIT-masken, 196 EMI POLY-masken och 197 BASE OXREM-masken.Fig. 21c shows masks for the nitride capacitor, where 22 is the SUB mask, 211 is the STI mask (see section 5), 212 the deep ditch mask (see section 6), 213 the p-well mask (see section 9), 131 DNCAP mask, 161 REFEMIT mask, 196 EMI POLY mask and 197 BASE OXREM mask.
Vidare illustreras kontakthål för den övre 222 och undre 221 elektroden. . ' an. n . ' a '* ° f.) :-o'šs" z: . =.I: 'I"°° °.'. ' ES 2; 22 få 22 3 5 ; : :°-.- ' .:.:.. '.."..° .:..'. ' 22. Anslutning till första metallskiktet Fig. 22 a-b visar ett ytterligare kännetecken hos NPN- transistorn då transistorn ansluts till det första metallskiktet.Furthermore, contact holes for the upper 222 and lower 221 electrodes are illustrated. . 'an. n. 'a' * ° f.): -o'šs "z:. = .I: 'I" °° °.'. 'ES 2; 22 få 22 3 5; :: ° -.- '.:.: ..' .. ".. °.: .. '.' 22. Connection to the first metal layer Fig. 22 ab shows a further characteristic of the NPN transistor when the transistor is connected to it first metal layer.
För att erhålla den lägsta basresistansen (motsvarande den bästa frekvensprestandan) placeras baskontakter 221 på båda sidor om emittern E, såsom visas i fig. 22a. Tack vare de snäva utformningsreglerna kan detta utföras utan att ändra storleken på transistorn (vilket vanligen inte är fallet enligt processmetoder beskrivna i teknikens ståndpunkt).To obtain the lowest bass resistance (corresponding to the best frequency performance), bass contacts 221 are placed on both sides of the emitter E, as shown in Fig. 22a. Thanks to the strict design rules, this can be done without changing the size of the transistor (which is usually not the case according to process methods described in the prior art).
Emellertid kanske vissa transistorer i en kretskonstruktion måste användas för att mata ut högre strömmar. Utformningen i fig. 22a kan då begränsas genom bredden hos metallen som kontakterar emittern E (strömtätheten i emitterförbindelsen).However, some transistors in a circuit design may need to be used to output higher currents. The design in Fig. 22a can then be limited by the width of the metal contacting the emitter E (the current density in the emitter connection).
Eftersom den extrinsiska basen fullständigt omger emittern och är täckt med TiSi2 för att ytterligare minska basresistansen skulle metallförbindelserna då placeras såsom visas i fig. 22b, med endast en väldigt liten ökning av basresistansen.Since the extrinsic base completely surrounds the emitter and is covered with TiSi 2 to further reduce the base resistance, the metal compounds would then be placed as shown in Fig. 22b, with only a very small increase in the base resistance.
Vidare kan samma transistorutformning användas för dubbla och enkla baskontakter (endast kontakthålen och metallskikten måste utformas olika).Furthermore, the same transistor design can be used for double and single base contacts (only the contact holes and the metal layers must be designed differently).
Det fortsatta processflödet följer huvudsakligen processflödet beskrivna i den internationella patentansökningen publicerad såsom WO 9903151 (uppfinnare: H. Norström, S. Nygren och O.The continued process flow mainly follows the process flow described in the international patent application published as WO 9903151 (inventors: H. Norström, S. Nygren and O.
Tylstedt).Tylstedt).
Om en NMOS-anordning skall tillverkas i denna process måste typiskt fyra ytterligare processteg läggas till: maskning och jonimplantering av området för NMOS-styret och maskning och jonimplantering av NMOS-emitter respektive -kollektorområden. 522 5127 36 Vidare kan en MIM-kondensator läggas till flödet såsom beskrivs i US-patent 6,100,l33 (uppfinnare H. Norström och S. Nygren).If an NMOS device is to be manufactured in this process, typically four additional process steps must be added: masking and ion implantation of the NMOS control area and masking and ion implantation of NMOS emitter and collector areas, respectively. Furthermore, a MIM capacitor can be added to the flux as described in U.S. Patents 6,100, 133 (inventors H. Norström and S. Nygren).
Det skall vara uppenbart att uppfinningen kan utövas på ett flertal sätt. Sådana variationer skall icke betraktas som en avvikelse från omfånget för föreliggande uppfinning. Alla sådana modifieringar som är uppenbara för fackmannen inom området är avsedda att innefattas inom omfånget för de bifogade patentkraven.It is to be understood that the invention may be practiced in a number of ways. Such variations should not be construed as a departure from the scope of the present invention. All such modifications as will be apparent to those skilled in the art are intended to be included within the scope of the appended claims.
