СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП ИС Российский патент 1998 года по МПК H01L21/8238 

Изобретение относится к интегральной микроэлектронике и может быть использовано при разработке и производстве одноканальных и взаимодополняющих МДП ИС цифрового, линейного и аналогового применения.

Известен способ изготовления взаимодополняющих ИС [1], содержащий следующую последовательность технологических операций: окисление полупроводниковой пластины, нанесение слоя нитрида кремния, вскрытие с помощью литографии нитрида кремния и подлежащего под ним слоя окисла в области охранных зон за пределами активных областей МДП транзисторов, проведение легирования вскрытых областей охранных зон примесью того же типа проводимости, что и тип проводимости полупроводниковой подложки, локальное окисление областей охранных зон свободных от слоя нитрида кремния, удаление нитрида кремния с активных областей МДП транзисторов, нанесение поликристаллического кремния и формирование в нем с помощью литографии областей противоположного подложке типа проводимости, окисление всей пластины с целью создания подзатворного диэлектрика, нанесение второго слоя поликристаллического кремния, формирование в нем с помощью литографии затворов, проведение легирования областей стоков-истоков второго типа проводимости, удаление резистивной маски, нанесение резиста и формирование в нем с помощью литографии маски для проведения легирования областей стоков-истоков типом проводимости, нанесение из внешнего источника оксида кремния, вскрытие в нем с помощью литографии контактных окон к диффузионным областям и к затворам, нанесение слоя металла и создание в нем с помощью литографии разводки.

Недостатками этого способа изготовления взаимодополняющих МДП ИС является низкий процент выхода годных схем из-за сложности технологического маршрута изготовления, содержащего операции по созданию активных приборов в поликристаллическом и монокристаллическом полупроводниковых материалах, расположенных один над другим, что приводит к образованию структуры с высоким рельефом на поверхности.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ изготовления взаимодополняющих ИС [2], включающий создание на поверхности полупроводниковой пластины первого типа проводимости областей кармана второго типа проводимости, проведение подзатворного окисления, осаждения слоя затворного поликристаллического кремния, формирование с помощью литографии в поликристаллическом кремнии затворов МДП транзисторов, нанесение резиста и формирования в нем с помощью литографии маски для легирования областей одного типа проводимости, проведение легирования примесью одного типа проводимости этих областей, удаление резистивной маски, нанесение резиста и формирование в нем с помощью литографии маски для легирования областей другого типа проводимости, проведение легирования примесью другого типа проводимости областей, удаление резистивной маски, формирование с помощью литографии в слое оксида кремния контактных окон к диффузионным областям, нанесение слоя металла и формирование в нем с помощью литографии разводки.

