Способ изготовления мощного кремниевого транзистора

 

Использование: микроэлектроника, изготовление мощных кремниевых транзисторов с высоким коэффициентом усиления по току и низким уровнем шума. Сущность изобретения: для изготовления мощного кремниевого транзистора с высоким коэффициентом усиления по току и низким уровнем шума, имеющего компенсированную эмиттерную область с пониженной плотностью центров рекомбинации, степенью легирования N_s<<3·20 ат/см³, формируют в течение 1-40 ч при T=1100-1250ºС в высокоомном слое исходной полупроводниковой структуры первого типа проводимости базовую область второго типа проводимости глубиной 5-45 мкм, проводят предварительную диффузию эмиттерной примеси первого типа проводимости в течение 5-100 мин при Т=800-1000ºС и затем проводят совместную разгонку указанных базовой и эмиттерной примесей в течение 1-20 ч при T=1100-1250ºС. в результате которой эмиттерная область первого типа проводимости, образованная эмиттером, имеющим атомный радиус, меньший или больший, чем атомный радиус кремния, компенсируется на глубину h элементом, имеющим атомный радиус, больший или соответственно меньший, чем атомный радиус кремния. Новым в способе является то, что компенсирующий элемент имеет второй тип проводимости, противоположный типу проводимости эмиттерной области, а процесс компенсации указанной эмиттерной области совмещен с процессом подлегирования приповерхностной части базовой области и проводится в течение 0,1-20 ч при T=1100-1250ºС, причем выполняется соотношение 0,4H<<h<<H, где Н - конечная глубина эмиттера. 6 ил.

