Способ изготовления мощных вч транзисторных структур

щЮЩ 4 А 1 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)Изобретение относится к области микроэлектроники, преимущественно к технологии изготовления транзисторов.Известен способ изготовления МОПтранзистора с двойной самосовмещеннойдиффузией,Этот способ предполагает Формирование через окно в маскирующем покрытиидиффузионной области с типом проводимости, противоположным типу проводимостиподложки. а затем через это же окно - вновьдиффузионной области с тйпом проводимости, противоположным типу первой диффузионной области и перекомпенсирующимего, Область между двумя р - и переходами,образовавшуюся в результате разной глубины залегания двух диффуэионйых слоев ивыходящую на поверхность, используют какподзатворную область МОП-транзистора,по которой инверсионным каналом истоксвязывается со стоком. Прямого контакта кполученной подзатворной области не делают иэ-за особенностей работы МОП-транзистора,Известен способ изготовления мощного ВЧ транзистора с поверхностной конфи-гурацией эмиттера в виде "гребенки" сволнистой границей эмиттер-базового р-иперехода,По этому способу с одной стороны полупроводниковой пластины для образованияструктуры транзистора формируют эмиттерс "волнистой" формой эмиттер-базового перехода. При этом расстояние между р-и пе реходами эмиттер-база и база-коллектор наповерхности пластины получают переменной величины и большим, чем в объеме. т.е,инжекционная эффективность эмиттера неодинакова по периметру. и область активной базы фактически ограничена площадьозмиттера и, если остальная область базы.выходящая на поверхность (пассивная база), с одной из сторон эмиттера служит дляосуществления контакта к базе транзистора, то с остальных сторон наличие пассивной базы лишь увеличивает геометрическиеразмеры структуры и ухудшает ее латвральные характеристики. Кроме того, в структуре транзистора происходит искрйвлениедиффузионного фронта базовой .области,обусловленное эффектом эмиттерного вытеснения базовой примеси (например, влиянием примеси фосфора на диффузионныйфронт примеси бора), что ослабляет пробивные напряжения и усилительные свойства.транзистора. Ухудшает характеристикитранзистора в боковом направлении в облас.и перехода эмиттер-база и то обстоятель ство. чтб эмиттерная примесь компенсируетбазовую наповерхности. где концентрация примеси выше, чем в обьеме. Следствием этого является сужение области обьемного.заряда эмиттер-базового перехода, что приводит к уменьшению пробивного напряже ния Обэ и инжекционной эффективности(эмиттера /у) в целом,Известен способ изготовления мощныхВЧ транзисторных структур, включающий диффузию контактной примеси в полупроводниковую подложку через маскирующее покрытие. создание в маскирующем покрытии окна под диффузию базовой и эмиттерной примесей, диффузионное легирование .для создания базовой. а затем эмиттерной "5 областей. В этом способе с целью получениямелкойбазовой области эмиттерную и базовую области создают диффузией через одно и то же окно в маскирующем слое на поверхности полупроводника, контакт к эмиттер ной области создают через то же окно, абазовый контакт подводят через отдельное окно, причем справа в маскирующем слое создают базовое контактное окно, а затем область того же типа проводимости, что и базовая область, которая устанавливает соединение с базовой областью и диффундирует в полупроводник через базовое контактное окно, затем создают эмиттерное контактное окно и осуществляют базовую и З 0 эмиттерную диффузию. Базовое контактноеокно составляют открытым во время базовой и эмиттерной диффузии, В этом случае осуществляют диффузию примесей в базовое контактное окно с такой высокой поверЗ 5 хностной концентрацией (для кремниевогои-р-и транзистора поверхностная концентрация бора 5 10 см ), что не происходит20изменения типа проводимости, несмотря на противоположное легирование