СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ТРАНЗИСТОРА Российский патент 1994 года по МПК H01L21/335 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении МДП-транзисторов и интегральных схем высокой степени интеграции на их основе.

Известен способ изготовления МДП транзистора [1], который включает формирование на поверхности полупроводниковой кремниевой пластины первого типа проводимости затвора с вертикальными стенками, нанесение на поверхность со ступенчатым рельефом диэлектрического слоя, легированного фосфором, создание анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя пристеночных областей, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, создание сильнолегированных исток-стоковых областей отжигом внедренной примеси и одновременное создание слаболегированных областей диффузией фосфора из пристеночных областей.

В известном способе создания сильнолегированных исток-стоковых областей отжигом медленно диффундирующей примеси и одновременно слаболегированных исток-стоковых областей диффузией фосфором из пристеночных областей приводит к формированию неоптимального (резкого) профиля исток-стоковых областей.

Как следствие этого, образуются большие паразитные емкости исток-сток-подложка, возрастают краевые эффекты, снижается быстродействие и процент выхода годных транзисторов и ИС на их основе.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления МДП-транзистора [2] , включающий формирование на поверхности полупроводниковой кремниевой пластины первого типа проводимости затвора с вертикальными стенками, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от затвора медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, создание слаболегированных областей отжигом внедренной примеси, нанесение на поверхность со ступенчатым рельефом диэлектрического слоя, создание анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя пристеночных диэлектрических областей, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, создание сильнолегированных исток-стоковых областей отжигом внедренной примеси.

Известный способ не позволяет получить высокий процент выхода годных транзисторов и интегральных схем. В случае короткоканальных (масштабированных) транзисторов это объясняется краевыми эффектами, в случае длинноканальных транзисторов уменьшением быстродействия из-за возрастания вклада паразитных емкостей.

Целью изобретения является повышение выхода годных путем ослабления короткоканальных эффектов за счет сглаживания диффузионного профиля исток-стоковых областей.

Это достигается тем, что в способе изготовления МДП-транзистора, включающем формирование на поверхности полупроводниковой кремниевой пластины первого типа проводимости затвора с вертикальными стенками, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от затвора медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, создание слаболегированных областей отжигом внедренной примеси, нанесение на поверхность со ступенчатым рельефом диэлектрического слоя, создание анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя пристеночных диэлектрических областей, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, создание сильно легированных исток-стоковых областей отжигом внедренной примеси, после внедрения в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, в пластину в те же области внедряют быстро диффундирующую примесь того же типа проводимости, и одновременно с созданием сильнолегированных исток-стоковых областей диффузией быстро диффундирующей примеси из сильнолегированных исток-стоковых областей формируют области, степень легирования которых больше слаболегированных, но меньше сильнолегированных областей.

Внедрение в сильнолегированные исток-стоковые области дополнительной медленно диффундирующей примеси позволяет одновременно с созданием отжигом внедренных примесей сильнолегированных исток-стоковых областей сформировать области, степень легирования которых больше слаболегированных, но меньше сильнолегированных областей. Тем самым создается плавный p-n-переход, снижается напряженность поля в краевых областях исток-стока, ослабляются короткоканальные эффекты и за счет этого повышается выход годных МДП-транзисторов и МДП ИС.

Скорость диффузии дополнительно внедренной в сильнолегированные исток-стоковые области примеси должна быть выше, чем скорость диффузии основной примеси. Иначе не произойдет формирование областей со степенью легирования больше слаболегированных, но меньше сильнолегированных областей, не будет сглажен диффузионный профиль.

На фиг.1 изображена полупроводниковая кремниевая пластина 1 первого типа проводимости после формирования на ее поверхности затвора с вертикальными стенками 2, внедрения ионной имплантацией в пластину по обе стороны от затвора медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости и создания слаболегированных исток-стоковых областей 3 отжигом внедренной примеси, нанесения на поверхности со ступенчатым рельефом диэлектрического слоя, создания анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя пристеночных диэлектрических областей 4, внедрения ионной имплантацией в пластину по обе стороны пристеночных областей 5 медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, внедрения в пластину в те же области быстро диффундирующей примеси.

На фиг. 2 изображена пластина 1 после создания отжигом внедренной примеси сильнолегированных исток-стоковых областей и областей 6, степень легирования которых больше слаболегированных, но меньше сильнолегированных областей.

П р и м е р. На поверхности полупроводниковой кремниевой пластины КДБ-12 (фиг.1) первого типа проводимости (р) сформировали термическим окислением с маской Si₃N₄ области локального окисла толщиной 0,5 - 0,8 мкм с последующим удалением маски Si₃N₄ и созданием ионным легированием бора (Е= 30 кэВ, D = 0,1 - 0,3 мкКл/см²) во всю поверхность области подлегирования каналов транзисторов. Затем проекционной фотолитографией на установке ЭМ 584А по нанесенным на пластину слоям подзатворного термического окисла толщиной 150 , легированного фосфором поликремния толщиной 0,4 мкм, и низкотемпературного окисла толщиной 0,3 мкм сформировали область затвора с вертикальными стенками. Длина канала L = 1,2 мкм, ширина W = 1,6 мкм.

