ПЛАНАРНЫЙ КРЕМНИЕВЫЙ P-N-P ТРАНЗИСТОР

Полезная модель относится к полупроводниковой электронике, а в частности - к конструкциям биполярных транзисторов.
Известен планарный кремниевый p-n-р транзистор, состоящий из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера (см., патент RU 2025826 опубл., 30.12.1994.).
Для повышения коэффициента усиления транзистора конечную температурную обработку проводят в 2 стадии. Двухстадийная термообработка переводит примеси из положения равновесия в узле решетки в неравновесное положение в междоузлии, тем самым увеличивая время жизни неосновных носителей заряда.
Температурная обработка приводит к значительному перераспределению примесей, поэтому сложно контролировать соотношения пробивного напряжения коллектор-эмиттер и коэффициента усиления по току даже при двухстадийной низкотемпературной обработке. Также, двухстадийная обработка не всегда эффективна и значительная часть примесей снижающих время жизни неосновных носителей заряда может оставаться в активных областях транзистора.
Указанный недостаток устранен в конструкции планарного кремниевого p-n-р транзистора состоящего из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, области подлегирования базы, контактных окон к этим переходам и геттерирующего слоя (см., патент SU 240852 опубл., 01.04.1969.).
Геттерирование металлических примесей (прежде всего, быстро диффундирующих атомов металлов Cu, Fe, Au и др.) является хорошо известным методом для увеличения времени жизни неосновных носителей заряда кремниевых пластин, что повышает коэффициент усиления транзистора.
2
5
2
5
Чаще всего для увеличения коэффициента усиления используется геттерирующий слой PO. Эффект генерирования - это извлечение нежелательной примеси в объеме полупроводника. На пластину с готовой транзисторной структурой, в которой открыты контактные окна ко всем областям, формируют геттерирующий слой РО. Геттер находится близко к активным областям и позволяет эффективно вытягивать примеси. Подбором времени геттерирования можно получить требуемый коэффициент усиления.
Однако из-за диффузии фосфора в область эмиттера может возникнуть паразитный n-слой. Паразитный слой уничтожается при вжигании контактов алюминия при температуре более 520°С.
Алюминий практически не растворяется в кремнии, в то время как в алюминии может растворяться до 1,65 ат. % кремния. Следствием такого взаимодействия является растворение кремния из эмиттерного слоя в алюминиевой металлизации.
В диапазоне 500-577°С происходит резкий рост глубины проникновения алюминия в кремний до 1,25-1,45 мкм, что ведет к образованию глубоких пустот в кремнии и проколу р-n переходов. Этот эффект особенно влияет на дрейфовые транзисторы. Избежать термообработки ИС после формирования металлизации невозможно, так как термообработка необходима для формирования собственно контакта к полупроводнику.
2
2
Снизить температуру можно при использовании силицидов (PtSi, TiSi, CoSi, NiSi) или алюминия, легированного кремнием до концентраций в пределах существования области твердого раствора. Но, при этом остается паразитный n-слой в области контактного окна эмиттера.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение коэффициента усиления биполярного p-n-р транзистора и повышение надежности без усложнения технологического процесса.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства планарного кремниевого p-n-р транзистора, состоящего из подложки, коллекторного эпитаксиального слоя, планарных переходов базы и эмиттера, области подлегирования базы, контактных окон к этим переходам, геттерирующего слоя, в предлагаемой полезной модели геттерирующий слой в контактном окне эмиттера выполнен в виде квадратных участков, расположенных в шахматном порядке с шагом 3 мкм<А<4 мкм.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что геттерирующий слой в контактном окне эмиттера выполнен в виде квадратных участков расположенных в шахматном порядке с шагом 3 мкм<А<4 мкм.
Из-за того что геттрирующий слой сформирован не на всей площади контактного окна, паразитный n-слой отсутствует в квадратных областях где геттерирующий слой не нанесен. Это обеспечивает контакт наносимого металла (алюминия) со свободными от паразитного слоя областями эмиттерного слоя. Таким образом, паразитные n+ области шунтируются металлизацией контактов.
Шаг менее 3 мкм ухудшает технический результат полезной модели, из-за того, что локальные области геттерирующего слоя размером менее 3 мкм хуже притягивают к себе примеси, которые пагубно влияют на время жизни носителей заряда.
В отличие от прототипа, где база является эпитаксиальной (диффузионной) в предлагаемой полезной модели база является дрейфовой с глубиной залегания р-n перехода не более 4 мкм. Поэтому при шаге более 4 мкм повышается влияние паразитного n-слоя в эмиттере на работу транзистора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами 1 и 2. На фиг. 1 приведен схематичный разрез предлагаемого структуры планарного кремниевого p-n-р транзистора. На фиг. 2 приведен схематичный вид сверху на биполярный транзистор после нанесения геттерирующего слоя.
Позициями на фиг. 1-2 обозначены:
1 - кремниевая высоколегированная р+ подложка;
2 - эпитаксиальный слой р-типа;
3 - планарный переход базы n-типа;
4 - планарный переход эмиттера р-типа;
5- области подлегирования базы n-типа;
6 - слой оксида кремния;
7 - контактные окна к планарным переходам базы и эмиттера;
8 - геттерирующий слой;
А - шаг участков геттерирующего слоя в контактном окне эмиттера.
Ниже описан пример реализации предлагаемой полезной модели в технологическом процессе изготовления планарного кремниевого р-n-р транзистора.
На кремниевой высоколегированной р+ подложке 1 с удельным сопротивлением 0,005 Ом⋅см, со сформированным эпитаксиальным слоем р-типа 2 с сопротивлением 3,5 Ом⋅см толщиной 12 мкм, путем диффузии фосфора при температуре 1060°С формируют планарный переход базы n-типа 3 глубиной 4 мкм. В планарном переходе базы n-типа путем диффузии бора при температуре 1100°С формируют планарный переход эмиттера р-типа 4 глубиной 2,5 мкм, далее формируют области подлегирования базы n-типа 5.
2
5
2
5
Диэлектрический слой оксида кремния 6 толщиной 0,9 мкм сформирован сухим термических окислением поверхности кремния при температуре 1100°С. Контактные окна к планарным переходам базы и эмиттера 7 сформированы селективным травлением оксида кремния. После чего транзисторную структуру подвергают термообработке в парах хлорокиси фосфора, в результате чего на поверхности образуется геттрерующий слой РО. Далее проводят фотолитографию, формируя в геттерирующем слое РО 8 квадратные участки, расположенные в шахматном порядке с шагом 3 мкм<А<4 мкм. После чего проводят термообработку при температуре 950°С.
В таблице 1 представлен коэффициент усиления планарных кремниевых p-n-р транзистор с с геттерирующем слоем и без.
Таким образом, экспериментально подтверждено, что конструкция транзистора с геттерирующим слоем в контактом окне эмиттера, выполненым в виде квадратных участков, расположенных в шахматном порядке с шагом 3 мкм<А<4 мкм, увеличивает коэффициент усиления на 60%.