СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНОГО СИЛЬНОТОЧНОГО МОП ТРАНЗИСТОРА Российский патент 2003 года по МПК H01L21/336 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к интегральным п/п схемам и п/п приборам. В технологии изготовления интегральных схем широко используются различные способы создания МОП транзисторов п- или р-типа, а также п- и р-типа на одной кремниевой пластине (КМОП технология).

Известен способ изготовления ИС [1] , включающий создание в подложке первого проводимости диффузионных карманов второго типа, формирование сток-истоков транзисторов первого типа и охранных областей для транзисторов второго типа, формирование сток-истоков, транзисторов второго типа и охранных областей для транзисторов первого типа, формирование тонкого окисла в областях каналов, формирование контактных окон и металлической разводки.

Недостатками способа изготовления данной ИС являются малая степень самосовмещения затворов, контактных окон, охранных областей и "карманов" с областями сток-истоков транзисторов обоих типов, а также необходимость для получения сильноточных МОП транзисторов значительного увеличения их площади при увеличении соотношения W/L (W - ширина канала, L - длина канала) при прочих равных условиях, таких как пороговые напряжения, толщина подзатворного окисла, сопротивление сток-истоковых областей и т.д.

Наиболее близким техническим решением является сильноточный N канальный МОП транзистор, изготовленный по технологии [2], включающий операции формирования областей стока 1-го типа проводимости МОП транзистора (рис. 1, 2), маскирующего диэлектрика на поверхности пластины, углублений для выделения на пластине монокристаллических участков (рис. 3), тонкого подзатворного диэлектрика на поверхности открытых областей кремния (рис. 4), заполнение углублений поликремнием, являющимся затвором, путем осаждения "толстого" поликремния на поверхности пластины методом осаждения из газовой фазы при низком давлении и планаризации методом плазмохимического травления поликремния до маскирующего диэлектрика, создание методами ионного легирования и термической обработки подзатворной области 2-го типа проводимости, области контакта к ней 2-го типа проводимости и области истока 1-го типа проводимости в каждом указанном выше монокристаллическом участке, формирование металлических контактов к соответствующим областям стока, затвора, истока и подзатворной области.

Недостатками прототипа является сложность технологии изготовления данного транзистора: большое число операций, в том числе прецизионных, и соответственно пониженный процент выхода годных при изготовлении.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в упрощении способа изготовления мощного сильноточного МОП транзистора за счет уменьшения числа операций, в том числе прецизионных, и соответственно повышения процента выхода годных при изготовлении.

Поставленная задача решается способом изготовления мощного сильноточного МОП транзистора, включающего операции формирования областей стока 1-го типа проводимости МОП транзистора (фиг. 1, 2), маскирующего диэлектрика на поверхности пластины, углублений для выделения на пластине монокристаллических участков (фиг. 3), тонкого подзатворного диэлектрика на поверхности открытых областей кремния (фиг. 4), заполнение углублений поликремнием, являющимся затвором, создание методами ионного легирования и термической обработки подзатворной области 2-го типа проводимости, области контакта к ней 2-го типа проводимости и области истока 1-го типа проводимости в каждом указанном выше монокристаллическом участке, формирование металлических контактов, причем после операций создания подзатворного диэлектрика на поверхности пластины осаждают тонкий слои поликремния (фиг. 5а), углубления заполняют фоторезистом до планарности с поверхностью пластины (фиг. 5б), удаляют немаскированные фоторезистом участки поликремния (фиг. 5в), удаляют из углублений фоторезист (фиг. 5г) и методами локального осаждения из газовой фазы углубления заполняют поликремнием требуемого типа проводимости до планарности с поверхностью пластины (фиг. 6).

Таким образом, отличительным признаком изобретения является то, что после операции создания подзатворного диэлектрика на поверхности пластины осаждают тонкий слои поликремния (фиг. 5а), углубления заполняют фоторезистом до планарности с поверхностью пластины (фиг. 5б), удаляют немаскированные фоторезистом участки поликремния (фиг. 5в), удаляют из углублений фоторезист (фиг. 5г) и методами локального осаждения из газовой фазы углубления заполняют поликремнием требуемого типа проводимости до планарности с поверхностью пластины (фиг. 6). Конечная структура сильноточного МОП транзистора изображена на фиг. 7.

