Способ изготовления транзистора с зависимым контактом к подложке Российский патент 2021 года по МПК H01L29/78 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении транзисторов на пластине кремний на изоляторе (КНИ) с широкой областью применения.

В патенте US 6154091 H01L 25/00 от 02.07.1999 описан способ изготовления транзистора на КНИ пластине с контактом к подложке, совмещенным с истоком.

Структура данного транзистора формировалась по стандартной самосовмещенной технологии изготовления метал-окисел-полупроводник (МОП) транзистор на КНИ. Особенность данного изобретения заключается в «Г»-образной форме слоя поликремния, где исток совмещен с контактом к подложке. Слой поликремния между контактами истока и стока является затвором транзистора. Недостатком данной технологии является то, что часть слоя поликремния, отделяющего сток от контакта к подложке - создает дополнительную паразитную емкость затвора, что отрицательно влияет на скоростные характеристики транзистора и устройства, изготовленного на базе данного транзистора.

В патенте RU 2477904 CI H01L 29/78, опубл. 20.03.13 бюл. №8, описан способ изготовления транзистора на КНИ с контактом к подложке.

Структура данного транзистора включает области мелкощелевой изоляции, область кармана ретроградного профиля распределения примеси типа 2 глубиной на всю толщину слоя кремний на изоляторе, область поликремниевого затвора, легированного ионами примеси типа 2, области, слаболегированные примесью типа 1 (слаболегированная область), спейсер, область стока, сформированную с одной стороны затвора высоколегированными ионами примеси типа 1 глубиной на всю толщину слоя кремний на изоляторе, область истока, сформированную с другой стороны затвора высоколегированными ионами примеси типа 1 глубиной на часть толщины слоя кремний на изоляторе и область контакта к карману, сформированного примесью типа 2, электрически соединенной с истоком за счет силицида, область высоколегированного контакта к карману располагается под областью истока и имеет ширину, равную ширине истока, при этом электрическое соединение силицидом областей истока и контакта к карману осуществляется в канавке, сформированной в области истока глубиной, равной или превышающей глубину области истока, и шириной, равной ширине истока. Недостатком данной технологии является высокая паразитная емкость затвора транзистора, что влияет на его скоростные характеристики.

В патенте US №6960810 В2 от 30.05.2002 описан способ изготовления транзистора с двумя слоями поликремния, в котором контакт к подложке совмещен с истоком, выбранный за прототип. Такой транзистор обладает меньшим паразитным сопротивлением, высоким временем переключения, чем ранее описанные варианты. Недостатком является то, что способ не позволяет создать широкий транзистор, тем самым такого типа транзисторы невозможно использовать в элементах ввода и вывода схем.

Задачей изобретения является создание высокоскоростного транзистора на КНИ с зависимым контактом к подложке, который возможно использовать в элементах ввода и вывода схем.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение области применения транзистора с двумя слоями поликремния и с зависимым контактом к подложке.

Технический результат достигается тем, что в способе создания транзистора КНИ с зависимым контактом к подложке, включающем формирование на пластине кремний на изоляторе областей стока, истока, совмещенного с контактом к подложке и затвора, состоящего из двух слоев поликремния, зависимый контакт к подложке выполняют путем создания сильнолегированной области кремния, которую соединяют с подложкой транзистора посредством легированной дополнительной области кремния.

Изобретение поясняют следующие фигуры.

На фигуре 1 представлен фрагмент топологии части транзистора с затвором, состоящим из двух слоев поликремния.

На фигурах 2, 3, 5, 6, 8, 12 представлены основные этапы реализации способа изготовления транзистора с зависимым контактом к подложке в сечении А.

На фигурах 4, 7, 9, 11 представлены основные этапы реализации способа изготовления транзистора с зависимым контактом к подложке в сечении В.

На фигуре 10 приведено изображение транзистора в сечении С.

На фигуре 13 приведено распределение напряженности электрического поля в кремниевом слое.

