Способ изготовления высокочастотных транзисторных структур

-578,4)(57) СПОСОБСОКОЧРСТОТ 1 ГЫХР, включающихдложки ро полунцентрации при ЕНИЯ НОЩНЫХОРНЫХ СТРУКе легированиверхностнойтивоположноЗГРТОВ РАНВИС окальн ения и еси пр Ф М СОЮЗ СОВЕТСКИХСО ЦИАЛ И СТИЧ ЕС КИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВ Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов, и может быть использовано в произворстве мощных высокочастотных транзисторов и биполярных интегральных микросхем. Известен способ изготовления мощных высокочастотных транзисторных структур, включающий локальное легирование порложки до получения поверхностноф концентрации примеси противоположного порложке типа (не менее 1 105 см ) с послерующим Формированием внешней базы разгонкой примеси из легированных областей в подложку.Активная база, так же как внешняя, создается совмещенной разгонкой примеси вглубь подложки из легированных областей. ЯО 1114 го подложке типа проводимости не менее 110 8 см с последующим Фоомиро"ванием внешней базы разгонкой примеси из легированных областей в подложку, созрание активной базы и эмиттера,а также контактов в области структур,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения электрических параметров транзисторных структур иупрощение способа, локально легированные области Формируют с зазором, составляющим 0,2-1,0 от максимальнойтолщины внешней базы, а активную базусоздают разгонкой примеси из легированных областей ро их смыкания,Далее слерует создание эмиттера и металлизированных контактов к эмиттерным и базовым областям транзисторной структуры.Недостатком указанного способа является неравномерное токораспределение по ширине эмиттерной области и не высокий уровень усиления, При возрастании плотности эмиттерного тока 1 100-300 Р/см из-за возрастающей плотности поперечной составляющей базового тока в активной базовой области происходит оттеснение эмиттерного тока к периферии эмиттерного р-и-перехода. В результате нагружается периФерийная часть области перехода эмиттера на незначительном расстоянии от металлургической границы р-п-перехода.Оставшаяся часть области эмиттера остается пассивной и испытывает не 1114242значительную токовую нагрузку. Объясняется это тем, что данный способ изготовления мощных ВЧ-транзисторнь 1 х структур обеспечивает получение активной базовой области с примесным градиентом (максимальной концентрацией у дна эмиттерной области и мини"мальной вблизи коллекторного р-и-перехода), направленным вглубь порложки, в поперечном направлении - перпендикулярно долевому распределению примеси равномерно и постоянно (как и урельное сопротивление). Однако при возрастающей плотности эмиттерного и соответственно рекомбинационного базового тока в направлении от середины к периФерии эмиттера возрастает падение напряжения в поперечном направлении активной базовой об ласти с максимальным его значением вблизи боковой границы эмиттерной области, Это обстоятельство вызывает неравномерное смещение эмиттерного р-п-перехода, максимальное у его 25 периферии и минимальное в центре, что в результате приводит к неравномерному токораспределению и ухудшению усилительных свойств по току Ь 21 е, по мощности " КР. Кроме то- ЗО го, для повышения усиления в транзисторной структуре способ не прерусматривает получения различного соотношения легирующей примеси в активной и внешней (вблизи эмиттерного р-п-перехода) частях базовой области.Наиболее близким техническим решением является способ изготовлениямощных высокочастотных транзисторных структур, включающий локальное легирование подложки до получения поверхностной концентрации примеси противоположного подложке типа проводимости не менее 1 10 8 см з с последующимформированием енешнейбазы разгонкойпримеси из легированных областей в подложку, создание активной базы и эмиттеров, а такие контактов к областям структур,Контакт к эмиттерной области осуществляют через окно под диФФузионное легирование эмиттера, а контакт к внешней базе осуществляют через отдельное окно. Причем сначала в маскирующем слое созрают базовое контактное окно, а затем область того же типа проводимости, что и базовая область, которая устанавливает соединение с активной базовой областью. Базовое контактное окно оставляют открытым во время базовой и эмиттерной диффузии, при этом поверхностная концентрация примеси в базовом контактном окне после диффузии так высока, что при последующем легировании. эмиттерной примесью не становится ниже величины, необходимой для соединения активной и внешней базы. Раздельное Формирование активной и внешней базовых областей позволяет в отличие от аналога самостоятельно подбирать степень легирования каждой из областей для получения более рав" номерного токораспределения по ширине эмиттерной области и улучшенияусилительных свойств, Однако приемлемого выравнивания токораспределения достигнуть невозможно, поскольку при больших величинах плотности эмиттерного тока происходит оттеснение тока эмиттера к периферии перехода эмиттера-база вслерствие протекания поперечной составляющей базового тока иомическому парению напряжения нацентральном участке равномерно легированной в поперечном направленииактивной базовой обпасти. Неравномерное токовое распределение по ширинеэмиттера приводит к ухудшению усилительных свойств транзистора: по току(Ь 21 е), по мощности (Кр), снижает критический ток коллектора (1 ккр) и т.