Способ изготовления инжекционных логических интегральных схем

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНЖЕК- ЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий эпитаксиальное наращивание пленки кремния на подложке, термическое окисление, нанесение пленки нитрида кремния, фотогравировку под базовые и инжекторные области, диффузионное легирование, фотограбировку и диффузионное легирование коллекторных областей, вскрытие контактных окон и форг^ирование металлизации, отличают; .и йс я тем, что, с целью увеличения рабочего напряжения и упрощения изготовления структуры, после фотогравировки под базовь'е и инжекторные области проводят травление кремния с подтравливанием под массу на расстояние О,7-0,8.от глубины вытравливаемой канавки, а травление окисла после фотогравировки под коллекторные области проводят вертикально ориентированным пучком ионов.<в(Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО-(ИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„7о8862 (5!14 Н 01 L 21/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ (21) 2575415/18-25 (22) 09.01. 78 (46) 23.09.85. Бюп. Р 35 (72) С.С.Глебов, If.Г.Грицаенко, А.М.Егоров и А.П.Тарасов (53) 621.382(088.8) (56) 1. Патент США N - 3919005, кл. 148-175, опублик. 1975.

2. Патент США N- 3904450, кл. 148-175, опублик. 1975 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНЖЕКЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий эпитаксиальное наращивание пленки кремния на подложке, термическое окисление, нанесение пленки нитрида кремния, фотогравировку под базовые и инжекторные области, диффузионное легирование, фотогравировку и диффузионное легирование коллекторных областей, вскрытие контактных окон и формирование металлизации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения рабочего напряжения и упрощения изготовления структуры, после фотогравировки под базовь е и инжекторные области проводят травление кремния с подтравливанием под массу на расстояние 0,7-0,8 от глубины вытравливаемой канавки, а травление окисла после фотогравировки под коллекторные области проводят вертикально ориентированным пучком ионов.

708862 г зации (2 ), окисла.

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности .оно может быть использовано при изготовлении больших интегральных схем (ИС) с инжекционным питанием. 5

Известен способ изготовления инжекционных ИС, включающий формирование скрытого слоя, выращивание эпитаксиальной пленки п-типа, нанесение пленки нитрида кремния, фотограви- 10 ровку и травление нитрида кремния, глубокое локальное окисление, фотогравировку под базовые и инжекторные области, диффузию бора, фотогравировку под коллекторные области, диф- 1$ фузию примеси, образующей области

n+-типа 1).

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления инжекционных логических ИС, 20 включающий эпитаксиальное наращивание .ленки кремния на подложке, термическое окисление, нанесение пленки нитрида .кремния, фотогравировку год базовые и инжекторные области, 2g диффузионное легирование, фотогравировку и диффузионное легирование коллекторных областей, вскрытие контактных окон и формирование металлиНедостатком известного способа является малое рабочее напряжение эмиттер-коллектор, обусловленное малым расстоянием между этими переходами по поверхности, получаемое в,35 процессе изготовления, а также большая длительность операций глубокого окисления, что удорожает изготовление инжекционных структур и ИС.

Целью изобретения является увели- о чение рабочего напряжения и упрощение изготовления структуры. Это достигается тем, что после фотогравировки под базовые и инжекторные области проводят травление кремния с подтравливанием под маску на расстоянии 0,7-0,8 от глубины вытравливаемой канавки, а травление окисла после фотогравировки под коллекторные области проводят вертикально ори-50 ентированные пучком ионов.

При этом за счет исключения операции глубокого окисления технологический процесс изготовления структуры сокращается, а дополнительное увеличение расстояния между эмиттерным и коллекторным переходами обеспечивается ионно-химическим травлением кремния перед второй операцией диффузии.

Границы коллекторных переходов при этом определяются краями нитридной маски.

Последовательность операций изготовления инжекционной структуры приведена на фиг. 1-6, Каждая из фигур отражает часть технологического процесса изготовления инжекционной структуры; фиг. 1 — эпитаксиальное выращивание, нанесение пленок нитрида и окисла кремния, фиг. 2 — фотогра- . вировка, травление нитрида, окисла и кремния, фиг. 3 — диффузия и образование области базы, окисление, фиг,4— фотогравировка, травление окисла, фиг. 5 — диффузия и образование областей коллекторов, фиг. 6 — фотогравировка, образование металлизированных дорожек.

