Способ создания биполярных интегральных структур

(56) Л. Огаюю 1 е аИ. Ню 81 ю-регоппапзеФгапз 1 зюог еююю агзенюс - 1 пюр 1 апюею 1 роюзю 1 юсопепююйегз. 1 ЕЕЕ.ю Зойд З 1 айе Сюгснююз, 11, 1976,р.491, Р. Оз(юЬююгп, Агзепюс ргоЕю 1 ез юп Ьюро 1 аг1 гапзюзюог еююю ро 1 юз 1 Исоп епююйегз. Зо 1 юд ЗюагеЕес 1 гоп, ч.24, Х 5, 1981, р,475-476.(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ БИПОЛЯРНЫХИНТЕГРАЛЬНЫХ СТРУКТУР(57)Использование: микроэлектроника,технология изготовления интегральныхсхем, Сущность изобретения; способ создания биполярных интегральных структур включает формирование скрытых слоев . в кремниевой подложке, нанесение эпитаксиального слоя, формирование в нем областей эмиттера, базы и коллектора, вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии, нанесение слоя металла и его фотолитографическую обработку. Новым в способе является то, что перед осаждением слоя металла структуры подвергают плазмохимическому или реактивно-ионному травлению с полным удалением диэлектрического покрытия и 3080 ни кремния из областей формирования контактных окон при селективном травлении кремния в областях р-типа к кремнию в областях п-тнпа в интервале 1,5:1 - 2,5 - 1. 2 з.п, ф-лы, 1805793Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления биполярных ИС,Уменьшение геометрических размеровбиполярных транзисторов по вертикали игоризонтали приводит к проблемам с пол- , уфФвю 6 Ф ко , и ие а усиления по току.Крйе ЙЙ, ЬЙ ко рых типов схем сущещцуат.;ррбтифбрв 4 ф е требования к параметрай,ррнЭисто ых структур - при к э й иентб , и ия более 300 е ини, о фф.ф,. у,с.дй д цпробивное напряжение перехода коллектор - эмиттер более 12 В,Известен способ создания интегральных структур, включающий формированиебазовых и коллекторных областей биполярных транзисторов в эпитаксиальном слое,вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии к областям формированияэмиттерных структур, нанесение слоя поликристаллического кремния, его последующую фотолитографическую обработку,диффузию примеси и-типа в области формирования эмиттерных структур, вскрытие контактных окон к областям базовых иколлекторных структур, нанесение слоя металла и его последующую фотолитографическую обработку.Данный способ обладает, рядом недостатков;1) Операция нанесения слоя поликремния и его последующей фотолитогрзфической обработки увеличивает трудоемкостьизготовления интегральных структур.2) Фотолитографическая обработкаслоя поликремния приводит к образованиюнежелательного поверхностного микрорельефа,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ создания интегральных структур, включающийформирование скрытых слоев в исходнойкремниевой подложке, нанесение эпитаксиального слоя, формирование базовых иколлекторных областей биполярных транзисторов в эпитаксиальном слое, вскрытиеконтактных окон в диэлектрическом покрытии к областям формировзния эмиттерныхструктур, создание тонкого диэлектрического слоя на поверхности контактныхокон, нанесение слоя поликремния, егопоследующую фотолитографическую обработку, диффузию примеси и-типа в области эмиттерных структур, вскрытиеконтактных окон к областям базовых иколлекторных структур, нанесение слояметалла и его последующую фотолитографическую обработку.Данному способу, кроме недостатков анзлога, также присуще следующее:1) Наличие тонкого диэлектрического слоя приводит к увеличению токов утечки и сопротивления эмиттерных областей.2) Практическая невозможность обеспечения воспроизводимых значений коэффициента усиления по току вследствие колебания толщины диэлектрического слоя 10 между поликремнием и монокремнием Целью изобретения является повышение качества и надежности интегральных схем.