161626. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagyáramerősítési tényezőjű, nagyfrekvenciás si tranzisztorok előállítására
161626 tani lehet ugyan a 2 EDE kiküszöböléséhez szükséges horpadást, de a két különálló 1 diffúzió többletműveletet jelent A 3.484.309 USA szabadalom a «el elérése érdekében kétszer nyit emitterablakot Először a doppolt oxidnak, mint forrásnak eltávolítására a bázis középső részéről, másodszor 6 az oxidációval egybekötött behajtás befejeztével Ez részben eggyel több rezisztműveletet jelent, másrészt igen nehéz a két emitterablakot ugyanoda pozícionálni. A vázolt jelenségekben mutatkozó ellentétek áthidalására törekedtünk kísérleteinkben, melyek végülis találmányunk- 10 hoz vezetettek. A következő megoldást dolgoztuk ki A bázis diffúziót - célszerűen bór diffúziós - úgy vezetjük, hogy a majdani emitter területe alatt kisebb felületi koncerit-t rációd alakuljon ki, mint a bázis egyéb területein. Más szóval a 16 kisebb felületi koncentráció (nagyobb felületi ellenállása) miatt az emitter alatt laposabb diffúziós profil állítható be, mint a bázis egyéb tartományaiban. Ezáltal a tranzisztorok bázisában tárolt töltés kisebb lesz, ami a nagy áramerősítési tényező szempontjából kedvező, ugyanakkor a bázis egyéb 20 felületein nagy marad a felületi koncentárció, aminek segítségével részint kisebb lesz a bázis soros ellenállás, másrészt nem áll fenn az inverzió veszélye. Továbbá az emitter alatti területen, a kisebb felületi koncentráció miatt a diffúzió sebessége kisebb, ezáltal az emitter alatt a diffúziós profilnak 26 „horpadása" lesz. Ez hasonló mint az EDE által okozott horpodás, de ellentétes irányú. (Az EDE miatt az emitter alatt a diff. mélység nagyobb, itt a kis koncentráció miatt kisebb) Ez, megfelelően vezetve diffúziót, úgy állítható be, hogy a foszfor diff. alkalmával képződő diff. profil előre- 30 haladását éppen kompenzálja. így tehát az EDE kvázi nem jelentkezik. Az eljárás lényegét az a felismerés képezte, hogy ha a bór diff. kezdetén képződött nagy bórtartalmú u.n. Si - B fázist oxidáljuk, a nagy B tartalmú oxid a lecsökkent szennyezettsé- 36 gű Si-ba bórt tud visszajuttatni. Ha tehát kellő időben megszakítva a a bórdiffuziót emitterablakot nyitunk, 'az oxid csak a bázis perifériális részeibe tudja a felületi koncentrációt megnövelni, mig az emitter területén a már beállott kis szinten marad. 40 Az EDE kompenzálása szempontjából döntő fontosságú, hogy a P diffúzió ugyanoda essen, ahol a kollektor-bázis átmenet horpadása van. Ezért az eljárás során csak egyszer nyithatunk emitterablakot, különben a pozicionálási pontatlanság miatt a fenti kritérium nem teljesül. 45 A káros „EDE-hatást" kiküszöbölésére szolgáló technológiai műveletek egy célszerű változatát ismertetjak m alábbiakban. Az ismertetésre kerülő eljárás olymódon biztosítja a kész tranzisztor egyenletes, „EDE-mentes' bázisvastagságát, hogy 60 a foszfordiffuzió előtt olyan bór bázisprofilt hoz létre, amelynek mélysége az emitterablak alatt éppen annyival kisebb a többi helyen mért mélységhez képest, mint amennyi az EDE következtében a foszfordiffuzió közben fellépő „kinyomási (push-out) távolság. 66 Egy lehetséges technológia a fenti cél megvalósítására az alábbi műveletek sorozatából áll (Fig. 1-6). 1. Művelet bázisablaknyitás (Fig. 1.) Az 1 Si szubsztrátumot fedő 2 SiO, rétegből - a közismert fotoreziszt technológia segítségével - eltávolít- 60 juk a bázisablak geometriája által meghatározott területen a SiO,-t így jön létre a 3. bázisablak. 