КРЕМНИЕВЫЙ ПЛАНАРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - конструкция кремниевых планарных транзисторов.
Известен кремниевый планарный транзистор, содержащий планарные pn-переходы, защитное покрытие из слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла, окна к pn-переходам в слое защитного покрытия, алюминиевую металлизацию к планарным pn-переходам (см. книгу под ред. Я.А. Федотова «Кремниевые планарные транзисторы», Москва, Советское радио, 1973 г., с. 14; книгу А. Блихера «Физика силовых биполярных и полевых транзисторов», пер. с англ. / Под ред. И.В. Грехова, Ленинград, Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1986 г., с. 18, с. 72).
+
В данном аналоге в качестве защитного покрытия используется слой оксида кремния. Однако в слое оксида кремния всегда содержатся положительно заряженные ионы, обусловленные такими ионизирующими примесями, как положительные ионы натрия, калия, водорода, осаждаемые на поверхность кремния в процессе выполнения технологических операций. Поэтому возникают дефекты или неустойчивые к пробою области. Включения, например, Na способствуют образованию этих дефектов при низкотемпературной обработке после металлизации, проводимой для сведения к минимуму быстрых уровней на границе раздела. Ухудшение пробивной прочности окисла усиливается вследствие взаимодействия окисла с металлом затвора.
+
+
Существенное улучшение прочности защитного слоя оксида кремния достигается при легировании его фосфором. Слой фосфорно-силикатного стекла, нанесенный на слой оксида кремния, собирает ионы Na из слоя оксида кремния, что способствует уменьшению разброса значений порогового напряжения, а это, в свою очередь, улучшает рабочие характеристики полупроводниковых приборов, а именно, пробой, обусловленный дефектами пленки, почти исключается. Слой фосфорно-силикатного стекла, кроме того, служит барьером для ионов Na, дрейф которых к поверхности раздела «оксид кремния - кремний» обусловлен электрическим полем. Таким образом, наличие слоя фосфорно-силикатного стекла позволяет поддерживать значение порогового напряжения близким к его исходной величине при работе приборов.
Однако далее, перед нанесением металлизации, поверхность кремния с защитным покрытием из слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла подтравливают для улучшения омического контакта. При этом часть слоя фосфорно-силикатного стекла удаляется, что ухудшает стабилизирующие свойства защитного покрытия.
Указанный недостаток устранен в наиболее близком к заявляемому кремниевом планарном транзисторе, содержащем планарные pn-переходы, защитное покрытие из слоев оксида кремния, фосфорно-силикатного стекла и дополнительного защитного слоя, окна к pn-переходам в слое защитного покрытия, алюминиевую металлизацию к планарным pn-переходам (см. патент SU 1319752 А1, зарегистрирован в республике Беларусь как патент BY 1676, опубликован 30.06.1997г.).
В данном прототипе в качестве дополнительного защитного слоя используется слой оксида тантала. Благодаря этому, при подтравливании поверхности перед нанесением металлизации оксид тантала не травится и слой фосфорно-силикатного стекла не удаляется, что приводит к повышению стабилизирующих свойств защитного покрытия из слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла.
Недостатком данного кремниевого планарного транзистора является сложность конструкции кремниевых планарных транзисторов, обусловленная дополнительными операциями для формирования слоя оксида тантала: плазменного распыления тантала и фотолитографией.
Техническим результатом данной полезной модели является упрощение конструкции кремниевых планарных транзисторов без ухудшения качества изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного кремниевого планарного транзистора, содержащего планарные pn-переходы, защитное покрытие из слоев оксида кремния, фосфорно-силикатного стекла и дополнительного защитного слоя, окна к pn-переходам в слое защитного покрытия, алюминиевую металлизацию к планарным pn-переходам, в предлагаемой полезной модели между слоем алюминиевой металлизации и pn-переходом нанесен слой ванадия, толщиной 0,01-0,1 мкм.
При нанесении слоя ванадия, например, методом испарения или магнетронного распыления на слой фосфорно-силикатное стекла происходит взаимодействие конденсируемого ванадия с верхним слоем фосфорно-силикатного стекла. В результате этого образуется дополнительный слой ванадиево-силикатного стекла, свойства которого аналогичны свойствам фосфорно-силикатного стекла. При формировании алюминиевой металлизации используется один и тот же травитель для алюминия и ванадия. Этот травитель не удаляет ванадиево-силикатное стекло и прибор остается стабильным.