Поставленная цель достигается тем, что в способе создания интегральных структур,15 включающем формирование скрытых слоев в исходной кремниевой подложке, нанесение эпитаксиального слоя, формирование в нем областей базы, змиттера и коллектора, 20 вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии, нанесение слоя металла и его последующую фотолитографическую обработку, перед осаждением слоя металла структуры подвергают плазмохимическому (ПХТ) или реактивно-ионному травлению(РИТ) с полным удалением диэлектрического покрытия и 30 - 80 нм кремния из областей формирования контактных окон при селективности травления кремния в областях ртипа к кремнию в областях и-типа в 30 интервале от 1,5:1 до 2,5:1.Кроме того, поставленная цель достигается тем, что плазмохимическое или реактивно-ионное травление осуществляют с селективностью травления кремния к оксиду кремния в интервале от 3;1 до 5;1, а также тем, что плазмохимическое или реактивноионное травление осуществляют в газовойсмеси на основе гексафторида серы. 40 Использование слоев поликремния в качестве источника диффузии в областях формирования эмиттеров структур приводит к повышению коэффициента усиления по току биполярных и-р-и-транзисторов. Формирование тонкого диэлектрического слоя 45 между слоями монокремния и поликремния способствует тонкого диэлектрического слоя между слоями монокремния и поли- кремния способствует дальнейшему повышению коэффициента усиления за счет 50 барьерных свойств диэлектрического слоя, препятствующих инжекции дырок из области базы в эмиттерную область.Однако, кроме увеличения трудоемко сти и возникновения поверхностного микрорельефа, данный способ приводит к увеличению контактного сопротивления к эмиттерным областям и снижению воспроизводимости значений коэффициента усиления.При проведении ПХТ или РИТ кремния из областей контактных окон при селективности травления кремния в областях р-типа к кремнию в областях и-типа менее 1,5:1 может произойти затравливание эмиттерных областей и областей диодов Шоттки, что приведет к увеличению контактного сопротивления и токов утечки диодов Шоттки.Травление кремния в базовых областях с селективностью более 2,5:1 по отношению к эмиттерным областям, с одной стороны, невоспроизводимо увеличивает коэффициент усиления, с другой стороны, не улучшает параметров диодов Шоттки;Используемые обычно в биполярной технологии ровни легирования эмиттерных (10-10см ) и базовых (10 - 1019 см з) областей позволяет обеспечить требуемую селективность травления кремния в среде углеродфторгалогенов или гексафторида серы, вследствие пассивации высоколегирОванных эмиттерных областей п-типа примесями углерода и наличия активных центров на поверхности базовых областей, Требуемая селективность травления достигается подбором режимов травления (рабочее травление, плотность мощности, расход газов) для конкретной конструкции камеры установки и уровней легирования активных областей. Обеспечение селективности ПХТ и РИТ низколегированного кремния к оксиду кремния обусловлено тем, что при селект ивн ости более 5:1 возможно неравномерное подтравливание кремния по поверхности кремниевой пластины, учитывая неодновременное стравливание оксида кремния в контактных окнах, Кроме того, возможно боковое подтравливание кремния под оксид кремния с образованием нежелательного "козырька", что особенно негативно сказывается на параметры диодов Шоттки. При селективности травления кремния к оксиду кремния менее 3:1 возможно затравливание геттерирующего слбя диэлектрического покрытия на поверхности полупроводниковой структуры, что может снизить надежность интегральных схем и коэффициент усиления.Проведение ПХТ или РИТ в газовой смеси на основе гексафторида серы позволяет добиться максимального увеличения коэффициента усйления при одновременном полирующем характере травления кремния, Исключение загрязнений поверхности кремния продуктами реакции обеспечивается 20-40-ным содержанием гексафторида серы в травящей смеси.4045 5055 обработку структур при температуре 510 Св среде азота в течение 15 мин.