Способ изготовления биполярных транзисторов

ЮЗ СОВЕТС СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 800501-"У ":.;" "::)щю 2 ИЗОБРЕЕТЕЛЬСТВЧ ДВТОРСК У НИЯ БИП институт сследова- зических ОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) 1(71) Научно-исследовательскийприкладной механики и Научно-ительский институт прикладных фипроблем им, А.Н.Севченко(56) Патент США ЬЬ 4137099,, кл, ВВ Н 01 . 21/263, 1989.Патент США ЬЬ 3513035,Н 017 Т 4, 1970,Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов.Цель изобретения - повышение радиационной стойкости кремниевых биполярных транзисторов, в процессе изготовления которых использованы операции радиационно-термической обработки (РТО).Для этого после изгОтовления активных областей транзистора и создания контактов проводят РТО путем облучения различными видами радиации и отжига: облегчают электоонами Флюэнсами.1,10 -5,10 см 2, отжигают при 280-320 С, затем облучают ионами, водо)ода с планарной стороны флюэнсами 5,10 -1,10 см" с энергией 100-200 кзВ, отжигают при 340-400"С в течение 3-6 ч. В результате электронной обработки и пассивации водородом технологических структурных и радиационных дефектов в кремнии и 3102 повышается радиационная стойкость, улучшаются электрические свойства)54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕ ОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ(57 Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении транзисторов в изделиях, эксплуатируемых в условиях воздействия радиации. Сущность: готовые структуры биполярных транзистоов облучают электронами флюзнсом 10 -5,10 6)см; затем проводят отжйг при 280-320 С в течение 0,5-1 ч, после этого проводят в планарную сторону структуры имплантацию ионов водорода флюэнсами (5,10 -104)см 2 с энергией 100-200. кэВ и постимплантационный обжиг при 300- 400 С в течение 3-6 ч,транзисторов и достигается минимальный их разброс по пластине.ъГЦель изобретения - повышение радиационной стойкости за счет релаксации механических напряжений на границах раздела и пассивации технологических и радиационных дефектов в кремнии и 5102 водородом.П р и м е р 1. Эпитаксиальные (р==4,5 Ом,см) кремниевые структуры п-типа, выращенные на сильно легированной (р= 0,01 Ом,см) подложке, окисляют при 1150 С до получения на поверхности слоя маскирующего оксида кремния толщиной з 0,7 мкм, Затем операциями фотолитографии и травления вскрывают окна в слое ЮОг, в которые проводят диффузию примесей бора и фосфора, формирующих вертикальный ир-и-тиранзистор с глубиной залегания эмиттерного р-и-перехода и 1,0 мкм и толщиной активной базым 0,7-0,8 мкм. Применяя стандартные фотолитографические процессы, 1800501удаляют защитные слои с непланарной поверхности пластин, проводят вскрытие контактных окон к базовой и эмиттерной областям транзистора, наносят двухслойную металлизацию Т-А 1 (толщиной 0,1 и 0,8 мкм соответственно), которую вжигают при 480 С в течение 20 мин в атмосфере аргона; .На следующей операции пластины с транзисторами подвергают радиационной обработке электронами флюэнсом а 1 10 см с энергией 8 МэВ. Затем кассету с пластинами помещают в печь и выдерживают при Т 1 = 300 С в течение 60 мин в атмосфере аргона, Долее пластины с планарной стороны обрабатывают ионами водорода на установке ионно-лучевого легирования, устанавливая энергию пучка 150 кэВ, флюэнс легирования 1,10 см . после операции ионного легирования пластины термообрабатываются при Т 2380 С в течение 180 мин в атмосфере Аг+5Н 2. На заключигельных операциях производят разделение пластин на кристаллы, монтаж кристаллов в корпус и разварку выводов,П ример 2,Тоже,что впримере 1,за исключением того,.что флюэнс ионов водорода устанавливают равным 5,10 см12-2П р и м е р 3, Тоже, что в примере 1, за исключением того, что флюэнс ионов водорода устанавливают равным 1,10 смЛ р и м е р 4, То же, что в примере 1, за исключением того, что температуру Т 1 устанавливают равной 28 С, .П р и м е р 5. То же, что в примере 1, за исключением того, что температуру Т 1 устанавливают равной 320 С.П р и м е р 6. То же, что в примере 1, за исключением того, что температуру Т 2 устанавливают равной 340 С,П р и м е р 7. То же, что в примере 1, за исключением того, что температуру Т 2 устанавливают равной 400 С.При проведении технологических операций изготовления транзисторов в активные области вводят неконтролируемые рекомбинационные центры и возникают ме.ханические напряжения на границах раздела (З-ЯЮ 2 или 502 - металл). Это является причиной разброса и плохой воспроизводимости параметров транзисторов по пластине. Кроме того, для таких приборов характерна низкая стойкость к ионизируемому облучению из-за образования рекомбинационных центров на границе раздела Ь, Путем радиационной обработки электронами и стабилизирующего отжига достигают повышения радиационной стойкости. Однако такая обработка сопровождается уменьшением коэффициента усиления по току на 40-60 О от исходного значения и40 45 50 диффундируют к РД, созданным электронным облучением и пассивируют их, Так как при облучении электронами в превалирующих концентрациях выводятся дефекты акцепторного типа (А,Е-центры, комплексы. С 5-Сь дивакансии), в процессе пассивации происходит электрическое взаимодействие между отрицательно заряженными РД и положительно заряженными атомами водорода, В результате процесса комплексообразования отрицательно заряженные центры теряют рекомбинационную активность, Атомы водорода пассивируют также разорванные радиацией связи в решетке на границе 51-302, уменьшая плотность поверхностных состояний. Следствием этого является уменьшение механических напряжений на границе Я-З 02 и улучшение электрических параметров транзисторов, При эксплуатации приборов в полях ионозирующих излучений атомы водорода в решетке Йснижают вероятность устойчивых радиационных дефектов за счет взаимодействия с первичными вакансиями, т.