Н фигурах 1-12 приняты следующие обозначения:

1 -исток транзистора;

2 - сток транзистора;

3 - затвор, состоящий из двух слоев поликремния;

4 - совмещенный с истоком контакт к подложке;

5 - кремниевый нижний слой пластины кремний на изоляторе (КНИ);

6 - слой захороненного оксида кремния;

7 - область нелегированного кремния;

8 - область слаболегированного кремния, включающая область легированного кремния (карман), контакта к подложке;

9 - слой подзатворного диэлектрика (оксид кремния);

10 - первый слой поликремния;

11 - слой нитрида кремния;

12 - сильнолегированная область кремния (область охраны);

13 - дополнительная область легированного кремния (область ДА), соединяющая контакт к подложке и подложку транзистора;

14 - первый слой оксида кремния;

15 - второй слой оксида кремния;

16 - второй слой поликремния;

На фигуре 10 приведено изображение транзистора в сечении С, где:

17 - области слаболегированного кремния (области LDD);

18 - спейсеры транзистора.

Процесс изготовления транзистора с зависимым контактами к подложке реализуется следующим образом.

На пластине КНИ, состоящей из кремниевого нижнего слоя 5 пластины кремний на изоляторе (КНИ), слоя захороненного оксида кремния 6, нелегированного кремния 7 методом ионной имплантации формируют область слаболегированного кремния 8. Затем формируют путем термического окисления слой подзатворного диэлектрика 9. Далее осаждением с последующей фотолитографией, имплантацией примеси и травлением по маске формируют первый слой поликремния 10 и нитрида кремния 11 (фиг. 2).

Затем создаются области охраны 12 путем ионной имплантации (фиг. 3).

Далее после осаждения первого слоя оксида кремния 14 и последующего реактивного травления по маске, первого слоя оксида кремния и кремния формируют кремниевую область (кремниевый островок), включающую область слаболегированного кремния 8 (фиг. 4, 5) и область ДА 13 (фиг. 4).

После формирования кремниевого островка создается изоляция путем низкотемпературного осаждения второго слоя оксида кремния 15, травления по маске инверсного актива и области контакта к подложке с дальнейшей химико-механической полировкой с последующим удалением нитрида кремния (фиг. 6, 7).

Далее производят осаждение второго слоя поликремния 16 (фиг. 8) и дальнейшее формирование затвора 3 путем травления по маске (фиг. 9).

Затем формируют области LDD 17 методом ионной имплантации примеси по фотокопии (ФК) N+, P+ и спейсеров 18 методом осаждения оксида кремния и процесса безмасочного травления (фиг. 10).

Затем проводится формирование сильнолегированных областей истока 1, стока 2 (фиг. 10) и контакта к подложке 4 ионной имплантацией по маске (фиг. 11, 12).

Далее процесс завершается стандартным способом формирования самосовмещенного силицида, изоляции, контактов и металлов.

Данная технология изготовления позволяет изготавливать широкий транзистор (до 35 мкм), на котором может быть расположено до 11 равносильных совмещенных с истоком контактов к подложке.

На фигуре 13 приведено распределение напряженности электрического поля в кремниевом слое, диной 35 мкм, толщиной 0,2 мкм, легированным бором 10¹⁵ см^-3, где на одном контакте было подано напряжение 3,3 В, другой заземлен. Данные расчеты были получены посредством моделирования в САПР TCAD с использованием квазигидродинамической модели. Таким образом, ширина транзистора с совмещенным контактом к подложке зависит от расстояния между контактами к подложке структуры.

Таким образом, можно получить широкий транзистор с совмещенным с истоком контактом к подложке, что позволяем использовать его в элементах ввода и вывода схем.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении транзисторов на пластине кремний на изоляторе (КНИ) с широкой областью применения. Техническим результатом предлагаемого решения является расширение области применения транзистора с двумя слоями поликремния и с зависимым контактом к подложке. Технический результат достигается тем, что при изготовлении транзистора с зависимым контактом к подложке, включающем формирование на пластине кремний на изоляторе областей стока, истока, совмещенного с контактом к подложке, и затвора, состоящего из двух слоев поликремния, зависимый контакт к подложке выполняют путем создания сильнолегированной области кремния, которую соединяют с подложкой транзистора посредством легированной дополнительной области кремния. 13 ил.

Способ создания транзистора КНИ с зависимым контактом к подложке, включающий формирование на пластине кремний на изоляторе областей стока, истока, совмещенного с контактом к подложке, и затвора, состоящего из двух слоев поликремния, отличающийся тем, что зависимый контакт к подложке выполняют путем создания сильнолегированной области кремния, которую соединяют с подложкой транзистора посредством легированной дополнительной области кремния.