Использование предлагаемого способасоздания интегральных структур позволитувеличить коэффициент усиления по току биполярных транзисторов в 1,5 - 2 раза, снизить величины контактного сопротивления к эмиттерным областям на 30 - 50, контактного сопротивления к базовым областям в 1,3-2 раза (при температуре - 60 С - в 5 - 8 раз), уменьшить ток утечки обратной ветвидиодов Шоттки в 3 - 4 раза при коэффициенте неидеальности 1,03 - 1,04. Улучшение данНых параметров интегральных структур позволяет исключить отказы по статическим и динамическим характеристикам при функционировании интегральных схем в диапазоне температур от -60 до +125 С,Ниже рассмотрен конкретный примертехнической реализации предлагаемого решения.В исходной кремниевой подложке КДБ 10(1 Н) методами фотолитографии, зпитаксии, диффузии, ионной имплантации формируют активные структуры интегральных схем по эпитаксиально-планарно-диффузной технологии с концентрацией бора в 10 базовых областях 5 10 см , фосфора вэмиттерных областях -5 10 г 0 см и толщиной слоя фосфоросиликатного стекла над эмиттерными структурами 0,1-0,12 мкм.Вскрытие контактных окон в оксиде крем ния осуществляли на установке "Плазма 125 ИМ" в газовой смеси хладона, 15-20 хладонаи 70 - 75 азота при суммарном давлении 300 - 400 Па и плотности мощности 8 - 10 Вт/см, После удаленияг20 слоя фоторезиста в кислородной плазмепроизводят полное удаление оксида кремния в контактных окнах в плазме хладонапри плотности мощности 0,2-0,4 Вт/смг и рабочем давлении 2,0-3,0 Па, а затем трав ление кремния в контактных окнах в газовойсмеси гексафторида серы и 75-ным содержанием азота при суммарном давлении 3,0- 5,5 Па и плотности мощности 0,2-0,4 Вт/смг, Обе стадии травления осуществля ли на установке 08 ПХОТв единомвакуумном цикле, Также травление оксида кремния и кремния в контактных окнах можно осуществить на установке 08 ПХО/50-008 в одну стадию в плазменном 35 разряде хладонаи 60-70 азота при рабочем давлении 28 - 32 Па и плотности мощности 2,5-3,5 Вт/смг.Затем формируют систему металлизации на основе Р 131-ТЮ-А и проводят термо 1805793В данном изобретении плазмохимическое или реактивно-ионное травление с полным удалением диэлектрического покрытияи 30 - 80 нм кремния из областей формирования контактных окон при селективноститравления кремния в областях р-типа ккремнию в областях и-типа в интервале от1,5:1 до 2,5:1 позволяет снизить контактноесопротивление к областям кремния р- и птипа улучшить параметры диодов Шоттки, атакже повысить коэффициент усиления потоку без снижения пробивных напряженийтранзисторных структур,Полное удаление диэлектрического покрытия из областей формирования контактных окон необходимо для обеспеченияравномерности последующего травлениякремния в контактных окнах. Учитывая, чтопосле вскрытия контактных окон в диэлектрическом покрытии структуры перед нанесением слоя металла могут подвергатьсяобработке в кислородной плазме в процессе удаления фоторезиста, толщина удаляемого диэлектрического покрытия находитсяв интервале 10 - 15 нм.ПХТ или РИТ диэлектрического слоя и30 - 80 нм кремния с энергией менее 100 эВприводит к снижению контактного сопротивления к эмиттерным и базовым областям. Для получения требуемых параметровтранзисторных структур необходима концентрация примеси и-типа на уровне 10го10 г 1 см , что превышает величиныпредельных растворимостей этих примесей,в кремнии при стандартных температурахэлектроактивации (900 - 1000)ОС. Вероятно,удаление из контактных окон верхнего слоякремния, максимально насыщенного примесью в неактивном состоянии, приводит кснижению контактного сопротивления кэмиттерным областям, Уменьшение величины контактного сопротивления к базовымобластям вероятно обусловлено компенсацией эффекта захвата атомов бора оксидомкремния в процессе термического окисле, ния базовых областей, который приводит кснижению поверхностной концентрацииатомов бора.