СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ Российский патент 2001 года по МПК H01L21/3205 H01L21/324 

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления интегральных схем (ИС), у которых на одном кристалле формируются транзисторы и резисторы.

Наиболее прогрессивным способом изготовления ИС является создание резисторов на осажденных на поверхности пленках кремния, изолированных диэлектриком, обладающих в результате изоляции диэлектриком от активных компонентов ИС минимальной емкостью и повышенной степенью интеграции.

В ранних работах в качестве пленок использовались пленки поликристаллического кремния, однако в силу "мелкозернистости" они имели большие величины сопротивления, что затрудняло получение сопротивлений в широком диапазоне значений. При этом свойства поликристаллических пленок существенно зависят от состояния поверхности, определяющих зарождение зерен. Кроме того, процесс осаждения пленок кремния, имеющих поликристаллическую структуру, происходит при температурах выше 600^oC, что увеличивает градиент температур по зоне осаждения и также приводит к неравномерности и невоспроизводимости свойств пленок. Уменьшение высокого сопротивления слоя может достигаться увеличением толщины слоев, что существенно усложняло технику травления резисторов, рекристаллизацией посредством лазерного наращивания или требует высоких температур отжига, приводящих к деградации структуры ИС (1 - "J. Appl. Phys. N 54 1983 pp 4633 - 4640), или иных методов увеличения величины зерен, позволяющих снизить сопротивление пленок при легировании примесью. Все это делает резисторы на поликристаллическом кремнии плохо воспроизводимыми.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления поликристаллических кремниевых пленок, легированных бором, для схем биполярных транзисторов (2 - ФРГ 3402188 A1 с приоритетом 23.01.84), включающий осаждение на поверхности пластины кремния, покрытой диэлектриком, слоя аморфного кремния при температурах ниже 580^oС, легирования аморфного слоя бором, в процессе или после осаждения аморфного слоя, термического отжига легированных пленок при температуре более 800^oC не менее 30 мин.

Осаждение пленок при пониженных температурах, имеющих аморфную структуру, устраняет недостатки способов изготовления резисторов на слоях поликристаллического кремния [1] по следующим причинам.

Так как осаждается не поликристаллический слой, состоящий из множества мелких кристаллов кремния, зарождающихся на поверхности диэлектрика и существенно зависящих от свойств диэлектрика на разных участках осаждения сдоя, а аморфный слой, свойства которого мало зависят от поверхности, то исключается невоспроизводимость осаждаемых слоев от качества поверхности.

Снижение температуры процесса уменьшает возможный градиент температур вдоль реактора, что также благоприятно отражается на воспроизводимости осаждаемых слоев по зоне осаждения.

И, наконец, при кристаллизации пленок, имеющих аморфную структуру, плотность центров кристаллизации снижается, а величина зерен увеличивается по сравнению с поликристаллическими пленками, получаемыми и отжигаемыми в аналогичных условиях (3 - " Appl. Phys. Lett. 42 (1983) pp 249-251), что позволяет получать низкие значения величин сопротивления поликристаллических кремниевых слоев.

Однако способ [2] имеет и существенные недостатки.

Так, использование в прототипе для кристаллизации аморфного слоя кремния температур, близких к 700^oC, не создает стабильного слоя для формирования резисторов по двум причинам. Во-первых, температура начала кристаллизации находится выше 600^oC и процесс "кристаллообразования" на уровне температур 700^oC собственно только начинается, слой еще не "готов" к формированию резисторов, и во-вторых, процесс изготовления ИС производится при температурах в диапазоне 800 - 900^oC и выше, и так как резисторы формируются на начальных этапах создания ИС, в процессе изготовления всей ИС будет продолжаться рост зерен в слое поликристаллического кремния, а значит будет меняться и величина сопротивления слоя, отклоняясь от требуемого номинала.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в достижении высокой воспроизводимости свойств поликристаллических кремниевых слоев для изготовления резисторов заданного номинала за счет выбора значения температуры дополнительного отжига для предварительной "кристаллизации", более высокой, чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС, что обеспечивает получения высокого процента выхода годных ИС.