д, 8 способе хотя и предусмотрено раздельное от внешней Формирование активной базовой области, однако,невозможным является получение ак"тинной области со значительно меньшейстепенью легированил, поскольку эти две области соприкасаются в боковых диффузионных Фронтах и находятся во взаимной зависимости одна от другой в их степени легирования.Кроме того, определенную сложность прерставляет отдельная операция Формирования вагонкой примеси активной базовой области, Создание мелких диффузионных слоев длл получения высокого уровня усиления так же не представляется возможным, поскольку промежуток перекрытия дифФузионных Фронтов, получаемый Фото- гравировкой "окна" активной и внешней базовых областей, не может быть доведен до контролируемого микронного уровня,Целью изобретения является улуч" шение электрических параметров тран11142 2 зисторных структур и упрощение способа.Поставленная цель достигаетсл тем, что в способе изготовления мощных высокочастотных транзисторных структур, включающем локальное легиродание подложки до полученил поверхностной концентрации примеси противоположного подложке типа проводимости не менее 1 10 см с, последующим,вФормированием внешней базы разгонко" примеси из легированных областей в , подложку, создание активной базы и эмиттера, а также контактов к областям структур, локально легированные области Формируют с зазором, составляющим 0,2"1,0 от максимальной толщины внешней базы, а активную базу создают разгонкой примеси из легированных областей до их смыкания. Последовательность технологических операций показана на Фиг,1-5,где: на Фиг.1 показаны кремниевая полупроводниковая подложка и+-типа проводимости с высокоомным эпитаксиальным и-слоем и маскирующим поверхностьпокрытием - тонким слоем двуокисикремния и непрокисляющимсл маскирующим слоем нитрида кремния; на Фиг,2 показаны полупроводниковая подложка,высокоомный п-слой, маскирующее поверхность покрытие, образующее выступ между высоколегированными областями противоположного подложке типапроводимости, составляющей 0,2-1,0от максимальной толщины разогнаннойвнешней базы; на Фиг.3 показаны подложка, высокоомный слой, маскирующеепокрытие, разогнанные внешние базовыеобласти с маскирующим диэлектрическим покрытием и активная база, созданная разгонкой примеси из легированных областей до.их смыкания; нафиг. 1 - показаны подложка, высокоом 1ный слой, внешняя база, активная базаи эмиттерная область; на Фиг,5 - показана завершенная высокочастотнаятранзисторная структура, включающаявысоколегированную полупроводниковуюлсподложку и -проводимости, высокоомный эпитаксиальный и-слой, внешнююбазовую р+-область с маскирующим диэлектрическим покрытием, активнуюбазовую р-область, высоколегированную эмиттерную п -область и металлизированные контакты к внешней базовойи эмиттерной областям,6Принятые обозначения: крм,нневяполупроводниковая подложка 1, эпитаксиальный слой 2, слой двуокиси кремния 3, слой нитрида кремния 1, высоколегированные области 5, маскирующеедиэлектрическое покрытие б, активнаябаза 7, эмиттерная область 8, металлизированные контакты к базе 9, ме"О таллизированные контакты к эмитте"ру 1 й,1 ример осуществления способа,На высоколегированной кремниевойподложке и+-типа проводимости, леги"15 рованной сурьмой до удельного сопро"тивления 0,01 Ом см, с высокоомнымэпитаксиально наращенным и-слоем 21легированным Фосфором до удельного20сопротивления 11,5 Ом см, Формируюттермическим окислением кремния слойдвуокиси кремния ЯО - 3 толщинойО, мкм и наносят на него слой нитрида кремния 4 толщиной 0,75 мкм за25счет реакции дихлорсилана с аммиакомпри Т =710 С. Затем через фоторезистивную маску путем плазмохимичес"кого травления на установке "Плазма"АООТ" локальным стравливанием оставляют выступ маскирующего диэлектри 30чес ого покрытия между сильнолегированными областями. Локальное легирование подложки до получения поверхности концентрации примеси противоположного подложке р-типа не менееГ 6 -31 19 см осуществляют ионным легированием бора на установке ионнолучевсга ускорителя Везувий П с энергикм Кчлсй 80 кэВ и дозой 100см 2В результате ионного внедренияпримеси получают поверхностную концентрацию легирующей примеси 2 хл -9х 10 см : Степень поверхностноголегироваиия с нижним пределом6 -Эх 1 О смобусловлена необходимостью последующей термической разгонки примеси для Формирования внешнеии активной базы, так как меньшаястепень легирования не обеспечивает50 необходимой глубины термической разгонки примеси. Разгонку примеси из высоколегиро;. нных областейр -типа осуществляют термически в кислороднои среде при 1200 С ло глубины залегания внешней базовой области 11 мкм В процессе разгонки вырастает маскирующее диэлектрическое покрытие двуокиси крем 1116262ния 6, При ширине зазора между сильно" легированными областями рф-типа составляющим 2,2 мкм, т.