Изобретение относится к полупроводниковому производству, а именно к способу изготовления мощного кремниевого транзистора с высоким коэффициентом усиления по току и низким уровнем шума. Целью предложенного способа изготовления мощного кремниевого транзистора является уменьшение числа высокотемпературных процессов при формировании его полупроводниковой структуры. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления мощного кремниевого транзистора с высоким коэффициентом усиления по току и низким уровнем шума, включающем создание в высокоомном слое кремниевой n-n⁺-структуры эмиттерной области, легированной примесью первого типа проводимости, имеющей атомный радиус, больший или меньший атомного радиуса кремния, создание базовой области, легированной примесью второго типа проводимости, одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей, легирование эмиттерной области на глубину h компенсирующей примесью, имеющей атомный радиус, соответственно, меньший или больший атомного радиуса примеси первого типа проводимости эмиттерной области, и подлегирование базовой области примесью второго типа проводимости, подлегирование базовой области примесью второго типа проводимости и легирование эмиттерной области компенсирующей примесью на глубину h проводят одновременно при 1100-1250^oС в течение 0,1-20 ч, для чего в качестве компенсирующей примеси используют галлий или бор, причем 0,4H<h<H, где Н конечная глубина эмиттера, создание базовой области производят при 1100-1250^oС в течение 1-40 ч, создание эмиттерной области производят путем диффузии фосфора при 800-11OO^oC в течение 5-100 мин, а одновременную разгонку эмиттерной и базовой примеси проводят при температуре и времени, выбираемых из интервалов 1100-1250^oС и 1-20 ч из условия обеспечения степени легирования эмиттерной области N_s<3·10²⁰ ат/см³. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления мощного кремниевого транзистора с высоким коэффициентом усиления по току и низким уровнем шума отличается тем, что элемент, компенсирующий на глубину h эмиттерную область глубиной Н имеет тип проводимости, противоположный типу проводимости эмиттерной области, сам процесс компенсации указанной эмиттерной области совмещен с процессом подлегирования приповерхностной части базовой области и проводимости в течение 0,1-20 ч при Т= 1100-1250^oС, причем выполняется соотношение 0,4H<h<Н, создание базовой области производят при 1100-1250^oС в течение 1-40 ч, создание эмиттерной области производят путем диффузии фосфора при 800-11OO^oC в течение 5-100 мин, а одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей проводят при температуре и времени, выбираемых из интервалов 1100-1250^oС и 1-20 ч из условия обеспечения степени легирования эмиттерной области N_s<3·10²⁰ ат/см³. Понятно, что сущность изобретения не изменится, если создание базовой области проводить перед созданием эмиттерной области или если создание эмиттерной облаcти проводить перед созданием базовой области мощного транзистора. Следует отметить, что способ уменьшения плотности центров рекомбинации в эмиттерной области, имеющей первый тип проводимости и образованной элементом с атомным радиусом, меньшим (большим) атомного радиуса кремния, с помощью ее компенсации элементом, имеющим атомный радиус, больший (меньший) атомного радиуса кремния, специалистам известен давно (например, заявка Франции N 7227896, 1972 г. ). Однако для известных процессов компенсации эмиттерной области использовали либо элементы того же типа проводимости, что и сама эмиттерная область, причем сам компенсирующий слой по понятным специалистам причинам в этом случае был неглубоким и сильнолегированным, либо нейтральные элементы типа Ge, Sn или С, ухудшающие электрические характеристики полупроводниковых приборов. Таким образом, сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в области полупроводникового производства не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения "существенные отличия". Изобретение поясняется фиг. 1-6. Понятно, что область применения способа согласно изобретению не ограничивается транзисторами, а охватывает тиристоры, выпрямительные диоды, интегральные микросхемы и любые другие полупроводниковые приборы. На фиг. 6 изображена зависимость коэффициента шума мощного транзистора от глубины компенсированного слоя эмиттера. Предлагаемый способ изготовления мощного кремниевого транзистора реализован следующим образом. В исходной кремниевой n-n⁺-структуре (фиг. 1) с удельным сопротивлением 45 Ом·см и толщиной высокоомного слоя 1 80 мкм и глубиной n⁺-слоя 2 180 мкм при Т=1220^oС в течение 12 ч методом диффузии бора из легированного окисла формируют базовую область 3 р-типа глубиной 15 мкм c поверхностным сопротивлением 210 Ом/□. При этом на поверхности базовой области известным способом формируется термический окисел 4 толщиной 0,5 мкм (фиг. 2). После процесса фотолитографии при T=900^oС в течение 40 мин проводят низкотемпературную загонку фосфора из РCl₃. Получают эмиттерную область 5 с поверхностным сопротивлением 15 Jv#□ (фиг. 3). Далее при Т=1220^oС в течение 4,5 ч проводят одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей, причем первые 3,5 ч разгонку проводят в среде кислорода, а последний час занимает интервал дополнительного легирования приповерхностного слоя эмиттерной и базовой областей галлием методом диффузии галлия в открытой трубе. В результате получают транзисторную структуру изготавливаемого MT с глубиной базовой области 23 мкм и глубиной эмиттерной области 6 мкм, причем эмиттерная область на глубину 5 мкм компенсирована дополнительным слоем галлия 6 (фиг. 4). После изготовления транзисторной структуры известными способами проводят пассивацию 7 эмиттерного и 8 коллекторного переходов изготавливаемого MT, а также металлизацию 9 и 10 его эмиттера, базы и коллектора (фиг. 5). Изготовленный транзистор имеет коэффициент усиления по току h_21E≥I5(I_к= 10 А) и коэффициент шума F_ш< 10 дБ (l_к= 100 μA). При изготовлении мощного кремниевого транзистора известным способом, когда эмиттерная область, легированная фосфором, компенсируется с помощью дополнительного легирования мышьяком, пришлось бы провести комплекс дополнительных операций, а именно: термическое окисление поверхности кремниевой пластины перед созданием компенсирующего слоя; процесс фотолитографии для вскрытия окна под диффузию As; процесс загонки As; процесс снятия термического окисла и дополнительной химической обработки. Понятно, что проведение указанных дополнительных операций потребовало бы специального оборудования, операторов, дополнительного расхода материалов и энергии. Следует подчеркнуть, что границы глубины компенсированного слоя эмиттера в предложенном способе были определены следующим образом. Верхняя граница (h<H) обусловлена необходимостью обеспечения высокого коэффициента усиления по току, для чего нельзя снижать эффективную концентрацию эмиттера, т.е. компенсированный слой не должен занимать весь эмиттер; "дополнительная" базовая примесь не должна "выходить" в активную базу транзистора. Нижняя граница (0,4 H<h) определена эмпирическим путем исходя из минимального коэффициента шума у MT с одинаковыми диффузионными параметрами при различных глубинах Н эмиттерной области (1. H=4 мкм; 2. H=6 мкм; 3. H=8 мкм). Таким образом, предложенный способ изготовления мощного кремниевого транзистора с высоким коэффициентом усиления и низким уровнем шума позволяет высвободить дорогостоящее оборудование, снизить трудоемкость и энергоемкость технологического процесса, а также уменьшить сложность изготовления MT благодаря ослаблению технологических ограничений на величину получаемых диффузионных параметров компенсирующего слоя. 2

Формула изобретения

1. Способ изготовления мощного кремниевого транзистора, включающий создание в высокоомном слое кремниевой n-n⁺-структуры эмиттерной области, легированной примесью первого типа проводимости, имеющей атомный радиус, больший или меньший атомного радиуса кремния, создание базовой области, легированной примесью второго типа проводимости, одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей, легирование эмиттерной области на глубину h компенсирующей примесью, имеющей атомный радиус, соответственно меньший или больший атомного радиуса примеси первого типа эмиттерной области, подлегирование базовой области примесью второго типа проводимости, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа высокотемпературных процессов, создание базовой области производят при 1100-1250°С в течение 1-40 ч, создание эмиттерной области производят путем диффузии фосфора при 800-1100^oC в течение 5-100 мин, одновременную разгонку эмиттерной и базовой примесей проводят при температуре и времени, выбираемых из интервалов 1100-1250°С и 1-20 ч из условия обеспечения степени легирования эмиттерной области N_s< 3·10²⁰ ат/см³, а подлегирование базовой области примесью второго типа и легирование эмиттерной области компенсирующей примесью на глубину h проводят одновременно при 1100-1250°С в течение 0,1-20 ч, для чего в качестве компенсирующей примеси используют галлий или бор, причем 0,4H<h<H, где Н конечная глубина эмиттера. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создание базовой области проводят перед созданием эмиттерной области.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6