эмиттерны ми примесями (для осфора поверхностнаяконцентрация 2 10 см ). При диффузии в базовое контактное окно проводимостьэтой области не остановится ниже величины, необходимой для соединения базы с базовым электродом, Глубина диффузионной области в контактном окне больше, чем в базовой области. Между базовым контактным окном и эмиттерным контактным окном находится слой диэлектрика шириной менее суммы глубин проникновения под него базовой области и базовой контактнойобласти 2-5 мкмНедостатком способа является то. чтоперекрытие контактной и основной базовой области происходит под узкой перемычкой маскирующего слоя между окнами под контактную и основную базовую диффузию в пределах очень тонкой базовой области ( = 1 мкМ. а для ВЧ транзисторов= 0.3 мкМ) и составляет некоторую ее часть, т.е во-первых, необходимо перекрытие двух диффузионных областей их боковыми искривленными диффузионными фронтами, в результате чего в месте их перекрытия уменьшается глубина залегания диффузионных слоев основной и контактной базовых областей, ведущее к ослаблению свойств р-и перехода коллектор-база. ВовтОрых, диффузионный фронт высоколегирован ной контактной диффузии (для бора в и-р-и транзисторе поверхностная концентрация 5 10 см , дуя фосфора в р-п-р транзисторе 1 20 см . т.е. предельная24концентрация растворимости примеси) не должен касаться объемного заряда эмиттер-базового р-и перехода и, тем более, самого бокового диффузионного фронта эмиттерной области, что приводит к уменьшению как эффективности эмиттера, так и пробивного напряжения перехода эмиттербаза,Перекрытие вышеупомянутых диффузионных областей проводят под маскирующим покрытием шириной менее суммы глубин проникновения под него двух диффузионных областей, т.е, процесс очень критичен не только к очень тонкому согласованию параметров диффузионных слоев, но и требует фотографирования с высоким разрешением со строго контролируемым боковым подтравливанием маскирующего промежутка между окнами для диффузии. Уменьшение же толщины маскирующего слоя для уменьшения величины бокового подтравливания при фотогравировке ограничено условием эффективного маскирования по меньшей мере двух диффуэией. высоколегированной контактной и основной базовой, а также и эмиттерной Описанное выше свидетельствует о сложности способа и невысоких частотных характеристиках, так как способ в конечном счете не позволяет получить очень мелкие дифФузионные области.Целью изобретения является упрощение способа и повышение предельных частот усиления.Цель достигается тем, что диффузию контактной примеси осуществляют в окислительной атмосфере до поверхностной концентрации одного порядка с концентрацией на границе перехода эмиттер-база, а окно под диффузию базовой и эмиттерной примесей выполняют смыкающимся с окном под контактную диффузию или частично его перекрывающим.При такой совокупности операций приемы фотолитографии на этапе создания 5 10 15 20 25 30 35 контактной, базовой и эмиттерной областей становятся некритичными, так как соединение базовой и контактной областей при диффузии происходит не в области тонкой базы, а за ее пределами, без уменьшения глубины залегания диффузионных слоев базовой и контактной областей.Таким образом. полностью исключаются изложенные выше недостатки способа- прототипа,На фиг,1-4 показаны основные этапы изготовления транзисторной структуры с частично перекрывающимися окнами под контактную и базовую диффузии; на фиг,5-9 - то же, со смыкающимися окнами,На исходном полупроводниковом теле, например, и-типа проводимости, - подложке 1, создают маскирующее покрытие 2. затем через окно 3, вскрытое в этом покрытии, формируют диффузионную контактную область 4 с типом проводимости, противоположным типу проводимости подложки,В процессе диффузии на поверхности окна выращивают или осаждают закрытое покрытие 5. Далее, фотогравировкой открывают окно 6. имеющее перекрытие 7 с окном 3. Через окно 6 последовательно с помощью диффузии формируют основную базовую область 8 и эмиттерную 9. Затем создают (возмокно - в процессе дифФузии) изолирующее покрытие 10, Далее вскрывают контактные окна 11 и 12 и проводят диффузию подлегирования с образованием области 13 в контактной области 4 с последующим созданием контактной металлизации 14 и 15 к эмиттерной и базовой областям.