Пример. На высоколегированную подложку 1 кремния и-типа (фиг. 1) наносят эпитаксиальную пленку 2 того же типа проводимости. Затем термически выращивают пленку 3 SiO толщиной

0,4-0,5 мкм и наносят пленку 4 Si3N+ толщиной 0,2-0,3 мкм. Фотолигографией вскрывают окно, через которое травят в кремнии канавку 5 (фиг. 2) на глубину 0,3-0,4 мкм с одновременным подтравливанием под маску. При ориентации подложки в плоскости (100) или (111) подтравливание происходит на расстояние 0,7-0,8 от глубины канавки, т.е. на 0,2-0,3 мкм. В канавку проводят диффузию бора с разгонкой в окислительной атмосфере. В результате формируют базовую 6 (фиг. 3) и инжекторную 7 области на глубину

1,0-1,2 мкм, покрытие окислом 8 толщиной 0,3-0,35 мкм. Затем фотогравировкой вскрывают в окисле 8 окно 9 (фиг. 4), причем в качестве маски используют фоторезист, а травят вертикально ориентированным пучком ионов без бокового подтравливания

Фоторезист является маской с одной (двух) сторон периметра коллекторных областей. С остальных трех (двух) сторон маской является нависающий край пленки нитрид-окисел, который также подвергается травлению, но его толщина выбрана заведомо больше глубины травления окисла.

В открытые окна производят диффузию фосфора с образованием коллекторных областей 10 (фиг. 5). Выполняют

708862 4 фотогравировку, открывающую окна под контакты 11 (фиг. 6) и формируют рисунок металлизованных дорожек 12.

Режимы и параметры при проведении операций следующие. Эпитаксиальное выращивание производят гидридным методом. Рабочим газом является смесь силана и водорода (SiH+ + Н ). Температура процесса 1050 С, длительность — 1 ч. 30 мин. Толщина получаемой эпитаксиальной пленки 5

6 мкм.

Термическое окисление проводят при 1150 С последовательно в среде сухого, влажного и сухого кислорода соответственно 20, 40 и 20 мин.

Пленку нитрида кремния выращивают пиролитическим осаждением в газовой среде Н + SiH + NH при 950 С

Длительность процесса 4 мин.

Травление кремния по плоскости (111) проводят в медленном изотропном травителе (время травления

5-7 с).

Перед травлением кремния по плоскости (100) необходимо сориентировать фотошаблон на диске кремния таким образом, чтобы окна на фотошаблоне располагались вдоль кристаллографического направления (»O).

Травление производят в анизотропном травителе, время травления 40 с.

Диффузию бора осуществляют в две стадии. Первую стадию выполняют при 950 С, 45 мин в потоке газа-носителя, в качестве которого используют. аргон, источником примеси является борный ангидрид В О>. Температура в зоне источника 950 С. После первой стадии проводят удаление борно-силикатного стекла. Вторую стадию диффузии бора выполняют при

1150 С поочередно в потоке сухого, влажного и сухого кислорода. Время процесса соответственно 20, 40 и

20 мин для каждой разновидности газа.

Ионно-химическое травление кремния проводят в установке УВН2-И2 с

СО

45 ионным источником типа ИИ 4=015.

Ускоряющее напряжение 11„ „ = 3-4 кч, ток пучка — 180-200 мА, ток соленоида 1,5-2А, ток компенсации (предназначенный для уменьшения заряда в окисле и исключения пробоя окисла) — 50-100 мА. Г ри данных условиях время травления составляет 30—

35 мин.

Диффузию фосфора осуществляют в одну стадию при 1060 С. Длительность процесса складывается из трех стадий: 10 мин в потоке смеси газов кислорода и азота, 10 мин в смеси азота с диффузантом (источником диффузанта служит РОС1 ) и 25 мин в смеси азота с кислородом.

Готовая инжекционная структура (фиг. 6) содержит подложку 1 и-типа проводимости с зпитаксиальной плен.! кой 2 о -типа, базовую область 6 и область 7 инжектора р -типа, один или несколько коллекторов 10 п -типа, двухслойную пленку 3 окисла и 4 нитрида кремния, предназначенные для маскировки при изготовлении локальных областей базы и инжектора структуры, пленку 8 окисла и металлизированные дорожки 12.

Практически не увеличивая размеров по сравнению с прототипом, способ позволяет улучшить параметры, в частности повысить технологичность и увеличить рабочее напряжение структурыы.

Повышение технологичности обусловлено отсутствием операции глубокого окисления, что упрощает процесс изготовления инжекционной структуры и сокращает его длительность. Последнее позволяет на несколько процентов уменьшить себестоимость микросхемы.

Способ позволяет получить инжекционные структуры с повышенным напряжением смыкания, не увеличивая размеры по сравнению с прототипом. Кроме того, улучшается технологичность процесса изготовления инжекционных структур с более высокими напряжениямиа

Фиг. Г

6 о

Фиг.

2 6

Фиг. 6

Техред Ч.Надь Корректор А.Зимокосов

Редактор Л.Утехина

Ф 1лнал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, ч

Заказ 5965/3 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Гзсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5