Для достижения названного технического результата в способе изготовления резисторов в ИС, включающем формирование на поверхности пластины кремния слоя диэлектрика, осаждение слоя аморфного кремния, формирование в нем резисторов, перед формированием в слое аморфного кремния резисторов слой отжигают при температуре, большей чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что перед формированием в слое аморфного кремния резисторов слой отжигают при температуре, большей чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, оказывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает "изобретательский уровень" предлагаемого способа.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

Указанное выполнение предлагаемого способа приводит к тому, что после отжига аморфного слоя при температуре, большей, чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС, формируется поликристаллический кремниевый слой с величиной зерна, определяющей свойства слоя и обеспечивающей воспроизводимость требуемого номинала резисторов, при этом величина зерна уже не меняется в процессе изготовления структуры ИС. Кроме того, уровень температур изготовления структуры ИС (обычно 800 - 900^oC и выше) обеспечивает необходимую кристаллизацию, начинающуюся при значительно более низких температурах выше 600^oC.

Такая совокупность отличительных признаков позволяет устранить недостатки способа изготовления резисторов и обеспечивает повышение качества резисторов и всей ИС.

Пример. В монокристаллической подложке p типа проводимости (10 Ом/см) формируют скрытый слой n типа проводимости (с глубиной xj = 2.5 мкм, 35-50 Ом/кв). Наращивают эпитаксиальный слой n типа проводимости толщиной 1,75 мкм с сопротивлением 0.7 Ом/см, формируют на поверхности слои нитрида кремния и окисла кремния, вскрывают в них окна, создают в них высоколегированные области p+ типа проводимости имплантацией бора дозой 50 мккул/см², формируют полевой диэлектрик 0.4 мкм окислением при температуре в парах воды, одновременно создавая изоляцию p+ слоем до подложки, удаляют слои нитрида кремния и окисла кремния, используемые для создания полевого диэлектрика, производят окисление открытых мест при 1000^oC на толщину 1000 см^-8, осаждают аморфный кремний при 560 толщиной 2500 см^-8 при давлении 25 Па, после чего производят термический отжиг при 1050^oC в азоте 40 мин. При этом аморфный кремний кристаллизуется в поликристаллический кремний. Далее выполняется ионное легирование бора в поликристаллический кремниевый слой при 30 КЭВ 51 мккул/см². Слой поликристаллического кремния под защитой фоторезиста обтравливался, кроме участков резистора, располагаемых над полевым диэлектриком. Поликристаллические кремниевые резисторы окислялись при температуре 850^oC. Далее формировалась базовая область транзистора ионным легированием бора через слой оксида кремния с дозой 15 мккул/², осаждался оксид кремния из тетраэтоксисилана (ТЭОС) при 720^oC толщиной 2500 мкм, вскрывались контактные окна, в окне эмиттера формировались области активной базы ионным легированием 15 мккул/см², осаждалась пленка поликремния при 620^oC толщиной 1500 см^-8, под защитой фоторезиста в областях эмиттера и коллектора пленка легировалась мышьяком с дозой 1500 мккул/см², а в областях контактов базы и резисторов бором с дозой 10 мккул/см² и далее производился отжиг всей структуры при температуре 1000^oC 40 мин. По окончании выполнялась разводка из алюминия с присадкой кремния.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к технологии изготовления интегральных схем (ИС). Предложенный способ изготовления резисторов в интегральных схемах включает формирование на поверхности пластины кремния слоя диэлектрика, осаждение слоя аморфного кремния, формирование в нем резисторов. Перед формированием в слое аморфного кремния резисторов его отжигают при температуре, большей температуры последующего формирования резисторов и областей структуры ИС. В результате повышается воспроизводимость свойств поликремниевых слоев для изготовления резисторов заданного номинала за счет выбора значения температуры дополнительного отжига. Все это обеспечивает получение высокого процента выхода годных ИС. 3 з.п.ф-лы.

1. Способ изготовления резисторов в интегральных схемах, включающий формирование на поверхности пластины кремния слоя диэлектрика, осаждение слоя аморфного кремния, формирование в нем резисторов, отличающийся тем, что перед формированием в слое аморфного кремния резисторов, его отжигают при температуре, большей чем температуры последующего формирования резисторов и областей структуры интегральных схем. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение слоя аморфного кремния производят при 570°С. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед формированием в слое аморфного кремния резисторов его отжигают при температурах более высоких, чем температуры изготовления собственно интегральных схем, - 800 - 900°С и выше. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отжиг производится при 1050°С в течение 40 мин.