Claims (30)
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0101567A SE522527C2 (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Fabrication of integrated circuit for radio frequency applications, involves producing opening in electrically insulating layer for partly covering outer portions along circumference of active region for bipolar transistor |
TW090112647A TW502338B (en) | 2001-05-04 | 2001-05-25 | Semiconductor process and integrated circuit |
SE0103036A SE0103036D0 (en) | 2001-05-04 | 2001-09-13 | Semiconductor process and integrated circuit |
EP02728284A EP1384258A1 (en) | 2001-05-04 | 2002-04-29 | Semiconductor process and integrated circuit |
JP2002588620A JP2005509273A (en) | 2001-05-04 | 2002-04-29 | Semiconductor process and integrated circuit |
PCT/SE2002/000838 WO2002091463A1 (en) | 2001-05-04 | 2002-04-29 | Semiconductor process and integrated circuit |
KR1020037013854A KR100918716B1 (en) | 2001-05-04 | 2002-04-29 | Semiconductor process and integrated circuit |
CNB02809395XA CN1328782C (en) | 2001-05-04 | 2002-04-29 | Semiconductor process and integrated circuit |
US10/699,222 US20050020003A1 (en) | 2001-05-04 | 2003-10-31 | Semiconductor process and integrated circuit |
JP2008332746A JP2009141375A (en) | 2001-05-04 | 2008-12-26 | Semiconductor process and integrated circuit |
US12/561,628 US20100055860A1 (en) | 2001-05-04 | 2009-09-17 | Semiconductor Process and Integrated Circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0101567A SE522527C2 (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Fabrication of integrated circuit for radio frequency applications, involves producing opening in electrically insulating layer for partly covering outer portions along circumference of active region for bipolar transistor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0101567D0 SE0101567D0 (en) | 2001-05-04 |
SE0101567L SE0101567L (en) | 2002-11-05 |
SE522527C2 true SE522527C2 (en) | 2004-02-17 |
Family
ID=20283981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0101567A SE522527C2 (en) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Fabrication of integrated circuit for radio frequency applications, involves producing opening in electrically insulating layer for partly covering outer portions along circumference of active region for bipolar transistor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE522527C2 (en) |
TW (1) | TW502338B (en) |
-
2001
- 2001-05-04 SE SE0101567A patent/SE522527C2/en not_active IP Right Cessation
- 2001-05-25 TW TW090112647A patent/TW502338B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE0101567L (en) | 2002-11-05 |
TW502338B (en) | 2002-09-11 |
SE0101567D0 (en) | 2001-05-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100918716B1 (en) | Semiconductor process and integrated circuit | |
WO1998042019A1 (en) | Trench-isolated bipolar devices | |
WO1995023430A1 (en) | Bipolar and bicmos structures and methods of fabrication | |
GB2362508A (en) | Semiconductor integrated circuit fabrication | |
US6800921B1 (en) | Method of fabricating a polysilicon capacitor utilizing fet and bipolar base polysilicon layers | |
JP3200169B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor structure having MOS device and bipolar device | |
EP1273036B1 (en) | Method of manufacturing a heterojunction bicmos integrated circuit | |
EP0418670B1 (en) | Process for fabricating high performance BiMOS circuits | |
US6071763A (en) | Method of fabricating layered integrated circuit | |
US5217909A (en) | Method for manufacturing a bipolar transistor | |
US6767797B2 (en) | Method of fabricating complementary self-aligned bipolar transistors | |
US5399509A (en) | Method of manufacturing a bipolar transistor | |
US6856000B2 (en) | Reduce 1/f noise in NPN transistors without degrading the properties of PNP transistors in integrated circuit technologies | |
JP2006210914A (en) | Bipolar transistor and forming method thereof | |
US7572708B1 (en) | Utilization of doped glass on the sidewall of the emitter window in a bipolar transistor structure | |
TW495921B (en) | Improved BiCMOS process with low temperature coefficient resistor (TCRL) | |
JP2001060668A (en) | BiCMOS PROCESS IMPROVED BY RESISTOR WITH SMALL TEMPERATURE COEFFICIENT OF RESISOTOR (TCRL) | |
JP5563340B2 (en) | Semiconductor device | |
US20050287756A1 (en) | Semiconductor device with resistor element and its manufacture method | |
SE522527C2 (en) | Fabrication of integrated circuit for radio frequency applications, involves producing opening in electrically insulating layer for partly covering outer portions along circumference of active region for bipolar transistor | |
JPH08204044A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
KR20020006583A (en) | Improved bicmos process with low temperature coefficient resistor(tcrl) | |
JPH1167944A (en) | Manufacture of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |