Способ изготовления вч транзисторных структур

(64) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ ТРАНЗИСТОРНЫК СТРУКТУР ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССС АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛИзобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов, в частности при изготовлении дискретных и интегральных транзисторов,В последние годы все большее распространение получает использование радиационных процессов, таких как протонное, электронное, нейтронное и т.д,В известном способе изготовления полупроводниковых приборов снижения времени жизни неосновных носителей заряда и улучшение характеристик прибора в импульсном режиме достигается их обработкой нейтронами высокой энергии, Нейтроны, внедряясь в решетку, сдвигают атомы кремния из положения равновесия, и результате чего образуется область с раэупорядоченной структурой. В запрещенной зоне полупроводника появляется ряд глубоких энергетических уровней, являющихся центрами захвата носителей.Эффект снижения времени жизни неосновных носителей заряда сопровождается изменением электрических характеристик приборов,Недостатком способа является то, что при облучении нейтронами происходит разупорядочение структуры решетки на очень большую глубину и из-за их высокой проникающей способности.Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления ВЧ транзисторных структур, включающий операции формирования в полупроводниковой подложке базовой области с маскирующим ее покрытием, вскрытие окон и формирование в них эмиттеров и металлизации вскрытых контактных областей.Способ включает следующие операции создания транзисторной структуры: термическое окисление полупроводниковой подложки-пластины кремния, вскрытие фотолитографией окон для создания базовых областей, диффузию базовой примеси и одновременное подкисление кремния, вскрытие фотолитографией окон и формирование в них эмиттеров, вновь вскрытие фотолитографией контактных окон и осуществление их металлизации и металлизированной разводки, Сформированные транзисторные структуры, так же как и другие элементы схемы, расположенные на одной полупроводниковой пластине подвергают облучению электродами с оптимальной энергией 0,7-1 МэВ с последующим стабилизирующим отжигам при 300" С. 10 20 25 30 35 40 50 55 Недостатком способа, во-первых, является усложненность технологического оборудования облучения - линейного ускорителя электронов, ограниченность температурного интервала отжига - 300 С, выходя за пределы которого изменяются основные параметры транзисторных структур, А поскольку сборочные операции полупроводникового прибора: напайка кристалла, термокомпрессия контактов и т.д, осуществляются при температурах более 300 С, тоэффективность .способа оказывается незначительной.Ва-вторых, воздействие электронов сказывается и на глубоких слоях полупроводниковых структур, т,е. на базовых областях, теле коллектора и т,д. В результате способ не может решить поставленной задачи, связанной с повышением пробивного напряжения коллектор-эмиттерного перехода при тонких базовых областях.Целью изобретения является увеличение пробивного напряжения коллекторэмиттерного перехода.Цель достигается тем, что в область сформированных эмиттерав осуществляют имплантацию ионов противоположного типа проводимости по отношению к примеси эмиттера, В качестве эмиттерной примеси используют фосфор, а примеси, импланти.- рованной в область змиттера - бор,На фиг. 1 показана полупроводниковая подложка 1 с маскирующим ее покрытием 2, вскрытым фотолитографией окном 3, через которое сформирована диффузионная базовая область 4, покрытая в свою очередь маскирующим ее слоем 5; на фиг, 2 показано вскрытое фотолитографией в маскирующемслое 5 окно б, через которое в базовой области 4 сформирована эмиттерная область 7, покрытая также маскирующим слоем 8; нафиг. 3 - вскрытые фотолитографией контактные окна 9 и 10 соответственно к эмиттерной 7 и базовой 4 областям с металлизацией11 и 12.Поток 13 ионов бора в промежутке между эмиттерной металлизацией 11 и маскирующим слоем 5, проникает через более тонкий маскирующий слой 8, формирует область 14 с разупорядоченной ионами боракристаллической решеткой 8 эмиттернай области 7.Ниже приводится пример конкретного применения способа, Полупроводниковую подложку эпитаксиального кремния и-типа проводимости сопротивлением 4,0 Ом см осажденную на высоколегированную основу того же типа проводимости сопротивлением 0,001 Ом см, подвергают5 10 15 20 25 30 Ь 21 е 200 в режимах Осрп=5,0. /в/ с=200 /пса/, Более тонкие базовые области (0,2 - 0.,5) мк для транзисторов СВЧ диапазона, еще более усложняют решение вопроса.40 С целью повышения пробивного напряжения коллектор-эмиттерного перехода пластины кремния с заложенными в них транзисторными структурами подвергают воздействию потоком 13 ионов бора - В на 45 типовой установке ионного легирования типа "Везувий", Режим обработки: энергия Е=80-150 кЭв и доза 0=10 - 10 см,13 14 -2Энергия ионов определяет их проникающую способность через маскирующее по крытие 8 в змиттерную область 7, а доза -количество внедренных ионов, их концентрацию. В результате в промежутке между эмиттерной металлизацией 11 и маскиоующим слоем - 5 В.55 В области эмиттера 7 получают участок14 с внедренными ионами бора и разупорядоченней кристаллической решеткой.Измерения электрических параметровОсе и Ь 21 е транзисторных структур до и по термическому окислению при 1200 С в тече. -ние 3 ч ведения процесса в комбинированной среде сухого и увлажненногокислорода, выращивают маскирующий слой2 двуокиси кремния - 5102. В результатеполучают пленку толщиной 0,6 мк достаточной для маскирования подложки 1 отвсех последующих диффузий. Одновременно пленка является пассивирующимпокрытием для коллекторно-базового р-ппереходаВ покрытии 2 фотолитографией вытравливают окно 3, через которое в две стадииформируют базовую область 4. Ионным легированием или общепринятой термической диффузией из В 20 з при 940 С втечение -35 мин в нейтральной среде аргона создается источник диффузионного легирования, Поверхностное сопротивлениедиффузионного слоя составляет 50-70 -,ОмВо время второй стадии диффузии при1150 С в течение 120 мин ведения процессав комбинированной среде сухого и увлажненного кислорода диффузионную базовуюобласть 4 разгоняют до глубины 3 мк с поверхностным сопротивлением 150, ВОмпроцессе диффузии в окислительной средевырастает маскирующий слой 5,Толщина пленки должна быть достаточной для маскирования полупроводниковойподложки 1 от всех последующих воздействий имплантацией ионами бора или термической эмиттерной диффузии. Полученная 3величина 0,5 мк (и не менее) отвечает необходимым требованиям. Далее фотолитографией в маскирующем слое 5 вскрываютокно 6, через которое формируют эмиттерную область 7.Диффузию эмиттерной примеси фосфора осуществляют из хлорокиси фосфораРОО или треххлористого фосфора РО. Диффузию ведут в две стадии. На первой стадииосуществляют загонку примеси методом открытой трубы при 1050 С в атмосфереаргона с добавлением кислорода в течение15 мин с подачей диффузанта и пятиминутным его вытеснением, В результате получают диффузионный слой глубиной 1,1 мк сОмповерхностным сопротивлением 3 - ,ПВторую стадию диффузии проводят дляокончательного формирования эмиттернойобласти с тем, что базовая область составляет 0,6-0,8 мк, Диффузию ведут при1050 С в кислородной среде. Вырастающийслой фосфорносиликатного стекла 8 толщиной 0,2 мк не должен в отличие от предыдущих покрытий превышать величины 0,4 мк, достаточной для маскирования при имплантации ионов бора в эмиттерную область,К сформированным эмиттерной 7 и базовой 4 областям фотолитографией вскрывают контактные окна 9 и 10 и осуществляют их металлизацию, например вакуумно напыленным алюминием толщиной 1 - 1,5 мк. Фотогравировку по алюминию осуществляют таким образом, что металлизированный контакт 11 эмиттерной области 7 не доходит до контура перехода эмиттер-база, т.е. остается промежуток фосфорносиликатного стекла 8, не покрытый металлом, Металлизация 12 базовой контактной площадки также не должна распространяться на эмиттерную область,С целью снижения переходного сопротивления контакта металлополупроводник алюминий вжигают при 500 - 550 С в течение 15 мин в среде азота.