СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КМОП-СТРУКТУР С ПОЛИКРЕМНИЕВЫМ ЗАТВОРОМ Российский патент 1996 года по МПК H01L21/82 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам создания полупроводниковых интегральных КМОП-схем.

Известен способ изготовления КМОП-структур [1] включающий формирование на полупроводниковой пластине первого типа проводимости областей второго типа проводимости (карманов), формирование окисного слоя, селективное травление SiO₂, формирование в вытравленных областях подзатворного диэлектрика, осаждение слоя поликристаллического кремния, легирование поликремния, формирование фоторезистивной маски на поликремнии, соответствующей топологическому рисунку затвора, удаление незащищенного маской поликремния, удаление фоторезистивной маски, формирование фоторезистивной маски, травление подзатворного диэлектрика в областях стоков и истоков p-канальных транзисторов, удаление маски, осаждение окисной пленки, легированной примесью, создающей тип проводимости, противоположный типу проводимости кармана, формирование фоторезистивной маски и удаление части окисного слоя за пределами кармана, удаление маски фоторезиста и проведение селективной диффузии примеси из окисной пленки в подложку с целью создания областей стоков и истоков транзисторов, расположенных в области карманов, введение примеси в подложку, используя окисную пленку в качестве маски с целью формирования областей стоков и истоков транзисторов, расположенных за пределами карман, удаление окисной пленки, осаждение диэлектрического слоя на всю поверхность подложки.

Недостатком способа является невысокая технологичность, обусловленная необходимостью травления поликремния в плазме высокотоксичных веществ, а также большой длительностью формирования КМОП-структур и высоким расходом дорогостоящих веществ в процессах неоднократного травления и осаждения окисных слоев.

Известен способ формирования КМОП-структур с поликремниевым затвором [2] включающий формирование на полупроводниковой подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, формирование окисного слоя, селективное травление окисного слоя, формирование подзатворного диэлектрика в вытравленных областях, осаждение слоя поликристаллического кремния, легирование поликремния, формирование фоторезистивной маски на поликремнии, соответствующей топологическому рисунку электродозатвора, травление поликремния в областях, не защищенных маской, формирование фоторезистивной маски над областями легирования примесью n-типа и ионное легирование примесью p-типа, удаление маски, формирование фоторезистивной маски над областями легирования примесью p-типа и после травления окисла над областями стоков и истоков n-канальных транзисторов, ионное легирование примесью p-типа, окисление поликремниевого затвора с одновременной активацией и разгонкой примесей в областях стоков и истоков p- и n-канальных транзисторов.

Недостатком этого способа является невысокая технологичность, обусловленная необходимостью травления поликремния в плазме высокотоксичных веществ.

Известен также способ формирования КМОП-структур с поликремниевым затвором [3] включающий формирование на полупроводниковой подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, формирование окисного слоя, селективное травление окисного слоя, формирование подзатворного диэлектрика в вытравленных областях, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование маски, соответствующей топологическому рисунку затвора, и травление поликремния в областях, не защищенных маской, удаление маски, легирование поликремния примесью n-типа с одновременным легированием подзатворного диэлектрика над областями стоков и истоков p- и n-канальных транзисторов, формирование маски и удаление легированного окисла над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов, удаление маски с последующим окислением поликремниевого затвора при одновременном формировании стоков и истоков n-канальных транзисторов путем диффузии примеси в кремний из легированного подзатворного диэлектрика и доращивание окисла над областями стоков и истоков p- и n-канальных транзисторов, ионное легирование бором с целью формирования стоков и истоков p-канальных транзисторов.

Недостатком способа является невысокая технологичность, обусловленная тем, что необходимо осуществлять травление поликремния в плазме высокотоксичных веществ.

В основу изобретения положена задача создания способа формирования КМОП-структур с поликремниевым затвором, в котором за счет исключения необходимости травления поликремния в плазме высокотоксичных веществ, а также за счет совмещения операций по формированию электрода затвора и областей стоков и истоков n-канальных транзисторов достигается высокая технологичность процесса.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу формирования КМОП-структур с поликремниевым затвором, включающему формирование на полупроводниковой подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, формирование окисного слоя, селективное травление окисного слоя, формирование подзатворного диэлектрика в вытравленных областях, осаждение слоя поликристаллического кремния, легирование поликремния, формирование электрода затвора, формирование областей стоков и истоков n-канальных и p-канальных транзисторов, перед осаждением слоя поликристаллического кремния осуществляют травление окисного слоя над областями стоков и истоков n-канальных транзисторов, а после легирования поликремния формируют маску, соответствующую топологическому рисунку электрода затвора, и проводят окисление поликремния в областях, не защищенных маской, при этом осуществляется легирование областей стоков и истоков n-канальных транзисторов из слоя легированного поликремния с одновременным формированием электрода затвора, а формирование стоков и истоков p-канальных транзисторов осуществляют путем введения примеси p-типа после вскрытия окисла над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов.

