Спосіб виготовлення високочастотних біполярних n-p-n транзисторів

МПК HOIL 7/34 СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИСОКОЧАСТОТНИХ БІПОЛЯРНИХ п-р-п ТРАНЗИСТОРІВ Винахід відноситься до електроніки , зокрема до технології виготовлення дискретних та інтегральних високочастотних біполярних n-p-п транзисторів. Відомий спосіб виготовлення біполярних n- p-п транзисторів [Кремниевые планарные транзисторы. Под ред. Я.А. Федотова. - М: Сов. Радио, 1973. - с П.], який містить формування на епітаксійному шарі n-типу шару окислу, формування базової області за допомогою фотолітографії, уведення бору й розгонки та формування області емітера. Недоліки цього способу пов'язані з використанням одної базової області як для активної частини бази транзистора, так і для пасивної частини бази транзистора. До них відносяться: і і а) Використання високого рівня легування базової області для отримання якісних базових контактів, що зменшує пробивну напругу UEBO через високу концентрацію домішки в емітерному р-n переході (NEB), І ЩО призводить до отримання невисокої пробивної напруги Uf&o за лавинним пробоєм через закруглення р-n переходу колектор-база на межі базової області по периферії. Низька пробивна напруга UEBO, UKEO зменшує вихід придатного та надійність. б) Високі концентрації домішки NEB зменшують час життя й коефіцієнти дифузії носіїв, потребуючи для отримання достатніх підсилювальних та частотних властивостей формування бази малої товщини , що зменшує пробивну напругу колектор-емітер (UKEO), збільшуючи вірогідність "проколів" бази, зменшуючи тим самим вихід придатного й надійність Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб виготовлення високочастотних біполярних n-p-п транзисторів [Патент СІЛА № 3795553, кл. HOIL 7/34, опубл 1971 р.прототип], який містить формування на епітаксійному шарі n-типу шару окислу, формування першої базової області за допомогою фотолітографії, уведення домішки бору й розгонки, формування другої базової області за допомогою фотолітографії, уведення домішки бору й розгонки на глибину, меншу, ніж глибина першої базової області, та формування емітера. При цьому друга базова область використовується як активна база. В цьому способі для підвищення пробивної напруги UKEO І UKEO за лавинним механізмом пробою периферійну зону базової області створюють з більш глибоким заляганням домішки, ніж активну зону бази під емітером. Однак, пробивна напруга UEBO В цьому способі має низькі значення, тому що концентрація NEE Є ВИСОКОЮ. Крім того, при високій концентрації NEE через низькі коефіцієнти дифузії та часи життя носіїв в базі потрібно використання малої товщини бази, що зменшує пробивну напругу колекторемітер по змиканню, збільшує вірогідність "проколів" бази, зменшуючи вихід придатного й надійність Більш глибокі периферійні р+-області раніше змикаються з низькоомним п +-шаром колектора ніж ОПЗ р-n переходу колектор-база під емітером, що зменшує пробивну напругу UKEO, зменшуючи вихід придатного та надійність. Збільшення товщини високоомного колекторного шару збільшує опір колектора, підвищуючи некорисну розсіяну потужність на колекторі транзистора, що призводить до зменшення виходу придатного й надійності. В основу винаходу покладено задачу створення способу виготовлення високочастотних біполярних п-р-п транзисторів, при якому б використовувалась послідовність операцій, яка б забезпечила збільшення виходу придатного й надійності. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення високочастотних біполярних n-p-п транзисторів, який містить формування на епітаксійному шарі п-типу шару окислу, формування першої базової області за допомогою фотолітографії, уведення домішки бору й розгонки, формування другої базової області за допомогою фотолітографії, уведення домішки бору й розгонки на глибину, меншу, ніж глибина першої базової області, та формування емітера, перша базова область застосовується як активна база, а доза домішки бора для її формування визначається за формулою: = 5,5-(KF) \XIS) -(pm ) ; де Кр - заданий коефіцієнт збільшення пробивної напруги UKSO за лавинним механізмом пробою; Xjs - глибина першої базової області, мкм\ рвп - питомий опір епітаксійного шару п-типу, Ом-см. В цьому способі для формування активної бази використовується мала доза домішки для отримання не різкого, а плавного або лінійного переходу колектор-база і невисока концентрація бора в базі та на еміторному переході, а також збільшена товщина бази