В данном транзисторе достигается высокая степень интеграции:
- использована вертикальная структура транзистора в отличие от горизонтальной в предыдущем случае, т.е. затвор транзистора находится в углублениях подложки и канал транзистора располагается вертикально поверхности подложки вдоль поверхности углубления, а не на поверхности пластины;
- реализован принцип функциональной интеграции, так как поликремний в углублениях выполняет двойную функцию - затвора и области разделения монокристаллических участков, в которых сформированы подзатворная область, область контакта и ней и истоковая область с соответствующим контактом;
- также реализовано самосовмещение сток-истоковых областей с затвором.

Все это позволяет значительно увеличить соотношение W/L и соответственно увеличить величину тока при неизменной площади транзистора по поверхности пластины. Оценим, какой выигрыш по соотношению W/L дает вертикальная структура МОП транзистора по сравнению с горизонтальной структурой МОП транзистора. Предположим, что транзисторы изготовлены по технологии с 1,5 мкм проектными нормами в обоих случаях, ширина щели 0,6 мкм, эффективная длина канала взята равной 1 мкм в обоих случаях.

1. Вариант вертикального МОП транзистора, у которого монокристаллические области выделены углублениями, располагающимися на поверхности пластины в виде "решетки".

Размер каждой монокристаллической области с учетом окна под металлический контакт (1,5х1,5) мкм и зазора между окном и углублением 1,5 мкм составляет 4,5х4,5 мкм². С учетом углубления площадь составит 5,1х5,1 мкм. Эффективное соотношение W/L для каждой кристаллической области равно 9, с учетом углублений равно 8,
2. Вариант горизонтального МОП транзистора, у которого затвор располагается на поверхности подложки. Размер окна под металлический контакт 1,5х1,5 мкм, зазор между окном и краем затвора 1,5 мкм.

Площадь транзистора составит 4,5х6,0 мкм, где 4,5 мкм - ширина транзистора, а 6,0 мкм - длина транзистора (расстояние выбрано между серединами окон под металлический контакт к истоку и стоку).

Таким образом, выигрыш по току при одинаковой площади по поверхности пластины при 1,5 мкм проектных нормах и остальных равных условиях составит 2,3 раза. Использование углублений шириной 0,6 мкм приводит к потери площади всего на 25% при 1,5 мкм проектных нормах, что незначительно. Такой способ позволяет создать сильноточный транзистор.

Использование изобретения позволяет уменьшить на 1 количество прецизионных операций: вместо осаждения "толстого" поликремния, заполняющего углубления и планаризации поверхности методом плазмохимического травления поликремния до маскирующего диэлектрика, покрывающего монокристаллические участки, используется локальное осаждения поликремния из газовой фазы до планарности с поверхностью пластин.

При этом следует отметить, что для улучшения качества заполнения углублений поликремнием, осаждение "толстого" поликремния, в основном, проводится в несколько этапов послойно с дополнительными термообработками, что существенно усложняет используемый способ изготовления и не используется в изобретении. Общее количество операций с учетом прецизионных (без учета дополнительных термообработок в используемом способе) в изобретении возрастает на 4 операции, т.е. незначительно Таким образом, изобретение позволит упростить способ изготовления и повысить выход годных изделий. Данная совокупность отличительных признаков позволяет достигнуть названного технического результата. Изобретение поясняется фиг. 1-7.

Пример реализации способа изготовления мощного сильноточного МОП транзистора.

1. Исходный кремний подложки N+ типа, ориентация (100), ρv=0,01 Ом•см (фиг. 1).

2. Эпитаксия N- типа: h=2,5-4,0 мкм, ρv=1-7 Ом•см (фиг. 2).

3. Формирование диэлектрического слоя на поверхности пластины: окисление в Н₂О h=0,05-0,4 мкм.