Слаболегированные исток-стоковые области сформировали ионным легированием сурьмы на установке "Везувий-6" (Е = 30 кэВ, D = 0,4 - 1,0 мкКл/см² ) по обе стороны от затвора и отжигом внедренной примеси в течение 15 мин при 1100^оС. На поверхность со ступенчатым рельефом методом LPCVD нанесли слой диоксида кремния толщиной 0,8 мкм и анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя на установке 08 ПХО-100Т-004 создали пристеночные диэлектрические области. После этого в пластину по обе стороны от пристеночных областей ионной имплантацией на установке "Везувий-6" внедрили медленно диффундирующую примесь (сурьма), Е=30 кэВ, D = 0,4 - 1,6 мкКл/см², затем быстро диффундирующую примесь (фосфор), Е = 30 кэВ, D = 1,5 - 5,5 мкКл/см². Отжигом внедренной примеси в течение 30 мин при 950^оС создали сильнолегированные исток-стоковые области и области, степень легирования которых больше слаболегированных, но меньше сильнолегированных областей.

Эффективность способа оценили по выходу годных и посредством измерения двух параметров тестового транзистора с L = 1,2 мкм и W = 1,6 мкм, определяющих его короткоканальность: напряжения смыкания U_см и коэффициента короткоканальнсти К_к, который представляет собой разность пороговых напряжений транзистора при двух напряжениях на стоке относительно истока (U_см¹ = 0,5 В, U_см² = 5 В). МДП-транзистор считается длинноканальным, если U_см≥2Е_пит. (Е_пит. = 5 В) и К_к ≅ 0,2 В. Кроме того, одновременно оценивались крутизна и максимальный ток стока транзистора, а также его долговременная надежность. Результаты измерений приведены в таблице.

Как видно из таблицы, внедрение в заявляемом техническом решении в пластину по обе стороны от пристеночных областей быстро диффундирующей примеси (фосфора) дополнительно к внедренной в эти же области медленно диффундирующей примеси (сурьме) с последующим созданием, одновременно с созданием сильнолегированных исток-стоковых областей, областей, степень легирования которых больше слаболегированных, но меньше сильнолегированных областей, позволяет по сравнению с прототипом ослабить короткоканальные эффекты и в 1,03 - 1,2 раза повысить напряжение смыкания. Как следствие, этот процент выхода годных повышается на 6,9 - 39,2%.

Это обусловлено снижением напряженности поля в краевых областях исток-стока за счет создания плавного р-n-перехода.

Использование: способ изготовления МДП-транзистора, применяемый в электронной технике и используемый при изготовлении МДП СБИС. Сущность изобретения: МДП-транзистор создают путем формирования на поверхности полупроводниковой кремниевой пластины первого типа проводимости затвора с вертикальными стенками, внедрения ионной имплантацией в пластину по обе стороны от затвора медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, создания слаболегированных исток-стока областей отжигов внедренной примеси, нанесения на поверхность со ступенчатым рельефом диэлектрического слоя, создания анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя пристеночных диэлектрических областей, внедрение ионной имплантации в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленно диффундирующей примеси второго типа проводимости, внедрения ионной имплантацией быстродиффундирующей примеси того же типа проводимости и одновременное создание отжигом сильнолегированных исток - стоковых областей и промежуточных областей, степень легирования которых больше слаболегированных, по меньшей мере сильнолегированных, за счет чего происходит сглаживание диффузионного профиля и ослабление короткоканальных эффектов. 2 ил. 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ТРАНЗИСТОРА, включающий формирование на поверхности полупроводниковой кремниевой пластины первого типа проводимости затвора с вертикальными стенками, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от затвора медленнодиффундирующей примеси второго типа проподимости, создание слаболегированных исток-стоковых областей отжигом внедренной примеси, нанесение на поверхность со ступенчатым рельефом диэлектрического слоя, создание анизотропным плазменным травлением нанесенного слоя пристеночных диэлектрических областей, внедрение ионной имплантацией в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленнодиффундирующей примеси второго типа проводимости, создание сильнолегированных исток-стоковых областей отжигом внедренной примеси, отличающийся тем, что, с целью ослабления короткоканальных эффектов путем сглаживания диффузионного профиля исток-стоковых областей, после внедрения в пластину по обе стороны от пристеночных областей медленнодиффундирующей примеси второго типа проводимости в пластину в те же области внедряют быстродиффундирующую примесь того же типа проводимости, при этом соотношение скоростей диффузии медленнодиффундирующей и быстродиффундирующей примесей выбирают из условия образования при последующем отжиге диффузией из сильнолегированных областей промежуточных участков со степенью легирования меньшей, чем для сильнолегированных, и большей, чем для слаболегированных областей.