Контакт к коллектору и - р - и транзисторной структуры осуществляют через другую сторону подложкй.Смыкание окон под контактную и базовую диффузии, позволяющее получить минимально необходимое перекрытие диффузионных областей, получают при использовании дополнительного маскирующего покрытия, например нитрида кремния со свойствами, резко отличными от свойств маскирующего покрытия 5, например двуокиси кремния.При этом после создания на подложке 1 в маскирующем покрытии 2 окна 3 на всю поверхность осаждают маскирующее покрытие 16 и фотогравировкой оставляют в окнах 3 участки покрытия 17, После этого проводят диффузию для формирования контактной области 4. В процессе диффузии на поверхности окна 3, свободной от маскирующего покрытия 16, выращивают защитное покрытие 5. Далее удаляют участки 17 маскирующего покрытия 16 и в открывшееся окно проводят последовательно диффузию базовой и эмиттерной примесей для концентрации примеси И 1 в контактном окобраэования и-р-п структуры транзистора. не,Последующие этапы аналогичны показан-В то же время переходное сопротивленым на фиг.3 и 4:ние контакта к базовой области остаетсяП р и м е р 1.Для осуществления спосо достаточно малым и может быть еще уменьба полупроводниковую подложку кремния шено при увеличениизуровня легированияи-типа подвергают термическому окисле- базы до йз 2=2 10 см (и соответствующе 19, нию в комбинированном режиме в среде го ему"увеличения уровня легирования консухого и увлажненного паРами водй кйсло-такта и базе) при сохранении величинь 1рода при 1000-1200 С.,;. 10 прибивного"натяжения перехода эмиттерФотогравировкой в выращенном.окис- база на"уровне транзистора 2 Т 93 ОА,пе 2 кремния вскрывают окно 3 для образо-: Кроме того, самосовмещение внешних. вания диффузионной области 4 под контакт границ змиттерной и базовой области не. к базе, область 4 формируют имплзктацией . выявляет искривление Фронта базовой при. бора ипи диффуэией из борного.ангидрида 15 Меси, как следствие эффекта эмит 1 ерногоВ 20 з при Т=940 С до йз 70-100 Ом/квадрат,: вытеснения базовой примеси, что улучшаетПосле снятия боросиликатного стекла при как пробивное напряжение обоих р-и первдальнейшей "рззгонке" прймеси.в окисля 1 о- ходов, так и"усилйтельнме свойства транзи щей среде кислорода нв поверхности окна - сторов, ,выращивают маскирующую плейку ЙО 2 до ЭмиттернуЮ область 9 формируюг диф-"статочнойтолщины (0,6-0.9 мкм) для маски-". Фузией. например. Фосфора из .РоОз прирования последующей дифффузий, 8 . 950-1050 С до Из=1 10 1. См З С ПереКомпроцессе этого окисления и последующих.:йейсациеййроводимостй до й-типа. На по-диффузий концентрация примеси на повер- : верхности: окна 6 образуется слойхности кремния в окне под окислом умень" 25 Фосфоросйликатйогостекла 10,. в которомаается за счет сеграций бора граиицевскрываотконтактйоеокно 11 подметаллираэдепа кремнййокись кремния до зна-: эацию эмиттеря; одновремейно вскрываютчений йз 1-(510 -1 10 в)., :, .: . контактноеокйо 12 к базовой области, ПроНеобходимо, чтобы это значенйе Из 1 ведение диФФузйиэмиттерной примесибыло такого же порядка, что и на границе 30 возможно и другим способом безвцращи-.,змиттер-базового перехода иниже поверх- вания ФС стекла.8 этом.случаепрй открыностной концентрации в окнеб после сФор- - -том эмйттерном окне открывается лишь .мирования.основной базовой области 3,базовое коггтактное окно.Для формирования базовой области.