Недостатками этого способа изготовления МДП ИС являются:
1. низкий процент выхода годных схем из-за сложности технологического маршрута изготовления, содержащего большое число операций литографии, проводимые в слоях разной толщины и образование структуры с меньшим чем в аналоге, однако достаточно высоким рельефом на поверхности полупроводниковой пластины;
2. низкая стойкость ИС к внешним воздействиям, что связано с ограничением концентрации примеси в областях охранных зон из-за необходимости получения высоких величин напряжений пробоя p-n переходов;
3. низкая плотность компоновки, связанная с необходимостью выделить некоторое расстояние от контактного окна к диффузионной области до границы этой области;
4. низкое быстродействие в связи с тем, что в связи с п.3 увеличивается площадь диффузионной области, величина ее емкости, а следовательно снижается быстродействие.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении процента выхода годных схем и их стойкости к внешним воздействиям, а также повышение плотности компоновки и быстродействия ИС, путем повышения концентрации примесей в областях охранных зон до уровня концентрации примеси в областях стоков-истоков и создания структуры с малым рельефом на поверхности, благодаря чему контактные окна к разным областям вскрываются в слоях одной толщины, и уменьшение размеров диффузионных областей стоков-истоков до размеров контактных окон к ним.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе изготовления МДП ИС, включающем создание в полупроводниковой пластине первого типа проводимости областей кармана второго типа проводимости, проведение подзатворного окисления, осаждения слоя затворного поликристаллического кремния, формирование с помощью литографии в поликристаллическом кремнии затворов МДП транзисторов, нанесение резиста и формирование в нем с помощью литографии маски для легирования областей одного типа проводимости, проведение легирования примесью одного типа проводимости этих областей, удаление резистивной маски, нанесение резиста и формирование в нем с помощью литографии маски для легирования областей другого типа проводимости, проведение легирования примесью другого типа проводимости последних областей, удаление резистивной маски, формирование с помощью литографии в слое окиси кремния контактных окон к диффузионным областям, нанесение слоя металла и формирование в нем с помощью литографии разводки, после создания кармана со всей полупроводниковой пластины удаляют весь окисел, после чего проводят подзатворное окисление, на полученный подзатворный окисел осаждают слой затворного поликристаллического кремния, наносят резист и формируют в нем с помощью литографии контактные окна к полупроводниковой пластине, проводят травление затворного поликристаллического кремния и подзатворного окисла, удаляя их из контактных окон, удаляют резист, осаждают второй слой поликристаллического кремния и слой нитрида кремния, формируют в них с помощью литографии маски затворов, так и контактных окон к полупроводниковой пластине, разделительных областей между стоками и охранными зонами, проводят с помощью процессов травления удаление слоя нитрида кремния и поликристаллического кремния, оставляя открытыми области охранных зон и части областей стоков-истоков, между затвором и контактным окном, удаляют и снова наносят резист, в котором с помощью литографии формируют маску для легирования областей одного типа проводимости контактных окон к стокам и истокам, затворов, стоков, истоков и охранных зон одного типа проводимости, проводят через слой нитрида кремния легирование примеси одного типа проводимости этих областей, удаляют и снова наносят резист, в котором с помощью литографии формируют области для легирования контактных окон к стокам и истокам, затворов, стоков, истоков и охранных зон другого типа проводимости, проводят через слой нитрида кремния ионное легирование перечисленных областей примесью другого типа проводимости, удаляют и снова наносят резист, в котором с помощью литографии формируют маску, в которой закрывают области затворов, и контактных окон, оставляя открытыми разделительные области между стоками и охранными зонами, с помощью процесса травления удаляют нитрид кремния с разделительных областей между стоками и охранными зонами, после чего удаляют резист и окисляют полупроводниковую пластину на толщину окисла, при которой поверхности окисла и поликристаллического затвора оказываются в одной плоскости, после чего удаляют оставшийся на затворах и контактных окнах нитрид кремния.

Отличительными признаками патентуемого изобретения являются то, что после создания кармана со всей полупроводниковой пластины удаляют весь окисел и выращивают подзатворный окисел по всей полупроводниковой пластине, осаждают первый слой поликристаллического кремния, в этих двух нанесенных слоях формируют контактные окна к полупроводниковой пластине, снова осаждают второй слой поликристаллического кремния и осаждают слой нитрида кремния, формируют с помощью литографии и травления в слоях нитрида кремния и поликристаллического кремния затворы, контактные окна и разделительные области между стоками и охранными зонами, после легирования областей стоков, истоков, контактных окон, затворов, и охранных зон с помощью литографии и процесса травления удаляют нитрид кремния с разделительных областей между стоками и охранными зонами, после чего окисляют полупроводниковую пластину на толщину, при которой поверхности окисла и поликристаллического затвора оказываются в одной плоскости, после чего удаляют нитрид кремния.

Благодаря этим признакам устраняются указанные выше недостатка, поскольку в результате предложенного способа изготовления взаимодополняющих МДП ИС;
- сокращается на две число литографий и исключаются ряд технологических процессов, структуру становится полностью планарной, покрытой оксидом кремния одной толщины, верх плоскости которого совпадает с верхом плоскости затворов из поликристаллического кремния, что повышает процент выхода годных схем,
- области стоков-истоков и охранных зон разного типа проводимости легируются примесью одинаково высокой концентрации, что повышает стойкость схем к воздействию внешних факторов,
- области стоков-истоков ограничены размером контактного окна к ним, то есть нет потери площади на создание зазоров между краем диффузионных областей стоков-истоков и контактными окнами, что уменьшает размеры областей стоков-истоков приблизительно в два раза, увеличивая во столько же плотность компоновки и уменьшая величины их емкостей, что приблизительно на треть увеличивает быстродействие ИС.