Кроме того, селективное травление окисного слоя осуществляют над областями каналов p- и n-канальных транзисторов и областями стоков и истоков n-канальных транзисторов.

Маска на поликремнии может быть выполнена, например, из нитрида кремния.

Такая последовательность операций позволяет вследствие исключения необходимости проведения операции травления поликремния в плазме высокотоксичных веществ, а также вследствие совмещения операций по формированию стоков и истоков n-канальных транзисторов и электрода затвора получить высокотехнологичный способ формирования КМОП-структур с поликремниевым затвором.

На чертеже представлена последовательность формирования КМОП-структур с поликремниевым затвором, где а подложка со сформированным подзатворным диэлектриком и слоем осажденного поликремния, б формирование областей стоков и истоков n-канальных транзисторов и электрода затвора в процессе окисления поликремния, в формирование областей стоков и истоков p-канальных транзисторов, г сформированная КМОП-структура.

Физическая сущность способа заключается в следующем.

На поверхности полупроводниковой подложки 1 (чертеж, а) после проведения химической обработки формируется окисный слой 2. С помощью фоторезистивной маски в область кармана методом ионного легирования вводится примесь противоположного по отношению к подложке типа проводимости. После проведения размерного травления окисла с целью формирования рельефа для совмещения последующих слоев производится удаление фоторезиста, химическая обработка и осуществляется разгонка внедренной примеси с целью формирования в подложке области 3 противоположного типа проводимости (кармана). Далее селективно осуществляется травление окисла над областями каналов стоков и истоков p- и n-канальных транзисторов и после проведения химической обработки в вытравленных областях формируется подзатворный диэлектрик 4.

Селективное травление окисла может быть осуществлено над областями каналов p- и n-канальных транзисторов и областями стоков и истоков n-канальных транзисторов.

После вскрытия окон к областям стоков и истоков n-канальных транзисторов и после проведения химической обработки на всю поверхность подложки осаждается слой поликристаллического кремния 5 и осуществляется его легирование примесью n-типа.

Далее на поликремнии формируется маска 6 (чертеж, б), соответствующая топологическому рисунку затвора и препятствующая высокотемпературной диффузии кислорода. Предпочтительно в качестве материала маски использовать нитрид кремния (Si₃N₄). После этого проводится высокотемпературное окисление поликремния в местах, не защищенных маской. При этом одновременно происходит диффузия примеси n-типа из легированного поликремния в области стоков и истоков n-канальных транзисторов 7 и формируется электрод поликремниевого затвора 8. Затем с помощью фоторезистивной маски производится вскрытие окон над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов и производится введение примеси p-типа с целью формирования стоков и истоков p-канальных транзисторов 9 (чертеж, в).

Окисленный слой поликремния выполняет не только функцию электроизоляции, но и функцию маски при легировании примесью p-типа. Дальнейшая операция предусматривает закрытие окон над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов путем формирования на всей поверхности подложки слоя SiO₂ 10 (чертеж, г).

Пример конкретного выполнения. После проведения химической обработки кремниевой подложки КЭФ-4,5 последовательно в перекисно-серном и перекисно-аммиачном растворах с последующей промывкой в деионизованной воде и сушкой подложки осуществляли формирование окисного слоя толщиной 0,2 мкм путем термической обработки подложки при Т 1000^оС в атмосфере увлажненного кислорода в течение 30 мин. Формировали фоторезистивную маску первого топологического слоя и методом ионного легирования в область кармана вводили примесь бора с энергией 80 кэВ и дозой 0,4 мкКл · см^-2. После проведения размерного травления окисла в области кармана удаляли фоторезистивную маску и проводили химическую обработку подложки в перекисно-аммиачном растворе с промывкой в деионизованной воде и сушкой центрифугированием. Затем осуществляли разгонку внедренного в подложку бора при Т 1200^оС последовательно в кислороде в течение 90 мин и в азоте в течение 450 мин, после чего глубина залегания p-n-перехода в подложке в области кармана достигает значения 6 мкм. Затем селективно вытравливали окисел в областях каналов стоков и истоков p- и n-канальных транзисторов.