Кроме того, снижению контактного сопротивления способствует и плазменнаяобработка поверхности кремния, вероятновследствие увеличения туннельной компоненты тока, протекающего через контакт,Также положительную роль играет очисткаповерхности кремния от следов оксидакремния и загрязняющих примесей,ПХТ и РИТ кремния в предлагаемом диапазоне толщин уменьшает токи утечки диодов Шоттки и снижает коэффициентнеидеальности, а также увеличивает коэф 45.диэлектрического покрытия и кремния изобластей формирования контактных окон с энергией более 100 эВ наблюдается увеличение токов утечки обратной ветви диодов Шоттки и возрастает невоспроизводимость величины коэффициента усиления,При ПХТ или РИТ менее 30 нм кремнияиз областей контактных окон не наблюдается заметного снижения контактного сопротивления, особенно к областям р-типа и не во всех случаях происходит увеличение коэффициента усиления, В случае удаленияболее 80 нм кремния имеет место ухудшение вольт-амперных характеристик диодов Шоттки и увеличение контактного сопротивления к эмиттерным областям. 5 1015 20 2530 35 40 фициент усиления по току без снижения пробивных напряжений биполярных транзисторов при уменьшении токов, протекающих через обратно смещенные переходы,Известно, что термическое окисление кремния приводит к формированию переходной области на границе Я Ог, которая характеризуется несоответствием стехиометрического состава, пространственного расположения атомов и расстояния междуними, наличием напряженных валентных связей и оборванных связей атомов кремний - кислород, причем по некоторым данным, глубина проникновения переходной области в кремний достигает 20 нм. Возможно, удаление оксида кремния и кремния из областей контактов приводит к снижению плотности быстрых поверхностных состояний, образующих электроактивные центры в запрещенной зоне, а также к снижению механических напряжений в системе кремний - оксид кремния по периметру контактных окон. Однако вклад в увеличение коэффициента усиления вносит не только удаление оксида кремния и кремния, но и плазменное воздействие на поверхность структур. Например, жидкостное травление слоев оксида и кремния не всегда приводит к увеличению коэффициентаусиления и улучшению параметров диодов Шоттки. С другой стороны, плазменная обработка поверхности структур в режимах травления оксида кремния и кремния с пассивированными контактными окнами, например, силицидом платины, увеличивает коэффициент усиления без снижения пробивных напряжений,Следует особо отметить, что увеличение коэффициента усиления и улучшение параметров диодов Шоттки являются стабильными эффектами и не деградируют в процессе последующих технологических термическихи плазменных обработок, В случае ионно-плазменного травления1805793 10 Составитель С. КорольковТехред М,Моргентал Корректор Н, Ливринц Редактор С. Кулакова Заказ 134 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 формула изобретения1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СТРУКТУР, включающий формирование скрытых слоев в исходной кремниевой подложке, нанесение эпитаксиального слоя, формирование в нем областей эмиттера, базы и коллектора. нанесение диэлектрического покрытия, вскрытие контактных окон с помощью плазменного травления, нанесение металлиэации, отличающийся тем, что, с целью повышения качества . И надежности биополярных интегральных структур эа счет снижения контактного сопротивления к областям кремния р- и п-типа, увеличения коэффициента усиления по току беэ снижения пробивных напряжений и повышения стабильности параметров диодов Шоттки, перед нанесением металлизации плаэмохимическим или реактивно-ионным травлением удаляют 30 - 80 нм кремния в контактных окнах с селективностью травления кремния р-типа и кремнию и-типа от 1,5:1 до 2,5:1.10 2. Способ по п.1, отличающийсятем, что плазмохимическое или реактивно-ионное удаление кремния в контактных окнах осуществляют с селективностью кремния к оксиду кремния в интервале от 3:1 до 5:1.3. Способ по пп,1 и 2, отличающийся тем, что плаэмохимическое или реактивно-ионное травление кремния осуществляют в газовой смеси на основе гексафторида серы,