транзистора. Використання плавного р-n переходу колектор-база дозволяє збільшити пробивну напругу UKEO та UKEO за лавинним механізмом пробою. Зменшена концентрація NES ДОЗВОЛЯЄ ПІДВИЩИТИ пробивну напругу UEBO, а збільшена товщина бази транзистора зменшує кількість "проколів" бази та збільшує пробивну напругу колектор-емітер за механізмом змикання. Збільшення пробивної напруги та зменшення кількості "проколів" бази дозволяють підвищити вихід придатного й підвищити надійність. Застосування плавного переходу дозволяє зменшити ємність колектора і зменшити питомий опір епітаксійного шару, а зменшена концентрація NEB ДОЗВОЛЯЄ зменшити ємність емітера. Коефіцієнт підсилення при більш товстій базі, яка отримується в цьому способі, не змінюється, тому що збільшення товщини бази компенсується збільшенням часу життя та коефіцієнтів дифузії носіїв при зменшеній концентрації базової домішки. Збільшення часу прольоту через більш товсту базу, компенсується зменшенням ємності емітера, зменшенням ємності й опору колектора, що дозволяє отримувати високі межові частоти транзисторів при підвищеній пробивній напрузі. В цьому винаході новими є: - застосування в якості активної бази першої базової області зі зниженою концентрацією домішки в ній; ' - оцінка дози домішки для формування активної бази за формулою, що пов'язує дозу домішки з необхідним коефіцієнтом збільшення пробивної напруги UKEO, З глибиною першої базової області та з питомим опором епітаксійного шару п-типу; - збільшення товщини бази транзистора для підвищення виходу придатного й для підвищення надійності при збереженні високих підсилювальних та частотних властивостей. Винахід ілюструється кресленнями Фіг.1 - структура транзистора після формування першої базової області - активної бази. Фіг. 2 - структура транзистора після формування другої базової області - пасивної бази та після формування емітерів. Прийняті позначення; 1 - низькоомна п+-підкладка дискретного транзистора (або п+-скритий шар інтегрального транзистора), 2 - високоомний епітаксійний шар п-типу, 3 - шар первинного окислу кремнію, 4 - перша базова область - активна база; 5 - шар окислу кремнію над першою базовою областю; 6 - друга базова область, 7 - область емітера. Сутність запропонованого винаходу пояснюється наведеними далі поясненням та прикладом, ПОЯСНЕННЯ. В типовому способі виготовлення високочастотного транзистора з різким р-n переходом колектор-база на епітаксійному шарі n-типу з питомим опором 5 Ом-см при глибині бази Х}$ — (4 ± 0,4) мкм пробивна напруга UKEO за механізмом лавинного пробою складає (124 -ті35) В. Для підвищення виходу придатного і випуску конкурентноспроможних транзисторів необхідно збільшити напругу UKBO ДО значення 240 В. Необхідний коефіцієнт збільшення UKBO буде дорівнювати Кр =240/124=1,94. Доза бору для першої базової області - активної бази - оцінюється за формулою: і буде дорівнювати: Q»5fi. (1.94)"5 • (4.35)1 '" • (5)^ „ 4,1 Вибрана доза буде складати 4 мкКл/см2 ± 10%. ПРИКЛАД На напівпровідниковій підкладці 1 (Фіг. 1) з питомим опором рвп~ 0,01 Ом-см і орієнтацією [111] вирощується епітаксійний шар 2 n- типу з питомим опором РЕП - 5 Ом-см. Отримана епітаксійна структура підлягає термічному окисленню для отримання шару первинного окислу кремнію 3 товщиною (0,5 * 0.8) мкм, в якому за допомогою 1-ої фотолітографії вскривають вікно під першу базу, проводять іонне легування бором дозою 4 мкКл/см2 та проводять розгонку домішки в окислюючій атмосфері при температурі (1150 ¥ 1200)°С, формуючи першу базову область 4 глибиною (4 ± 0,4) мкм і формуючи шар окислу кремнію 5 над цією базовою областю. Після цього за допомогою 2-ої фотолітографії вскривають вікн а під пасивну базу, проводять уведення домішки дифузійним шляхом або іонним легуванням бором дозою (140 ± 40) мкКл/см2 і проводять розгонку домішки в окислюючій атмосфері при температурі 1150 °С, формуючи другу базову область 6 (Фіг 2) у вигляді області, яка оточує область емітера, після чого формують область емітера 7 Отримана таким чином структура транзистора має пробивну напругу VKEO = (50 + 60) В при коефіцієнті підсилення И2 ІЕ - (300 *• 750) од і при межовій частоті f M = (320 ч480) МГц, що за статичними параметрами та характеристиками відповідає транзисторам типу ВСХ 70 фірми "Philips", а за динамічними характеристиками вдвічі краще за них Спосіб виготовлення високочастотних біполярних n-p-п транзисторів Фіг. 1. Фіг. 2. Автори. Фролов О.М Марончук І Є Курак В В