Замеры электрических параметров транзисторных структур на пластине, в частности коэффициента усиления ь 21 е и пробивного напряжения коллектор-эмиттерного переходов Осе при общих требованиях к высокой предельной частоте усиления транзистора тт 800 Мгц показывают трудно достижимый компромисс. Тонкая базовая область 0,6 мк обеспечивает частотные свойства, но при этом трудно сохранить высокий уровень ОСЕ 60/в/ при ЙБЕ=1 кОм,Этому же соответствует и сверх необходимого высокий коэффициент усиления766423 сле ионнного воздействия показывают ихизменения. Так, Ь 21 е уменьшается с 200 до70, Осе возрастает с 40 8 до 80 В.С тем, чтобы последующие температурные воздействия не изменили необходимого соотношения указанных параметров,проводят стабилизирующий отжиг при температуре (в течение 15 мин) 550 С, который определяет окончательное ихсоответствие, Дальнейший нагрев на кристаллы транзисторной структуры при сборочных операциях или в условияхэксплуатации не должен превышать значения температуры отжига, Это обстоятельст- .во гарантирует стабильные конечныезначения параметров. Достижение аналогичного результата возможно проведениемоперации ионного легирования бора в отдельно вскрытое контактное окно к змиттеру, В этом случае нет необходимости 20ограничивать расширенное формированиезмиттерной металлизации, При этом допускается пересечение металлизацией выходящего к поверхности эмиттер-базовогоперехода, Это дает возможность использовать способ в интегральных микросхемах спересекающей элементы транзисторнойструктуры металлизацией,Определяющим фактором положи тельного эффекта является то, что ионы бора, сталкиваясь с атомами фосфора в кристаллической решетке эмиттерной области, выбивают их из узлов, снижая их электрическую активность, Выбитые атомы 35 в свою очередь смещают другие атомы, в результате чего образуется разупорядоченная область. Помимо этого, ввиду того, что бор является примесью противоположной проводимости по отношению к фосфору, в 40 кремнии присутствует частичная компенсирующая нейтрализация этой примеси. Формула изобретения451. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРЧКТУР, включающий операции формирования в полупроводниковой подложке базовой области с маскирующим ее покрытием, вскрытие 50 окон и формирование в них эмиттеров, с последующей металлиэацией вскрытых контактных областей, отличающийся тем,Отжиг же используемых дефектов иразмещение ионов бора в узлах кристаллической решетки наблюдается при температурах более 600 С, При таких температурахвоздействий ни в процессе сборочных операций, ни тем более в условиях эксплуатации кристаллы транзисторных структур неиспытывают,Коэффициент усиления такого транзистора в режиме прямого включения уменьшается из-за снижения коэффициентаИнжекции эмиттерного и-р перехода, ослабленного менее эффективной. работой змиттерной области, Однако, при этомсоответственно увеличивается необходимое пробивное напряжение коллекторэмиттерного переходов без увеличениярекомбинационной составляющей базовоготока формируемого в базе и без возрастания параметров насыщения Осе заз и ОБе за 1Возрастания укаэанной составляющейБ,Осе ззь ОБе зз 1 связано в основном с процессами рекомбинации и повышенного сопротивления протекающим токам в базовой иколлекторной областях, Разупорядоченнаяобласть в змиттере не ведет к возрастаниюсопротивления приконтактной области, степень легирования этого участка предельнаяи составляет 1 10 ат/смз.Таким образом, транзисторные структуры полученные указанным способом,обеспечивают более высокий уровень пробивного напряжения коллектор-змиттерного переходов с тонкой базовой областью,оставив при этом неизменными характеристики ОсЕ ззь ОБЕ заь(56) 1, Дж. Мейер, Ионное легирование полупроводников. М,; Мир,.1973, с, 138-142,2; Греськов И,М. идр. Влияние облучения электронами на характеристики интегральных схем. Ж, "Электроннаяпромышленность", М 9, 1978, с, 49-50. что, с целью увеличения пробивного напряжения коллектор-эмиттерного перехода; в область сформированных змиттеров осуществляют имплантацию ионов противоположного типа проводимости по отношению к примеси эмиттера,2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве эмиттерной примеси используют фосфор, а в качестве примеси, имплантироеанной в область змиттера,- бор.766423 Фиг. Редактор Т,Юрко М.Самборская о каз 318 Подписнк" Роспатента ира ПО "П 5, Раушская наб., 4/5 113035, Москв оставитель Б.Утехинаехред М.Моргентал Производственно-издательский комбинат "Патен жгород, ул,Гагарина, 101