Проведенные патентные исследования подтвердили новизну изобретения, а также показали, что в литературе отсутствуют данные, указывающие на влияние отличительных признаков патентуемого изобретения на достижения технического результата. Поэтому следует считать, что патентуемое изобретение соответствует критерию новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1-8 схематически представлены разрезы получаемой структуры взаимодополняющих МДП ИС после основных операций изготовления в соответствии с предложенным способом изготовления. На фиг. 1 показана операция окисления монокристаллической пластины кремния, нанесенный резиста, в котором сформирована маска для ионного легирования кармана, где: 1 - кремниевая пластина, 2 - слой окисла кремния, 3 - слой резиста, 4 - карман в кремниевой подложке. На фиг. 2 структура после проведения литографии контактных окон, где: 5 - слой тонкого подзатворного окисла, 6 - первый слой поликристаллического кремния. На фиг. 3 показана структура после нанесения второго слоя поликристаллического кремния и слоя нитрида кремния, где: 7- второй слой поликристаллического кремния, 8 - слой нитрида кремния. На фиг. 4 показана операция литографии формирования затворов, контактных окон и разделительных областей между стоками и охранными зонами, где: 6,7 - поликристаллический кремний, толщина которого равна сумме толщин двух слоев поликристаллического кремния 6 и 7. На фиг.5 показана операция литография для легирования областей стоков-истоков, затворов, контактных окон и охранных зон N+ типа, где: 9 - маска резиста, 10 - стоки-истоки n-канальных МДП транзисторов и охранные зоны n-типа p- канальных МДП транзисторов. На фиг.6 показана операция литографии для легирования областей стоков-истоков, затворов, контактных окон и охранных зон p+ типа, где: 11 - маска резиста, 12 - стоки-истоки p-канальных МДП транзисторов и охранные зоны p-типа n-канальных МДП транзисторов. На фиг. 7 показана планарная структура после окисления кремния, где: 13 - термический окисел. На фиг. 8 показана планарная структура для удаления нитрида кремния. На фиг. 9 показана операция литографии формирования алюминиевой разводки, где: 14 - алюминиевая разводка.

Пример изготовления взаимозаполняющих МДП ИС.

На пластине кремния 1 (фиг.1) электронного типа проводимости с ориентацией (100) и сопротивлением 4,5 Ом. см проводят окисление в сухом кислороде для получения окиси кремния 2 толщиной 0,22 мкм. Проводят первую литографию и через маску резиста 3 проводят ионное легирование P-кармана 4 сквозь окись кремния 2 ионами бора с энергией 100 кэВ дозой 1,8 мкКл, удаляют резист 3, проводят разгонку примеси в подложке в атмосфере сухого кислорода при температуре 1200^oC в течение 6 часов до получения глубины залегания p-n перехода кармана 6,5 мкм и с поверхностной концентрацией примеси (1-5) • 10¹⁶см^-3. После этого удаляют окись кремния 2 и выращивают тонкий подзатворный окисел 5 (фиг. 2) толщиной 0,03 мкм. Проводят осаждение поликристаллического кремния 6 толщиной 0,25 - 0,3 мкм. Второй литографией формируют маску контактных окон и диффузионным областям, которые будут сформированы в полупроводниковой пластине, и проводят травление слоев поликристаллического кремния 6 и тонкого подзатворного окисла 5. Удаляют резист и снова наносят слой поликристаллического кремния 7 толщиной 0,1-0,15 мкм, поверх которого наносят слой нитрида кремния 8 (фиг.3). Третьей литографией формируют маску и проводят травление слоев нитрида кремния и поликристаллического кремния, образуя области затворов, контактные окна и разделительные области между стоками и охранными зонами (фиг. 4) и, оставляя открытыми области стоков-истоков между контактными окнами, затворами и охранными зонами. Удаляют резист и наносят новый. Четвертой литографией по резисту 9 (фиг.5) формируют маску для легирования областей стоков-истоков, затворов, контактных окон и охранных областей N-типа 10, проводят ионное легирование фосфором дозой 700-1000 мкКл и энергией 40-75 кэВ, удаляют резист и наносят новый резист. Пятой литографией по резисту 11 (фиг.6) формируют маску для легирования областей стоков-истоков, затворов, контактных окон и охранных областей p-типа 12, проводят ионное легирование бором дозой 500- 800 мкКл и энергией 20-30 кэВ, удаляют резист. Шестой литографией формируют маску и проводят травление слоев нитрида кремния 8 (фиг.7) на разделительных областях между стоками и охранными зонами, удаляют резист. Проводят отжиг с окислением при температуре 900-1050^oC при давлении паров воды 5-10 атмосфер на толщину окисла 0,5 мкм так, что образуется планарная структура окисла кремния 13 с затвором 6,7 (фиг.7). Удаляют нитрид кремния 8 (фиг. 8) и напыляют металла AL толщиной 1,2 мкм. Наносят резист и седьмой литографией формируют разводку 14 (фиг.9). Удаляют резист.