е, обеспечивается повышение радиационной стойкости. увеличения напряжения насыщения Окэ,Для транзисторов, обработанных электронами, характерны повышенные уровни генерационно-рекомбинационных шумов,В предлагаемом способе повышениерадиационной стойкости и улучшение электрических параметров кремниевых биполярных транзисторов достигаетсячередованием операции получения различ 10 ными видами радиации и отжига. Облучениеэлектронами обеспечивает введение равномерно по объему транзисторной структурырекомбинационных центров и релаксациюмеханических напряжений на границах15 раздела, флюэнсы облучения электронами(1,10 -5,10 см ) выбирают с одной сторо 1515ны из условия введения необходимой концентрации точечных радиационныхдефектов (РД), повышающей концентрацию20 неконтролируемых рекомбинационных центров, с другой стороны - ограничивают флюэнсы, при котором (с учетом отжига)концентрация РД в области.высокоомногоколлектора меньше концентрации основнойлегирующей смеси. После операции обработки структур быстрыми электронами проводят термообработку при 280-320 С втечение 0,5-1 ч. Интервал температур отжига определен экспериментально и соответ 30 ствует стадии "отрицательного" отжига РДв 3, на которой происходит дополнительный переход РД в электрически активнуюформу,После облучения ионами водорода наЗ 5 операции термообработки ионы водорода1800501 Составитель Ю, ПрохоцкийТехред М.Моргентал Корректор М, Керецман. Редактор Заказ 1168 Тираж Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Одновременно происходит пассивация водородом технологических и остаточных структурных дефектов, с которыми связан разброс параметров транзисторов по пластине,Величину флюэнсов (5.10 -1,10 см ) ионов водорода выбирают исходя из концентрации РД после электронного облучения, которые необходимо пассировать. Так как в процессе последующей термообработки (при 340-400 С) происходят "потеря" атомов водорода на образование нейтральных молекул (Н 2),"взаимодействие атомов и технологическими дефектами, диффузия водорода через границу раздела 31-3102, необходимо обеспечивать концентрацию . атомов водорода при ионной имплантации, в 10-100 раз превышающую концентрацию РД поле электронного облученияЭнергию ионов выбираюттакой, чтобы проецированный пробег превышал толщину пассивирующего покрытия на поверхности кремния, Отжиг после имплантации обеспечивает "разгонку" атомов водорода, образование фиксированного заряда в оксиде кремния и релаксацию атомов на границе раздела 31- ЯЮ 2, В результате стабилизируются электрические параметры приборов,Интервал температур отжига 340-380 ОС после ионной имплантации обеспечивает повышение радиационной стойкости транзисторов по параметру п 21 э по сравнению с контрольными приборами. Так как при ионной. имплантации в Я образуется РД такие же, как от тяжелых частиц(а - частиц, нейтронов), повышается также стойкостью транзисторов к комбинированию облучения (ионизирующей радиации и тяжелым частицам), После отжига при 380-400 С обнаружено возрастание параметра Ь 21 э выше исходных значений контрольных транзисторов и снижение 1 эБо и 1 кБо более чем напорядок.Обнаружено, что дополнительным эффектом от разработанной операции РТО является минимальный разброс параметра п 21 э по пластине, т.е, по предлагаемому способу возможно получать транзисторы с идентичными параметрами для дифференциальных каскадов усилителей.5 Исследование долговременной стабильности электрических параметров (хранения в течение 500 при 125 С) изготовленных по предлагаемому способу образцов показало, что деградации электрических па раметров и повышенного процента отказапо сравнению с транзисторами без РТО не обнаружено.Предлагаемый способ изготовления биполярных транзисторов по сравнению с изве стными способами обеспечивает следующиепреимущества: улучшение электрических характеристик приборов, подвергнутых РТО для повышения стойкости к ионизирующему излучению; повышение воспроизво димости параметров и минимальныйразброс в значениях параметра п 21 э по пластине..Формула изобретения25 Способ изготовления биполярных транзисторов, включающий направление эпитаксиального слоя кремния на монокристаллическую подложку, создание на поверхности маскирующего слоя, фотолитографию и30 вскрытие окой в маскирующем слое, формирование базовой и эмиттерной области пу-тем диффузии акцепторных и донорныхпримесей, создание контактов, радиационно-термическую обработку путем облучения35 электронами и.стабилизирующего отжига,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения радиационной стойкости засчет пассивации дефектов, облучение проводят флюэнсами 10 -5 10 см, а отжиг40 проводят при температуре 280-320 С в течение (0,5-1) ч, после этого проводят имплантацию в планарную сторону стррктуры ионовводорода флюэнсами (5 10 -104) см сэнергией (100-200) кэВ и постимплантаци 45 онный отжиг при температуре (340-400) С втечение (3-6) ч,