е, 0,2 от максимальной толщины базы (11 мкм), чем обеспечивается смыкание боковых диффузионных Фронтов внешней базовой области.Способ, описанный в данном примере, целесообразен для транзисторов со значительной глубиной залегания и толщиной активной базовой области. При ширине зазора 11 мкм, равной максимальной толщине внешней базы, область взаимного перекрытия боковых диффузионных Фронтов устанавливают минимально допустимой на уровне Змкм, что целесообразно длл более высокочастотных транзисторов, поскольку уменьшение области перекрытия соот О ветственно уменьшает глубину залегания активной базовой области в сред" ней части, При этом степень поверхностного легированил в средней части перекрытия не должна быть менее 5 к к 10 см Эдля исключения прокола объемными зарядами эмиттерного и коллекторного перехода базовой области. В противном случае осуществляют дополнительное подлегирование через 30 эмиттерное окно активной базовой области. лалее маскирующеедиэлектрическое покрытие нитрира кремния ч и тонкого слоя двуокиси кремнил 3 удаляют вначале селективным травлением, а затем на основе Фтористоворородной кислоты НГ, Фтористого аммония и во" ды, Следует отметить, что ширина эмиттерной области может и превосхо" дить полную ширину взаимного пере О крытия диффузионных слоев, так же как и быть меньше ее, в зависимости от определенного уровня выходной мощ" ности, частного диапазона транзистора и сопротивления высокоомного кол лекторного слоя. Так, длл более высоковольтных мощных транзисторов целесообразным является большая ширина эмиттерной области, превосходящая ширину области перекрытил, а для 50 низковольтных мощных В.Ц, транзисторов ширина эмиттера того же уровня, что и область перекрытия. Далее во вскрытое окно диффузией Фосфора из хлорокиси Фосфора РОС 1 з формируют эмиттерную область 8, Риф Фузию фосфора в первом примере про" водят при Т = 1150 С на глубину 6,5 мкм, а во втором при Т = 960 С О, мкмЗатем следует вскрытие Фотограви ровкой контактных окон соответственно к внешней базовой области 5 и эмиттерной 8, нанесение металлиэированного покрытил алюминил и вновь Фотогравировкой локализации травлением металлизированных базовых 9 и эмиттерных 10 контактов.Основной отличительнойособенностью активной базовой области является то, что она плавно увеличивает свою ширину и глубину от середины к периферийной ее части и далее к внешней базовой области. Соответственно возрастает и степень примесного легирования с максимальным градиенсВтом, направленным не нормально к поверхности вглубь подложки, как в способе-аналоге и прототипе, а в направлении разгонки бокового диффузионного Фронта внешней базовой области, из которой и Формируется активная базовал область, Величина зазора между локально легированными областями, равнал 0,2"1,0 от максимальной толщины внешней базы, объясняется следующим.При зазоре менее 0,2 мл градиент ЖЙХпримеси в активной базе а глу 1 бины диффузии примеси в активной и внешней базе почти равны друг другу.При зазоре более 1,0 концентрация легирующей примеси о активной базе составит менее 5 1 О см , что при 7ведет к проколу базовой области объемными зарядами эмиттерного и коллекторного переходов.Таким образом, при работе транзистора с большими плотностями тока 300 А/см 2) оттеснение эмиттерного тока уменьшается вследствие перераспределенного омического сопротивления базы для поперечных сопротивляющих базового тока в монотонно расширяющейся активной базовой области.мОсновным Фактором выравнивания токо- распределения по ширине эмиттерной области являетсл постепенное уменьшение сопротивления активной базовой области от середины к периферии.При переменной толщине базы, увеличивающейся к периферии, ее поперечное сечение увеличивается, а сопротивление слоя базы уменьшается, но не только благодаря геометрическому расширению, но и в результате градиентного распределения примеси в поперечном направлении, Это способст 5 вует сдвигу линий эмиттерного тока к центральной части базы. Кроме того, данный способ проще способа-прототипа, поскольку в нем исключена операция более низколегированной, чем для внешней базы, дозированной загонки примеси активной базовой области, замененная совмещенной с ней операцией формирования внешней базовой области. Иеньшая степень легирования средней части активной базовой области повышает эффективность эмиттера и увеличивает усилительные свойства транзистора 1 ,.Применение данного способа для изготовления транзистора, аналогичного КТ, в результате выравнивания токораспределения по ширине эмиттерной области позволяет увеличить уровень выходной мощности на 203, повысить область безопасной работы транзистора и улучшить усилительные свой" ства по току.1114242 Корректор И Мулл эводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,СоставительРедактор Г,Берсенева Техрер М,Моргент Ъказ 2834 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изобрете113035, Москва, Ж, Раушс Подписное иям и открытиям пр ая наб д, 4/5