СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КМОП-СХЕМ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/82 

Изобретение относится к микроэлектронике.

Известен способ изготовления больших интегральных КМОП-схем [1] включающий формирование на кремниевой подложке, содержащей области двух типов проводимости, толстого оксида кремния, вскрытие оксида на активных областях первого типа, их легирование, окисление, вскрытие оксида на активных областях второго типа проводимости, их легирование, окисление с окончательным формированием полевого оксида кремния и формирование затворного оксида кремния и металлизации.

Этот способ не позволяет проводить дополнительное легирование полевых областей для задания необходимого значения порогового напряжения паразитных транзисторов.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является способ изготовления больших интегральных КМОП-схем [2] включающий формирование на кремниевой подложке, содержащей области двух типов, слоев оксида и нитрида кремния, создание фоторезистивной маски, задающей конфигурацию активных областей, как первого, так и второго типов проводимости, травление нитрида кремния, создание фоторезистивной маски, легирование примесью первого типа проводимости полевых областей соответствующего типа проводимости, создание фоторезистивной маски, легирование примесью второго типа проводимости полевых областей соответствующего типа проводимости, окисление полевых областей и формирование активных областей и металлизации.

Этот способ устраняет недостатки предыдущего, однако при легировании полевых областей как первого, так и второго типов проводимости маской легированию являются слой фоторезиста, защищающий полевые области первого типа проводимости, и области нитрида кремния, защищающие активные области от проникновения примеси, при легировании полевых областей, слой нитрида кремния формируют относительно большой толщины (около 0,2 мкм), что приводит к возникновению крутого, резкого рельефа поверхности структур. Это затрудняет формирование фоторезистивной маски, закрывающей полевые области первого типа проводимости, особенно на участках областей нитрида кремния, сформированных в виде замкнутых, близко расположенных друг к другу концентрических шин. При этом слой фоторезиста может не прилегать к поверхности оксида кремния, расположенного на кремниевой подложке между шинами нитрида кремния. Это приводит к тому, что в процессе нанесения и обработки слоя фоторезиста в промежутке между областями нитрида кремния происходит разрыв фоторезистивного слоя и ионы примеси, легирующей полевые области второго типа проводимости, проникают в полевые области первого типа проводимости, вызывая замыкания активных областей. Таким образом, крутой глубокий рельеф поверхности, образовавшийся после травления слоя нитрида кремния, приводит к формированию некачественной фоторезистивной маски, особенно над близкорасположенными областями нитрида кремния замкнутой конфигурации.

Изобретение характеризуется следующей совокупностью существенных признаков: формированием на исходной подложке, содержащей области n- и р-типа проводимости, слоев оксида кремния и нитрида кремния, травлением нитрида кремния, легированием примесью первого типа проводимости, предварительным окислением полевых областей, созданием второй фоторезистивной маски, травлением предварительного оксида кремния на полевых областях второго типа проводимости, легированием примесью второго типа проводимости, окислением полевых областей, формированием активных областей и металлизации.

Новизна изобретения заключается в следующем: после легирования полевых областей примесью первого типа проводимости проводят предварительное окисление, а после создания второй фоторезистивной маски травят предварительный оксид кремния на полевых областях второго типа проводимости.

В процессе предварительного окисления полевых областей формируется оксид кремния, который значительно сглаживает рельеф поверхности структур, что позволяет исключить разрывы второй фоторезистивной маски. Однако этот слой оксида кремния затрудняет проведение ионного внедрения примеси в полевые области второго типа проводимости, поэтому после создания второй фоторезистивной маски производят селективное относительно нитрида кремния травление этого оксида кремния, уменьшая толщину или полностью удаляя его на полевых областях второго типа проводимости. Легирование примесью второго типа проводимости может проводиться как непосредственно после травления оксида кремния (при этом маской легированию служат фоторезистивный слой, защищающий активные области и полевые области первого типа проводимости, и нитрид кремния, защища-ющий активные области вне фоторезистивной маски), так и после удаления фоторезиста (при этом маской легированию служат нитрид кремния на активных областях и предварительный оксид кремния на полевых областях первого типа проводимости).

Толщина предварительного оксида кремния выбирается из конкретных особенностей технологического маршрута формирования полевой изоляции КМОП БИС, таких как толщина слоя нитрида кремния, особенностей фотолитографического процесса (режимов нанесения фоторезиста, профиля травления участков нитрида, кремния и т.п.), дозы, энергии, вида легирующей примеси, необходимых значений пороговых напряжений паразитных транзисторов и пробивных напряжений р-n- и n-p-переходов активных областей и т.д. Однако во всех случаях толщина предварительного оксида кремния мала по сравнению с конечной толщиной полевого оксида кремния (толщину предварительного оксида кремния выбирают равной или превышающей не более, чем в 1,5 раза толщину нитрида кремния, так как при более толстом оксиде кремния энергия ионов примеси ограничивается уже толщиной нитрида кремния и его маскирующими свойствами) и конечное увеличение толщины полевого оксида кремния на полевых областях первого типа проводимости не существенно сказывается на увеличении ухода размеров активных областей при выращивании полевой изоляции и увеличении поверхностного рельефа структур.