Таким же способом могут быть получены одноканальные МДП ИС.

Использование: изобретение относится к интегральной микроэлектронике и может быть использовано при разработке и производстве одноканальных и взаимодополняющих МДП ИС цифрового, линейного и аналогового применения. Сущность изобретения: способ изготовления МДП ИС основан на последовательном формировании контактных окон к полупроводниковой пластине в слоях поликристаллического кремния и подзатворного окисла, нанесении второго слоя поликристаллического кремния и слоя нитрида кремния, формировании в слоях нитрида кремния и поликристаллического кремния затворов, контактных окон к полупроводниковой пластине и разделительных областей между стоками и охранными зонами, легировании областей стоков, истоков и охранных областей, удалении нитрида кремния с разделительных областей между стоками и охранными зонами, термическом окислении, удалении нитрида кремния, благодаря чему происходит вскрытие контактных окон к диффузионным областям и затворам, создании разводки металлом, что повышает процент выхода годных ИС, их стойкость к внешним воздействиям, плотность компоновки и быстродействие. 9 ил.

Способ изготовления МДП ИС, включающий создание в полупроводниковой пластине первого типа проводимости областей кармана второго типа проводимости, проведение подзатворного окисления, осаждение слоя затворного поликристаллического кремния, формирование с помощью литографии в поликристаллическом кремнии затворов МДП-транзисторов, нанесение резиста и формирование в нем с помощью литографии маски для легирования областей одного типа проводимости, проведение легирования примесью одного типа проводимости этих областей, удаление резистивной маски, нанесение резиста и формирование в нем с помощью литографии маски для легирования областей другого типа проводимости, проведение легирования областей другого типа проводимости, проведение легирования примесью другого типа проводимости последних областей, удаление резистивной маски, формирование с помощью литографии в слое окиси кремния контактных окон к диффузионным областям, нанесение слоя металла и формирование в нем с помощью литографии разводки, отличающийся тем, что после создания кармана со всей полупроводниковой пластины удаляют весь окисел, после чего проводят подзатворное окисление, на полученный подзатворный окисел осаждают слой затворного поликристаллического кремния, наносят резист и формируют в нем с помощью литографии контактные окна к полупроводниковой пластине, проводят травление затворного поликристаллического кремния и подзатворного окисла, удаляя их из контактных окон, удаляют резист, осаждают второй слой поликристаллического кремния и слой нитрида кремния, формируют в них с помощью литографии маски как затворов, так и контактных окон к полупроводниковой пластине, разделительных областей между стоками и охранными зонами, проводят с помощью процессов травления удаление слоя нитрида кремния и поликристаллического кремния, оставляя открытыми области охранных зон и части областей стоков-истоков, между затвором и контактным окном, удаляют и снова наносят резист, в котором с помощью литографии формируют маску для легирования областей одного типа проводимости контактных окон к стокам и истокам, затворов, стоков, истоков и охранных зон одного типа проводимости, проводят через слой нитрида кремния легирование примесью одного типа проводимости этих областей, удаляют и снова наносят резист, в котором с помощью литографии формируют области для легирования контактных окон к стокам и истокам, затворов, стоков, истоков и охранных зон другого типа проводимости, проводят через слой нитрида кремния ионное легирование перечисленных областей примесью другого типа проводимости, удаляют и снова наносят резист, в котором с помощью литографии формируют маску, в которой закрывают области затворов и контактных окон, оставляя открытыми разделительные области между стоками и охранными зонами, с помощью процесса травления удаляют нитрид кремния с разделительных областей между стоками и охранными зонами, после чего удаляют резист и окисляют полупроводниковую пластину на толщину окисла, при которой поверхности окисла и поликристаллического затвора оказываются в одной плоскости, после чего удаляют оставшийся на затворах и контактных окнах нитрид-кремния.