Способ изготовления полупроводниковых структур с высокоомными диффузионными слоями

(9) ( ) Н 01 1, 21/2 реде дени вания м мклим ния при гически получен ют знац кристал узионнии кре м техническим реше об изготовленияНаиболее близк нием. является спо полупроводниковых омныии . дйффузионн щий Формирование в ласти в подложке, ней ее части цере тие и термическую ральной среде. СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Майер рж. и др, "Ионное легирование полупроводников, пер. с англ. М. изд. "Мир", 1973, с, 252-258.Авторское свидетельство СССР М 761601, кл. Н 01 Т, 21/22, 1979. (51)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР С ВЫСОКООМНЫМИ )ИМУЗИОННЫМИ СЛОЯМИ, включающий Формирование высоколегированной области в подложке, вытравливание средней ее цасти церез маскирующее Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов иможет быть использовано при изготовлении диффузионных резисторов, диодов, биполярных и МЛП-транзисторов,а также интегральных схем.Известен способ изготовления полу"роводниковых структур с высокоомнымидиффузионными слоями, включающий создание на кремниевой подложке маскирующегослоя из двуокиси кремния, вскрытиеФотогравировкой окон в маскирующемслое и Формирование через них в подложке высоокомных областей путемионной имплантации с последующей термической активацией и разгонкой примеси на заданную глубину,Недостатком способа является низкая воспроизводимость параметров вы"сокоомных диффузионных слоев получаемых полупроводниковых структур,покрытие и термическую обработку в нейтральной среде, о т л и ц а ющ и й с я тем, цто, с целью упрощения способа и повышения воспроизводимости параметров диффузионных слоев, одновременно с вытравливанием средней части высоколегированной об ласти осуществляют вытравливание средней цасти подложки на глубину 0,2-),0,мкм, а высоколегированную область Формируют с концентрацией легирующей примеси от 110 щ смдо концентрации, которая на 2-6 порядков превышает концентрацию примеси в подложке. емая возможностью воспроизустановками ионного легиролых доз (порядка несколькихнее) и малых энергий внедреесей, цто является технолосложной задачей. Кроме того,ые ионным легированием, иметельно большую дефектностьицеской решетки, чем дифые слои, вплоть до аморфизамния,структур с высокоыми слоями, вклюцаюысоколегированной сбвытравливание сред- маскирующее покрыобработку в нейт 98622911 ель изобретения - упрощение способа и повышение воспроизводимостипараметров диффузионных слоев.Поставленная цель достигается тем, 5что при способе изготовления полупроводниковых структур с высокоомнымидиййузионными слоями, включающем формирование высоколегированной областив подложке, вытравливание средней 10ее части через маскирующее покрытиеи термическую обработку в нейтральнойсреде, одновременно с вытравливаниемсредней части, высоколегированной области осуществляют вытравливание,средней части, подложки на глубину0,2-1 мкм, а высоколегированную область формируют с концентрацией легирующей примеси от 1 10 см доконцентрации, которая на 2-б порядков превышает концентрацию примесив подложке.Вытравливание подложки на указанную глубину позволяет с высокой степенью точности проконтролировать тол-.,25щину создаваемых высокоомных слоев,Граничные значения глубины травления средней части подложки в пределах 0,2-4 мкм за пределами высоко"легированной области обусловлены 30прежде всего необходимостью повышениявоспроизводимости,. то есть полученияот процесса к процессу минимальногоразброса параметров высокоомных диш"пузионных слоев: их.поверхностногосопротивления К и глубины залегания,более полно характеризующих воспроизводимое интегральное присутствиеэлектрически активной примеси в градиентное ее распределение. 40Минимальная величина травления0,2 мкм - это тот необходимый минимумтравления, который позволяет гарантировано вытравить высоколегирован"ный слой. По мере его последователь"ного стравливания поверхностное сопротивление слоя экспоненциально воз"растает, а затем резко падает до сопротивления подложки, если примесь.