После подлегирования подложки ионами бора с энергией 80 кэВ и дозой 0,016 мкКл · см^-2 с целью достижения требуемых значений порогового напряжения p-канальных транзисторов и после проведения химической обработки подложки последовательно в перекисно-серном и перекисно-аммиачном растворах с промывкой в деионизованной воде и сушкой центрифугированием формировали в вытравленных областях подзатворный диэлектрик методом термического окисления при Т 1000^оС в атмосфере сухого кислорода с 5%-ным содержанием хлористого водорода в течение 2 ч толщиной 0,1 мкм. После этого с помощью фоторезистивной маски вытравливали окисел над областями стоков и истоков n-канальных транзисторов, удаляли фоторезист и проводили химическую обработку в перекисно-серном и перекисно-аммиачном растворах с промывкой в деионизированной воде и сушкой центрифугированием. Затем на всю поверхность подложки осаждали слой поликристаллического кремния толщиной 0,3 мкм путем разложения силана при Т 630^оС и осуществляли легирование поликремния высокотемпературной диффузией фосфора из хлорокиси фосфора при Т 900^оС и удаляли слой фосфорно-силикатного стекла в 1%-ном растворе плавиковой кислоты с последующей промывкой подложки в деионизованной воде и сушкой центрифугированием.

После этого формировали маску на поликремнии, соответствующую топологическому рисунку электрода затвора, путем осаждения пленки нитрида кремния из газовой фазы в результате химической реакции взаимодействия между силаном и аммиаком при Т 800^оС толщиной 0,2 мкм с последующим селективным удалением ее в областях, не соответствующих топологии затвора. Затем проводили химическую обработку подложки последовательно в перекисно-серном и перекисно-аммиачном растворах с промывкой в деионизированной воде и сушкой и осуществляли термическое окисление поликремния при Т 1000^оС в атмосфере увлажненного кислорода. При этом происходит процесс диффузии фосфора из поликремния в подложку в областях стоков и истоков n-канальных транзисторов и одновременно формируется электрод затвора в областях, защищенных маской нитрида кремния. Затем с помощью фоторезистивной маски осуществляли травление окисла над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов и после химической обработки подложки проводили диффузию бора из твердотельных источников при Т 1000^оС с целью формирования стоков и истоков p-канальных транзисторов. Далее на всю поверхность подложки осаждали низкотемпературный окисел.

Использование: в микроэлектронике, в способах полупроводниковых интегральных КМОП-схем. Сущность изобретения: осуществляют травление окисного слоя над областями стоков и истоков n-канальных транзисторов, после легирования поликремния формируют маску, соответствующую топологическому рисунку электрода затвора, и проводят окисление поликремния в областях, не защищенных маской, при этом осуществляется легирование областей стоков и истоков n-канальных транзисторов из слоя легированного поликремния с одновременным формированием электрода затвора, а формирование стоков и истоков p-канальных транзисторов осуществляют путем введения примеси p-типа после вскрытия окисла над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КМОП-СТРУКТУР С ПОЛИКРЕМНИЕВЫМ ЗАТВОРОМ, включающий формирование на полупроводниковой подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, формирование окисного слоя, селективное травление окисного слоя, формирование подзатворного диэлектрика в вытравленных областях, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование электрода затвора, легирование поликристаллического кремния, формирование областей стоков и истоков n-и p-канальных транзисторов, отличающийся тем, что перед осаждением слоя поликристаллического кремния проводят травление окисного слоя над областями стоков и истоков n-канальных транзисторов, а после осаждения слоя поликристаллического кремния его легируют и затем формируют электрод затвора путем нанесения на поверхность слоя поликристаллического кремния маски, соответствующей топологии электрода затвора и препятствующей высокотемпературной диффузии кислорода с последующим окислением слоя поликристаллического кремния в местах, не защищенных маской, и одновременно легируют области истока и стока n-канальных транзисторов, а формирование стоков и истоков p-канальных транзисторов осуществляют путем введения примеси p-типа после вскрытия окисла над областями стоков и истоков p-канальных транзисторов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что маска на слое поликристаллического кремния выполнена из нитрида кремния.