ТЕСТОВЫЙ ПЛАНАРНЫЙ P-N-P ТРАНЗИСТОР

Полезная модель относится к полупроводниковой технике, а именно - может быть использована для контроля процесса изготовления кремниевых планарных p-n-p транзисторов.
Известен тестовый планарный транзистор, содержащий базовый переход, эмиттерный переход, слой изолирующего окисла на рабочей поверхности, контактные окна к областям базы, эмиттера и коллектора (см. патент США 3774088, класс H01L 19/00 от 20.11.1973 г.).
В данном аналоге тестовый транзистор одинаков по структуре с рабочим транзистором, но для удобства контроля параметров зондами контактные площадки к областям тестового транзистора выполнены в несколько раз больше, чем контактные площадки к рабочим транзисторам.
Однако контроль параметров планарных транзисторов с помощью данного тестового транзистора возможно производить только после операции «Вскрытие контактных окон», вследствие чего корректировать режимы диффузии для получения необходимых параметров планарных транзисторов (коэффициент усиления, пробивное напряжение) достаточно трудоемко и с существенной задержкой по времени. Поэтому существенным недостатком данного аналога является низкая оперативность контроля процесса изготовления планарных транзисторов и существенная погрешность измерений из-за наличия дополнительных контактных площадок большой площади.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является тестовый планарный транзистор, содержащий рабочий транзистор с базовым переходом, эмиттерным переходом, слоем изолирующего окисла на рабочей поверхности (см. патент США 3666573, класс H01L 21/00 от 30.05.1972 г.).
Контроль параметров транзисторов проводят, подключая измерительную систему через зонды к контактным окнам базы, эмиттера и коллектора транзистора.
Однако оперативность контроля с помощью такого тестового транзистора особенно при изготовлении планарных p-n-p транзисторов также достаточна низкая, так как p-n-p транзисторы кроме базового перехода, эмиттерного перехода, слоя изолирующего окисла на рабочей поверхности содержит окно в окисле для дополнительного легирования базы, область дополнительного легирования базы при формировании омического контакта. Область по дополнительному легированию базового контакта формируют после формирования эмиттера. Контроль параметров транзистора проводят через контактные окна к области дополнительного легирования базы и эмиттеру. Наличие добавочных операций по формированию дополнительного легирования базы снижает оперативность контроля и затрудняет корректировку процесса диффузии в эмиттер для получения нужных значений коэффициента усиления и пробивных напряжений.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение оперативности контроля с помощью предлагаемого тестового планарного p-n-p транзистора.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных тестовых планарных p-n-p транзисторов, содержащих рабочий транзистор с базовым переходом, эмиттерным переходом, слоем изолирующего окисла на рабочей поверхности, область дополнительного легирования базы, окно в окисле для дополнительного легирования базы, контактные окна к областям базы, эмиттера и коллектора в предлагаемом в слое изолирующего окисла содержится дополнительное контактное окно над эмиттером, сформированное одновременно с контактным окном в окисле для дополнительного легирования базы.
Наличие в предлагаемом тестовом p-n-p транзисторе дополнительного контактного окна над эмиттером, сформированного одновременно с контактным окном в окисле для дополнительного легирования базы позволяет контролировать параметры транзистора, в частности, коэффициент усиления, непосредственно перед формированием слоя дополнительного легирования базы, что повышает оперативность контроля. Если коэффициент усиления ниже нормы, проводят дополнительную диффузию эмиттера путем прямого отжига структуры в диффузионной печи, например, в инертной атмосфере.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунком. На фиг. 1 приведен разрез пластины с тестовым планарным p-n-p транзистором. Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая подложка p-типа проводимости;
2 - эпитаксиальная пленка p-типа проводимости;
3 - тестовый транзистор;
4 - рабочий транзистор;
5 - окно к базе для дополнительного легирования;
6 - область базы n-типа;
7 - область эмиттера;
8 - изолирующий окисел;
9 - дополнительное контактное окно над эмиттером;
10 - зонды для контроля параметров транзисторов;
11 - измерительная схема контроля коэффициента усиления транзисторов;
12 - контакт коллектора.
Ниже описана конструкция предлагаемого тестового планарного p-n-p транзистора и основные этапы его изготовления.
2
2
2
2
На кремниевой подложке p-типа проводимости 1 ориентации 111 сформирована эпитаксиальная пленка p-типа проводимости 2 толщиной 12 мкм и сопротивлением 9 Ом⋅см. Через маску из изолирующего окисла 8 методом ионной имплантации формируется область базы n-типа 6 тестовых транзисторов 3 и рабочих транзисторов 4 - доза фосфора 25 мкКл/см, энергия 60 кэВ; разгонка фосфора происходит при температуре 1150°C в течение 85 минут до глубины 3,0-3,2 мкм и поверхностного сопротивления 100-120 Ом/см. Далее методом ионной имплантации формируется область эмиттера 7 тестовых транзисторов 3 и рабочих транзисторов 4 - доза бора 1200 мкКл/см, энергия 40 кэВ; разгонка бора происходит при температуре 1100°C до глубины 1,5-2,0 мкм и поверхностного сопротивления 10-15 Ом/ см. Далее вскрывают окна к базе для дополнительного легирования 5 тестового транзистора 3 и рабочего транзистора 4. Для проведения операции дополнительного легирования базы, одновременно в тестовом транзисторе 3 вскрывают дополнительное контактное окно над эмиттером 9. Контакт коллектора 12 с обратной стороны подложки сформирован термическим напылением золота толщиной 0,7 мкм. Затем проводят измерения коэффициента усиления на тестовом транзисторе 3 зондами 10 с помощью измерительной схемы контроля коэффициента усиления транзисторов 11.
Если коэффициент усиления недостаточен, то проводят дополнительную термообработку эмиттера в инертной атмосфере и снова контролируют коэффициент усиления тестового транзистора.
Затем проводят дополнительное легирование базы диффузией фосфора при температуре 950°C течение 25 минут. Далее вскрывают контактные окна над областями базы и эмиттера, наносят слой металла, проводят фотолитографию, термообработку и разбраковку транзисторов по электрическим параметрам.
Предлагаемый тестовый планарный p-n-p транзистор позволяет проводить контроль коэффициента усиления транзисторов не в конце процесса изготовления, а непосредственно после формирования области эмиттера, что позволяет повысить оперативность контроля процесса изготовления планарных p-n-p транзисторов.
После изготовления пластины с транзисторами на рабочем транзисторе замеряют коэффициент усиления. Если коэффициент усиления получился больше, чем необходимо, то его корректируют известными методами (например, обработкой электронами с энергией 1-2 МэВ).
Таким образом, тестовый транзистор позволяет оперативно корректировать коэффициент усиления при пониженных его значениях (после диффузии эмиттера), а рабочий транзистор позволяет корректировать коэффициент усиления при его повышенных значения, уже после изготовления транзисторов.
2
Предлагаемый тестовый планарный p-n-p транзистор служит только для контроля качества диффузии при формировании эмиттера и не пригоден в качестве рабочего транзистора, т.к. область эмиттера содержит слой дополнительного легирования базы. Потери рабочих транзисторов от применения тестового транзистора невелики и составляют 0,06% при использовании пластин диаметром 100 мм, рабочих транзисторов площадью 1 мм и 5 тестовых транзисторов.