При толщине слоя ванадия менее 0,01 мкм указанный результат становится не воспроизводимым.
Максимальная толщина слоя ванадия составляет 0,1 мкм. Дальнейшее увеличение толщины нецелесообразно.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 приведен поперечный разрез конструкции кремниевого планарного транзистора.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая подложка p-типа проводимости;
2 - эпитаксиальная пленка p-типа проводимости;
3 - область базы n-типа проводимости;
4 - область эмиттера;
5 - дополнительное легирование базы;
6 - слой оксида кремния;
7 - слой фосфорно-силикатного стекла;
8 - слой ванадиево-силикатного стекла;
9 - слой ванадия;
10 - слой алюминиевой металлизации;
11 - контакт коллектора.
Ниже описана конструкция предлагаемого тестового планарного p-n-p транзистора и основные этапы его изготовления.
2
2
2
На кремниевой подложке p-типа проводимости 1 и ориентации 111 сформирована эпитаксиальная пленка p-типа проводимости 2 толщиной 12 мкм и сопротивлением 9 Ом⋅см. Через маску из слоя оксида кремния 6 методом ионной имплантации формируется область базы n-типа проводимости 3 кремниевых планарных транзисторов - 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 . Далее методом ионной имплантации формируется область эмиттера 4 кремниевых планарных транзисторов - 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 . Далее вскрывают контактные окна под дополнительное легирование баз кремниевого планарного транзистора для проведения операции подлегирования. Затем проводят дополнительное легирование базы 5 диффузией фосфора при температуре 950°C в течение 25 минут, при этом образуется слой фосфорно-силикатного стекла 7. Далее вскрывают контактные окна над областями базы и эмиттера. Перед нанесением слоя металла проводят очистку контактных окон методом декапирования в растворе HF : НО = 1:50 или зачистку поверхности проводят в установке напыления, путем физического распыления ионами аргона. При декапировании или зачистке ионами аргона из контактных окон удаляется остаточный слой оксида кремния и часть слоя фосфорно-силикатного стекла. Затем проводят магнетронное напыление ванадия, при этом при взаимодействии ванадия со слоем фосфорно-силикатного стекла 7 образуется дополнительный слой ванадиево-силикатного стекла 8, а в контактных окнах - слой ванадия 9 (толщиной 0,05 мкм) и алюминия, в результате образуя слой алюминиевой металлизации 10 (толщиной 3 мкм). Далее проводят фотолитографию, термообработку при температуре 450°C и разбраковку транзисторов по электрическим параметрам.
Затем термическим напылением слоя золота толщиной 0,7 мкм формируют контакт коллектора 11.
Как видно из примера изготовления для формирования дополнительного защитного слоя ванадия не требуется дополнительных операций, что упрощает технологический процесс.
обркэ
обркэ
Для определения влияния толщины слоя ванадия на качество кремниевых планарных транзисторов проводились термополевые испытания при температуре 135°C и обратном смещении на переход коллектор-эмиттер 100 В в течение 8 ч. Перед испытанием измерялся средний I на 15 приборах из каждой партии с различной толщиной слоя ванадия, после проведения испытаний транзисторы охлаждались до комнатной температуры без снятия обратного смещения с перехода коллектор-эмиттер и проводились измерения среднего I. Результаты приведены в Таблице 1.
обркэ
обркэ
Для определения влияния толщины слоя ванадия на качество кремниевых планарных транзисторов проводились термополевые испытания при температуре 135°C и обратном смещении на переход коллектор-эмиттер 100 В в течение 8 ч. Перед испытанием измерялся средний I на 15 приборах из каждой партии с различной толщиной слоя ванадия, после проведения испытаний транзисторы охлаждались до комнатной температуры без снятия обратного смещения с перехода коллектор-эмиттер и проводились измерения среднего I.
Анализ таблицы показывает, что термополевая тренировка транзисторов на обратный ток коллектор-эмиттер при наличии слоя ванадия толщиной более 0,01 мкм влияет слабо, что подтверждает эффект влияния дополнительного защитного слоя ванадия.