2. Művelet: bórdiffúztó (Fig. 2.) A művelet céjja,, a 6 p'diffuziós réteg létrehozása a 65 bázisablakban. A folyamat két részben zajlik le. a) Felpárologtatás: Az általánosan ismert pL box-módszerrel végezzük B, O, forrásból 950 C° -on N, .atmoszférában, 20-30 percig. * 70 b) Oxidálás: Äz í SiO, réteggel fedett 1 Si szubsztrátumot T, =950-11 00 °C hőmérsékletű diffúziós kemencébe helyezzük s ott a felpárologtatás során felvitt B, a 3. bázisablak által meghatározott terület alatt az 1 Si 75 izubsztrátuin belseje felé diffundál az 5 XJBO ~ 04 f - behatolási mélységig. Az oxidációt T_900 C°-os vízgőzzel telített oxigénben történik, s ennek hatására a T, hőmérsékleten t, pl. 120 perc alatt a bázisablakban is létrejön a 4 SiO, réteg. Az oxidálás T, hőmérsékletét a t, idejét, továbbá a vízgőzt TQ hőmérsékletét úgy kell meghatározni, hogy a bázisablakban létrejött 4 SiO, vastagsága elegendő legyen a foszfordiffuzióval szembeni maszkoláshoz, tehát min. 3000 A legyen, másrészt az 5 XjBO bórbehatolási mélység, a kész tranzisztor bórbehatolási mélységénél kisebb, pl. 0,5 M legyen. Ezeket a beállításokat kísérleti úton kell elvégezni. 3. Művelet: emitterablaknyitás (Fig. 3.) A művese t céha a bázisablakban a 4 SiO, -el a többi helyen pedig a SiO,-el fedett 1 Si szubsztrátumon a 4 SiO, egy -az emitter geometria által - meghatározott geometriájú részének eltávolítása a közismert fotoreziszttechnika felhasználásával. A létrejött 7 emitterablakon keresztül a foszfor diffundálni tud majd. A 6 borral doppolt 5 XJJJQ mélységű házi» ba a foszfordiffuzió folyamán a 2 SiO, és SiO,-ön keresztül nem képes keresztül diffundálni a foszfor. A foszfordiffuziót azonban még megelőzi az egész technológiai eljárás legfontosabb művelete, nevezetesen a 4. művelet 3/a. Művelet: Si réteg eltávolítása. Amennyiben a negatív EDE képződést a következő műveletben határozottabbá kívánjuk tenni, az emitter ablak nyitás után az ablakból vékony, 500-1000 A vastagságú Si réteget eltávolítunk. Ez történhet 1:30 arányú HF:HNO, elegyben történő 10-30 sec-oi marással, anóiiku* oxidáció és azt követő oxidmarással, ill. kis hőfokú termikus oxidáció és azt követő oxidmarással. Az utóbbi módszer vékonyítja a szeletet fedő oxidréteget is, míg az első két módszer-alig. Az anódikui oxid u.i. sokkal gyorsabban oldódik, ill. az 1 :30 arányú HF : HNO, alig van hatással az oxidra. 4. Művelet: A B diffúzió befejezése (Fig. 4.) A művelet célja olyan diffúziós profil kialakítása, amely réteg behatolási mélysége az emitterablak alatt B Xjn, a többi helyen 5 XJBI; az emitter alatti 9 visszamaradás mértéke pedig az XREDEA Fig. 4-ből láthatólag a 9XREp E =5XjBr x jB >0 - A folyamat úgy zajlik le, hogy a Fig. 3. szerinti szeletet T, hőmérsékletű dtffugziós kemencében t, ideig hőkezeljük N2 atmoszférában, mely művelet eredményeként létrejön a Fig.4 szerkezete. A T; hőmérsékletét és a t, időt kísérleti úton ú*y kell beállítani, hogy a 4 művelet után létrejött 9XREDE 0,3M legyen. Világos, hogy a Fig. 4. szerinti B profil létrehozásával a kitűzött feladatokat lényegileg megoldottuk, mert olyan B profilt hoztunk létre, mely a foszfordiffuzió alatt jelenkező EDE hatást - helyes beállítás esetén - kompenzálni képes. 5. Művelet: Foszfordiffuzió (Fig. 5.) Oxidáló atmoszférában PÖC1, forrásból T, hőmérsékleten pl 1000°C-ón végzett foszfordiffuzió után alakul ki a Fig. 5. szerinti szerkezet. A 2 SiO,. 01. 4. SiO,-el 1 Si szubsztrátumba a 7 emitterablakon keresztül diffundál foszfor a foszfordiffuzió alatt a 6 p* típusú B-el szennyezett bázisba létrehozva ezáltal a 11 n** foszforral szennyezett 12 XjE mélységű emittert. A foszfordiffuzió folyamán a B is tovább difundál, mégpedig az EDE-hatás miatt az emitterablak alatt gyorsabban és így alakul ki a 15 Xjg végleges bórbehatolási mélység és a 13 W vastagságú egyenletes bázis. 6. Művelet: a további műveletek egyeznek a hagyományos planártechnika műveleteivel. 2
