Способ изготовления кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами

Способ изготовления кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами, включающий формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных транзисторов при улучшении их параметров, после формирования контактных окон в диэлектрических слоях в эти окна дополнительно наносят пленку SiO₂ толщиной 10 40 нм, локально формируют дополнительный слой металла со слабой адгезией к SiO₂, растворяющийся в травителе, не взаимодействующем с нихромом, а после осаждения нихрома удаляют дополнительные слои металла и SiO₂ из контактных окон.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию планарных кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами для стабилизации тока в целях эмиттера и базы.
Известен способ изготовления планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами на основе TaN, использующий реактивное ионное распыление при создании тонких пленок TaN [1]
Недостатком способа является сложность формирования и травления тонких пленок TaN с применением реактивного ионного распыления, при этом трудно обеспечить воспроизводимость химического состава пленок TaN, который в основном определяет их электрические свойства.
Наиболее близким техническим решением является способ, включающий формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы [2]
Пленки нихрома обладают хорошей адгезией к SiO₂ на кремниевой подложке, имеют приемлемую термостабильность, практически не окисляются при воздействии атмосферного воздуха, образуют воспроизводимый контакт с контактно-металлизационной системой Mo-Al.
Недостатком способа является высокая способность нихрома к реакции с кремнием в контактных окнах: в процессе вакуумного напыления нихрома на нагретую подложку на поверхности кремния образуется тонкий слой силицидов, в результате которого ухудшается воспроизводимость величины контактного сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями; продолжительное травление нихрома, включая слой силицидов, приводит лишь к растравливанию контактных окон. Вследствие высокой способности нихрома в реакции с SiO₂ способ не обеспечивает воспроизводимого удаления нихрома также с поверхности SiO₂, что ведет к повышенным токам утечки.
Целью данного изобретения является повышение выхода годных транзисторов при улучшении воспроизводимости их параметров за счет повышения воспроизводимости размеров контактных окон и величины контактного сопротивления, а также уменьшения токов утечки.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовлении планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами, включающем формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы, после формирования контактных окон в диэлектрических слоях в эти окна дополнительно наносят пленку SiO₂ толщиной 10-40 нм, локально формируют дополнительный слой металла со слабой адгезией к SiO₂ и растворяющийся в травителе, не взаимодействующем с нихромом, а после осаждения нихрома удаляют дополнительные слои металла и SiO₂ из контактных окон.
Операция выращивания дополнительной пленки SiO₂ в контактных окнах предотвращает контакт нихрома с кремнием в контактных окнах, ведущий к образованию силицидов и невоспроизводимости контактного сопротивления. Введение дополнительного слоя металла предотвращает контакт нихрома с SiO₂, за исключением участков для размещения нихромовых резисторов, и этим предупреждает появление токов утечки из-за неполного удаления нихрома с поверхности SiO₂; дополнительный слой металла удаляют после создания резисторов. Дополнительная пленка SiO₂ толщиной 10-40 нм в контактных окнах препятствует взаимодействию металла дополнительного слоя с кремнием, которое также может привести к образованию силицидов, если слой SiO₂ тоньше 10 нм, и невоспроизводимости контактного сопротивления; если он толще 40 нм, дополнительная пленка SiO₂ легко может быть удалена (из пределов контактных окон) травлением без существенного изменения геометрии окон. В связи с тем, что металл дополнительного слоя значительно слабее реагирует с SiO₂, чем нихром, он может быть легко удален с поверхности SiO₂ без ухудшения воспроизводимости травления дополнительной пленки SiO₂ в контактных окнах; поскольку дополнительный слой металла выполняет функцию защиты поверхности SiO₂ от взаимодействия с нихромом к нему предъявляются высокие требования по адгезии и его наносят в условиях, обеспечивающих лишь слабое взаимодействие с SiO₂.
В соответствии с предлагаемым изобретением изготовление планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами на основе хрома выполняли следующим образом. После вытравливания с применением фотолитографии SiO₂ из контактных окон к базе и эмиттеру выполняли термическое окисление в течение 10-30 мин при температуре 600-700^oC в атмосфере увлажненного кислорода, толщина выращенной таким образом дополнительной пленки SiO₂ в контактных окнах составляла 10-40 нм, дополнительную пленку SiO₂ в контактных окнах можно вырастить также, например, с применением пиролиза.
С помощью вакуумного напыления выполняли осаждение Мо до получения пленки с поверхности сопротивлением 30-40 Ом/ . Напыление в вакууме в динамическом режиме с использованием термического испарения Мо проводили при температуре подложек около 150^oC, а с использованием магнетронного распыления при температуре 20-25^oC. В результате обеспечивается достаточная адгезия Мо к SiO₂ для того, чтобы после осаждения нихрома не происходило самопроизвольное отслаивание металлических пленок, вместе с тем достигается очень слабое взаимодействие Мо с SiO₂, Мо легко удаляется с SiO₂ с помощью химического травления, а воспроизводимость химического травления SiO₂ не ухудшается; С применением фотогравировки удаляли Мо с участков для размещения нихромовых резисторов.
С помощью вакуумного напыления в динамическом режиме выполняли осаждение нихрома до получения пленки с поверхностным сопротивлением в пределах 10-30 Ом/ . Температурный режим осаждения нихрома обеспечивал приемлемую адгезию нихрома к SiO₂ и воспроизводимость характеристик химического травления нихрома.
С применением фотогравировки выполняли химическое травление пленки нихрома для образования требуемой геометрии резисторов, удаляли фоторезист и путем травления в смеси кислот (азотная, ортофосфорная, уксусная), не оказывающей воздействии на нихром, удаляли остатки Мо.
Путем кратковременного травления в смеси HF-H₂O (1:10) вытравливали SiO₂ из контактных окон и выполняли операции по созданию контактно-металлизационной системы прибора.
Изготовление планарного кремниевого транзистора с тонкопленочными резисторами на основе нихрома в соответствии с предлагаемыми изобретением позволило полностью исключить брак вследствие растравливания контактных окон (90% транзисторных структур на пластине) по величине контактного сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями (75% пластин) и по токам утечки (40% пластин).
Техническое преимущество, создаваемое изобретением, заключается в снижении величины и уменьшении разброса сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями, что ведет к повышению воспроизводимости электрических параметров транзисторов.
Экономическое преимущество, создаваемое изобретение, заключается в повышении выхода годных транзисторов с тонкопленочными резисторами на основе нихрома в результате исключения брака по растравливанию контактных окон и по величине сопротивления между контактно-металлизационной системой и активными областями.
Экономия из-за исключения этих видов брака в сумме составит до 75% от себестоимости годного кристалла мощного СВЧ-генераторного транзистора.
Способ изготовления кремниевых транзисторов с тонкопленочными резисторами, включающий формирование активных областей, последовательное нанесение двух диэлектрических слоев, формирование в них контактных окон к активным областям, осаждение и фотогравировку нихрома для резисторов и создание контактно-металлизационной системы, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных транзисторов при улучшении их параметров, после формирования контактных окон в диэлектрических слоях в эти окна дополнительно наносят пленку SiO₂ толщиной 10 - 40 нм, локально формируют дополнительный слой металла со слабой адгезией к SiO₂, растворяющийся в травителе, не взаимодействующем с нихромом, а после осаждения нихрома удаляют дополнительные слои металла и SiO₂ из контактных окон.