При невысокой конечной (Из=51017Диффузию базовой йримеси (1 стадий) 35 1018/см ) степени легирования контактнойпроводят из ВгОз и дальнейшую ее разгонку . базовой области при открытых контактах: и(И стадия) ведут в неокисляющей поверхйо к эмиттеру и к базе проводят диффузию подсти кремния атмосфере. например аргойелегирования базовой области с поверхностили азоте, для значения поверхностной кон-нбй концентрацией 1 10. см мейьшей,. центрации йр=(5 10 -1 10 /см По чем в змйттере,для искл 1 очения егопере 1 З , 19 -Зскольку 1 стадия диффузии ведется в . компенсации. Далееследуетсозданиеконинертной среде. то значение поверхноСт-: такта с помощью металлизацйи 14 и 15,ной концентрации изменяется в меньшей например, алюминием к открытым контактстепени и сохраняется высОким, В силуэто-: ным окнам.го 3 стадиадиффузииформируютиз расчета 45 П р и ме р 2. Полупроводниковую поднеобходимого конечного зйаченйя концент-; ложку кремния и-типа подверга 1 оттермичерации йзг(510 -1 10 /см ., После зто- скому окислению в комбйнированномго, в то же окно 6 проводят диффузию режиме всРеде сухого и увлажненного пафосфора для формирований эмиттера 8,:рами водыкислорода при 1000-1200 ОС,Диффузионная эмиттерная область при 50 Фотогравировкой в выращенном окисэтом самосовмещается с базовой. В резуль- лв 2 кремния вскрывают окно 3. После этоготате граница компенсирования базовой"наносФт"слойнитридакремния 16 толщинойпримеси змиттерной проводятйенаповер досгагочной для маскирования кремния отхности базовой области и под окйслом споследующих примесей, Затем проводятуменьшающимся уровнем"концентрвции,55 Фотогравировку по нитриду кремния, оставбазовой примеси до йзз.5 10 см .:ляя участкинитрида 17 в окне 2. Далее фор 17 ЗУровень пробивных напрйжений пе- мируют область контакта к базе илирехода эмиттер-база обеспечивают вы. имплантацией бора или дйффузией из борбрайным" значением "повефхЪостной ного ангидрида 620 з пои 940 С до йз=70705924 100 Ом/квадрат), После снятия боросиликатного стекла при дальнейшей "разгонке" примеси в окисляющей среде кислорода на поверхности окна 3 выращивают маскирующую пленку 902 5 достаточной толщины для маскирования последующей диффузии.Условия по уровням концентраций такие же, как в примере 1,Затем в селективном травителе по Взй 4 удаляют локально участки 17 и проводят диффузию базовой примеси ( стадия).Все последующие этапы изготовления и-р-и структуры аналогичны раСсмотренным в примере 1. Формула изобретенияСПОСОБ ИЗГОтааЛЕНИЯ МОЩНЬХ ВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР, включающий диффузию контактной примеси.в полупроводкиковую подложку через маскируащее покрытие, создание в.маскирующем покрытии окна под диффузию базовойи змйттерной примесей, диффуэйонйое легироаание для создания базовой, а затем-змиттерной областей, отли;зющийся тем, что, с целью упрощения,у Изобретение позволяет упростить способ изготовления транзисторов ряда типов за счет отсутствия критичных операций фотолитографии. Кроме того. изобретение по зволяет получить тонкие диффузионныеобласти, а также улучшенные частотные характеристики,(56) Альтман, О новинках на международных конференциях по твердотельным 10 схемам. Электроника. М 26, 1975, с,72 - 73.Полупроводниковые приборы ЧТУ 1175 (ЧТУ а АО 339.036 ТУ 22.11.76. Транзисторы типов 2 Т 930 А, 2 Т 9306 Б).Патент США15 М 3698077. кл. 29-578, опублик. 1968. способа и повышения предельных частот 20 усиления, диффузию контактной примесиосуществляют в окислительной атмосфере до поверхностной концентрации, одного порядка с концентрацией на границе перехода эмиттер-база, а окно под диффузию.25 базовой и эмиттерной примесей выполняют смыкающимся с окном пад контактную диффузию или частично его перекрываю. щим,РагХФ 6 М. Петрова Редактор О. Юркова Корре Заказ 3188 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 П роиэводственно-издательский комбин Составитель Н Техред М.Мор Ярмолюк тал т "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101