противоположного подложке типа проводимости, или возрастает без скачкообразного изменения также до сопротивления подложки, если примесь тогоже типа проводимости, что и подложка,так что критерием полного удалениявысоколегированного слоя являетсяконтролируемое и. характерное длягодложки ее поверхностное или удельное сопротивление,Кроме того, травление глубиной менее 0,2 мкм помимо возможных наложений остаточной примеси высоколегированного слоя увеличивает разброс диййузионных параметров, обусловленный менее контролируемым попаданием примеси на оттравленную поверхность исходной подложки из-за ее испарения в окружающую нейтральную среду. По-видимому, увеличение глубины травления более 0,2 мкм, величиной от нижней границы соизмеримой по толщине с поверхностным маскирующим диэлектрическим покрытием, создает более ограниченный объем для воспроизводимого попадания примеси на открытую поверхность и последующую ее диффузию вглубь подложки, что и позволяет уменьшить разброс основного дийузионного параметра поверхностного сопротивления высокоомного1,2 кОм) диффузионного слоя в пределах + 203По мере увеличения глубины травления подложки до б мкм сохраняется воспроизводимое получение сопротивления и глубины залегания диффузионного слоя. Однако, далее так же как возрастает сопротивление до нескольких килоОм, так и разброс диййузионных параметров до +303, кроме того, дальнейшее увеличение глубины травления более б мкм создает трудности: с проведением шотолитографических операций по диэлектрическому покрытию, с созданием неразрывной метал- лизированной разводки, и в целом, является нецелесообразным.Высоколегированный слой чаще всего получают средствами термической диййузии или ионного легирования, и установленная минимальная концентрация 1 10 см- является тем параметром, который также необходимо вос" производимо получать, Меньшие значения, концентрации, чем 1 10 см-, дают также увеличенный разброс 153, что в свою очередь, не позволяет сохранить необходимый разброс дифшузионных параметров, всегда имеющий больший разброс,"чем сам источник диФФузии"высоколегированный слой.В конкретном примере высоколегированный слой, полученный загонкой бора с поверхностным сопротивлением 20 Ом, соответствует концентрации легирующей примеси 5 1 О смБольшая, цем 1 1 Оф смстепень легирования примесью высоколегированного слоя, вплоть до максимальной ее растворимости в материале полупроводниковой подложки, является предпочтительной рля более воспроизводимого получения дишшузионных слоев. Причем разница в два порядка допускается минимальной, так как в противном случае дополнительные трудности создаются взаимной нейтрализацией примеси или неуправляемой ее компенсацией, Верхний предел - шесть порядков определяет максимальную возможную раз ность легирования необходимого слоя и подложки.На фиг.1-4 представлена последовательность операций применительно к изготовлению полупроворниковых приборов типа диодов, резисторов и биполярных транзисторов, а на шиг.5-8 для МРП-транзисторов со встроенным кана" лом.На шиг, показана структура после шормирования в (на) подложке 1 высоколегированной области 2 через окно в маске 3 преимущественно в окислительной среде либо с последующиц окислением, в результате чего на 30 поверхности структуры образуется ди-. злектрицеский (окисный) слой 4.аметим, цто область 2 может быть получена ионной имплантацией, либо диМузией, либо зпитаксиальным нара- З 5 щиванием, Эта область может быть как п-типа, так и р-типа. В любом случае процесс ее образования происходит в таких условиях, чтобы обеспечить концентрацию легирующей примеси на 2-6 що порядков выше, цем в подложке и не менее 110 смНа Фиг.2 и 6 показана структура после селективного вытравливания средней части высоколегированной области д 5 2 и порложки 1 на глубину 0,2-4,0 мкм. Поперечное сечение вытравленного углубления 5,пля диоров, резисторов и биполярных транзисторов имеет преиму" щественно прямоугольную Форму, а для 50 ИЛП-транзисторов - преимущественно Ч-образную оорму для получения большей длины канала.На шиг.3 и 7 показана структура после проведения высокотемператур ной обработки ее в нейтральной среде, в результате которой происхорит проникновение легирующей примеси под основание углублениг, с образованием высокоомного слоя толщиной О мкм и цастицной разгонкой примеси в слое 3,На йиг.4 и 8 показана окончательно сФормированная структура с дизлект" рицеским слоем 6 поверх высокоомного слоя 7 и участками металлизации 8.Ниже производится примеры конкретного осуществления способа при изготовлении ИРП"транзистора.П р и м е р 1 Пластину кремния и-типа проводимости с удельным сопро" тивлеиием 4, Йм см концентрация примеси 1,0 О см ), ориентирован 5 -Зн, ю по кристаллограоицеской плоскости 100окисляют в комбинированной среде сухого и увлажненного кислорода при температуре 1323 К до толщины слоя окисла 2-0,6 мкм, В выращенном термическом слое окисла кремния с помощью Аотогравировки вытравливают окно под области истока и стока, ,Рифузию бора проводят в рве стадии. Истоцником примеси служит борный ангидрид В Оз, Первую стадию дийАузии загонку) проводят при температуре 1873 К до получения поверхностного сопротивления диМузионного слоя порядка 20 Ом/квадрат.