4. Проекционная фотолитография "углублений" (затвора) L=0,6-1,0 мкм.

5. Плазмохимическое травление "углублений" с последующим удалением фоторезиста и очисткой поверхности пластины: SiO₂+Si с глубиной hSi=2 мкм.

6. Химическая обработка (фиг. 3).

7. Формирование подзатворного диэлектрика Т=850^oС - 1000^oС h=100-500 А (фиг. 4).

8. Осаждение тонкого Si* (фиг. 5а) h=1000-1500 А.

9. Заполнение углублений фоторезистом до планарности с поверхностью пластины (фиг. 5б).

10. Удаление немаскированных фоторезистом участков Si* (фиг. 5в).

11. Удаление фоторезиста из углублений.

12. Методами локального осаждения из газовой фазы углубления заполняются Si* требуемого типа проводимости (фиг. 6).

13. Формирование подзатворной Р - области Xj=1,0-1,5 мкм.

14. Формирование N+ истоковых областей Xj=0,25-0,45 мкм и Р+ контакта к Р - области.

15. Формирование изолирующего диэлектрика на поверхности пластины h= 0,4-0,7 мкм.

16. Формирование омических контактов к областям истока N+, Р+ контакту (подзатворной области), Si* затвору.

17. Нанесение пассивирующего слоя на лицевую поверхность пластины и формирование окон в пассивации.

18. Утонение пластин до требуемой толщины h=200-400 мм и формирование контакта к обратной стороне пластины (к стоку) (фиг. 7).

Источники информации
1. Патент США 3461361, кл. 313-235. опублик. 1969 г.

2. Патент США 5298442, кл. 437/40, опублик. 1994 г.

Использование: в микроэлектронике, при изготовлении интегральных схем и полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: способ изготовления мощного сильноточного МОП транзистора включает операции формирования областей стока 1-го типа проводимости МОП транзистора, маскирующего диэлектрика на поверхности пластины, углублений для выделения на пластине монокристаллических участков, тонкого подзатворного диэлектрика на поверхности открытых областей кремния, заполнение углублений поликремнием, являющимся затвором, создание методами ионного легирования и термической обработки подзатворной области 2-го типа проводимости, области контакта к ней 2-го типа проводимости и области истока 1-го типа проводимости в каждом указанном выше монокристаллическом участке, формирование металлических контактов. После операций создания подзатворного диэлектрика на поверхности пластины осаждают тонкий слой поликремния, углубления заполняют фоторезистом до планарности с поверхностью пластины, удаляют немаскированные фоторезистом участки поликремния, удаляют из углублений фоторезист и методами локального осаждения из газовой фазы углубления заполняют поликремнием требуемого типа проводимости до планарности с поверхностью пластины. Технический результат изобретения заключается в упрощении способа изготовления мощного сильноточного МОП транзистора за счет уменьшения числа операций, в том числе прецизионных, и соответственно повышения процента выхода годных при изготовлении. 10 ил.

Способ изготовления мощного сильноточного МОП транзистора, включающий операции формирования областей стока 1-го типа проводимости МОП транзистора, маскирующего диэлектрика на поверхности пластины, углублений для выделения на пластине монокристаллических участков, тонкого подзатворного диэлектрика на поверхности открытых областей кремния, заполнение углублений поликремнием, являющимся затвором, создание методами ионного легирования и термической обработки подзатворной области 2-го типа проводимости, области контакта к ней 2-го типа проводимости и области истока 1-го типа проводимости в каждом указанном выше монокристаллическом участке, формирование металлических контактов, отличающийся тем, что после операций создания подзатворного диэлектрика на поверхности пластины осаждают тонкий слой поликремния, углубления заполняют фоторезистом до планарности с поверхностью пластины, удаляют немаскированные фоторезистом участки поликремния, удаляют из углублений фоторезист и методами локального осаждения из газовой фазы углубления заполняют поликремнием требуемого типа проводимости до планарности с поверхностью пластины.