Кроме того, в процессе выращивания предварительного оксида кремния часть примеси первого типа проводимости, легирующей полевые области второго типа проводимости, может накапливаться в оксиде и затем удаляться при его травлении. Это позволяет более точно задавать электрофизические характеристики полевых областей и уменьшить дозу легирования примесью второго типа проводимости за счет уменьшения доли дозы ионов, приходящейся на перекомпенсацию ранее внедренной примеси.

На фиг. 1 показана структура, включающая кремниевую подложку 1 первого типа проводимости, которая содержит области 2, противоположного типа проводимости, окисел кремния 3 области нитрида кремния 4, сформированные с помощью фоторезистивной маски 5, и противоинверсионные области 6 второго типа проводимости, созданные ионным легированием.

На фиг.2 показана структура, полученная после выращивания предварительного оксида кремния 7 и создания фоторезистивной маски 8 над областями 2 противоположного типа проводимости.

На фиг.3 показана структура, полученная после травления оксида кремния 7 и ионного легирования противоинверсионных областей 9 примесью первого типа проводимости.

На фиг. 4 показана структура после выращивания полевого оксида кремния 10.

П р и м е р. На исходной кремниевой подложке 1 марки КЭФ 4,5 Ом ˙см окислением при температуре 1000^оС формируют оксид кремния толщиной 0,1 мкм и с помощью фоторезистивной маски легируют области 2 "карманов" ионами бора. После химобработки проводят разгонку легированных областей при температуре 1200^оС в течение 6 ч до получения областей 2 глубиной 6 мкм с поверхностным сопротивлением 1,5 кОм/кв. Далее формируют тонкий оксид кремния 3 (толщина 0,05 мкм) и осаждают нитрид кремния 4 толщиной 0,2 мкм. Формируют фоторезистивную маску 5, закрывающую активные области двух типов проводимости, травят нитрид кремния 4 и легируют полевые области n-p-типа ионами бора с энергией 100 кэВ и дозой 1,4 мкКл/см². После снятия фоторезиста 5 и химобработки проводят окисление при температуре 1000^оС для получения оксида кремния 7 толщиной 0,3 мкм. При этом происходит активация примеси бора, внедренной в полевые области 6 р-типа. Далее формируют фоторезистивную маску 8, закрывающую области 2 "карманов" и проводят травление оксида кремния 7 с полевых областей n-типа. После снятия фоторезиста 8, химобработки и окисления при температуре 850^оС в течение 40 мин для создания буферного оксида кремния проводят ионное легирование фосфором с дозой 1,8 мкКл/см² и энергией 50 кэВ полевых областей 9 n-типа. При этом маской легированию служат оксид кремния 7 и нитрид кремния 4.

Дозы ионов фосфора достаточно для перекомпенсации ранее внедренной в полевые области 9 n-типа примеси бора. После химобработки выращивают полевой оксид кремния 10 толщиной 1,2-1,6 мкм и стандартным способом формируют активные, поликремниевые области и металлизацию.

Приведенный пример конкретного осуществления подтверждает промышленную применимость предлагаемого способа.

Использование: в микроэлектронике при изготовлении больших интегральных КМОП-схем. Сущность изобретения: способ изготовления больших интегральных КМОП-схем включает легирование примесью первого типа проводимости полевых областей обоих типов проводимости, создание предварительного оксида кремния толщиной, не превышающей более чем в 1,5 раза толщину слоя нитрида кремния, а после создания второй фоторезистивной маски травление предварительного оксида кремния на полевых областях второго типа проводимости и легирование примесью второго типа проводимости. Способ позволяет формировать легированные полевые области с использованием двух фотолитографических процессов. 4 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КМОП-СХЕМ, включающий формирование на исходной кремниевой подложке, содержащей области двух типов проводимости, слоев оксида и нитрида кремния, создание первой фоторезистивной маски, травление слоя нитрида кремния, легирование примесью первого типа проводимости полевых областей, создание второй фоторезистивной маски, легирование примесью второго типа проводимости полевых областей второго типа проводимости, окисление полевых областей и формирование активных областей и металлизации, отличающийся тем, что после травления слоя нитрида кремния проводят легирование примесью первого типа проводимости полевых областей первого и второго типов проводимости, создают предварительный оксид кремния толщиной, не превышающей более чем в 1,5 раза толщину слоя нитрида кремния, а после создания второй фоторезистивной маски травят предварительный оксид кремния на полевых областях второго типа проводимости, после чего легируют примесью второго типа проводимости.