После удаления боросиликатного стекла в смеси Фтористоводородной кислоты и воды в соотношении 1:4 проводят низкотемпературное осаждение максирующего покрытия в виде пиролитицеского слоя двуокиси кремния толщиной 0,6 мкм на установке УВПразложением моносилана в плаэ" ме кислородного разряда при темпера" туре порядка 423 К, Это осаждение необходимо для сохранения первонацальной концентрации примеси в высоколегированной области на уровне не менее 110 в см , поскольку ме" нее легированный слой не обеспечивает необходимого автолегирования из-за низкой летучести примеси,Г помощью пптолитограшии вскрывают окно в окисле кремния в области затвора, через которое производят вытравливание высоколегированной области и материала подложки с образованием Ч-образной канавки, разделяющей высоколегированную область на области истока и стока. Травление производят в щелочном травителе состава КОН : НП = 1-6, залитом для уменьшения йспарения изопропиловым спиртом, при температуре порядка 347 К на глубину 0,2 мкм и максималь 986229ную 4 мкм, термообработку проводят внейтральной среде при 1273 К в течение 30 мин. Это позволяет в первомслучае получить Р, = (1-1,4) кОм/П.Ллл глубины травления 4 мкм получаютй = (0,9-1,5) кОм/и, т.е. с возрастанием разброса от среднего значения"1,2 ком + 301Такой уровень разброса получают 1 Опри ионной дозированной имплантацииа значит преимущества диффузионноговысокоомного слоя очевирнь,,Лалее в сухом кислороде при температуре 1123 К получают на поверхности 7-образной канавки слой подзатворного окисла кремния толщиной01 мкм.После этого Фотогравировкой вскрывают контактные окна к областям истока и стока транзистораНа планетарной установке УВНМнапыляют алюминий толщиной порядка1,5 мкм с равномерным запылением поверхностного рельефа, Фотогравировкой 25Формируют алюминиевую разводку к истоку, затвору и стоку, После этогодлл уменьшения переходного сопротивления металл-полупроводник производятвжигание алюминия при температуре ЗО723 К в течение 1 О минПолученный таким образом МЛП"транзистор со встроенным р-каналом имеетпороговые напряжения от 0,5 до 5 Вв зависимости от его степени легированил,П р и м е р 2, С концентрацией1 10 з смвысоколегированного слоя,Этот слой получают термической афганкой бора ия ВП при Т = 1183 К с К = 10150 Ом/О, Термической раягонкой бо"ра при температуре 1423 К в комбинированной среде сухой и увлажненной водяными парами кислорода глубину залегания диффузионного слоя доводят 45до 3 мкм с Кв = 500 + 70 Ом/П, чтосоответствует концентрации легирующей примеси 110 з смПолучение меньших значений степени диффузионного легирования свлзано с резко возрастающим разбросом - бо" лее 15"ь. Очевидно, что больший разброс самого источни(д диффузии 3 ысо колегированного слоя приводит к значительно большему разбросу высокоомного диФФузионного слол, полученного термической обработкой в нейтральной среде. В рассматриваемом примере поверхностное сопротивление после термообработки диффузионного слоя в вытравленной средней части подложки на глубину 4 мкм составляет 20-Й 0 кОм, с достаточно большим разбросом. Однако получение обычным термическим способом чисто диффузионных слоев такого уровня с указанным разбросом вообще не представляется возможным, хотя такие значения также необходимы,Вытравливание материала подложки на глубину 0,2- мкм одновременно с вытравливанием средней части высоко" легированной области с концентрацией примеси на 2-б порядков выше концентрации примеси в полложке обеспечивает при высокотемпературном отжиге образование высокоомных слоев толщиной 0,2- 1,5 мкм с высокой воспроизводимостью толщины этих слоев, и, следовательно, с высокопроизводимыми значениями их удельного сопротивления. Этот Фактор имеет большое значение как при создании высокоомных диффузионных резисторов, так и базы биполярных транзисторов, а также встроенного канала ИЛП-транзисторов строго контролируемой толщины Способ предусматривает выполнение слоев как п-типа, так и р-типа проводимости с широким диапазоном воспроияведения значений удельного сопротивления в определенном диапазоне, причем разброс номиналов поверхностного сопротивления этих слоев снижен с 30 до 204.ий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Производственно-иэдате Ъказ 2831 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035 Иосква, Б, Раушская наб., д Ц/5ю