Способ изготовления контактных окон с уменьшенным размером для полупроводниковых приборов Российский патент 2022 года по МПК H01L21/20 H01L21/306 

Область применения способа

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, а также уменьшении размеров контактных окон и шины металлической разводки, интегральных схем, многокристальных модулей, в том числе 3D-конструкций.

Уровень техники

В патенте RU2698574 от 27.08.2019 (заявка №2018141918/28 (069865) приоритет 28.11.2018 г.) Красников Г.Я., Тадевосян С.Г. (2), являющимся прототипом данного изобретения «Изготовление полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела». Сущность предложенного способа заключается в следующем: после травления первого слоя материала осаждается второй слой материала сверх первого слоя, а затем осаждается третий слой материала и с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала; затем, используя оставшуюся часть третьего слоя как маску, удаляется как первый, так и второй слой материала; а потом травится третий слой материала; оставшийся слой второго материала размером меньше, чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры. Достижение технического результата для травления вертикальной полупроводниковой структуры показано на фиг. 6 и в таблице 1.

X=У-2Z

Х - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью способа.

Y - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора полученного с помощью фотолитографии.

Z - Зависит от многих факторов в том числе от толщины H1 (первый слой материала), Н2 (второй слой материала), от используемого материала а также от условий, от технологических режимов обработки так и состава используемых слоев. Примерно ширина слоя Z меньше 1-25% от толщины слоя Н2. Значение связано между X, Y, Z, H1, H2.

Оставшийся слой второго материала размером меньше чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры. Достижение технического результата для травления вертикальной полупроводниковой структуре показано на фиг. 6 и в таблице 1.

X=У-2Z

Х - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью способа.

Y - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора полученного с помощью фотолитографии.

Z - Зависит от многих факторов в том числе от толщины H1 (первый слой материала),

Н2 (второй слой материала), от используемого материала а также от условий, от технологических режимов обработки и состава используемых слоев. Примерная ширина слоя Z меньше 1-25% от толщины слоя Н2. Значение связано между X, Z, H1, H2.

образования силицида там, где полупроводник соприкасается с металлическими участками, или наоборот, металлический слой прикасается к полупроводниковым участкам, после чего, используя четвертый слой как маску, травится образовавшийся силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно. Размер контактных окон становится меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, поскольку размеры контактных окон получаются меньше, чем это позволяет достигать фотолитография по способу (1).

Сущность предложенного способа

Сущностью изобретения является изготовления контактных окон с уменьшенным размеров (меньше, чем это позволяет достигать фотолитография), для полупроводниковых приборов. Используя способ (1) после формирование первого, второго и третьего слоев по способу (1), где эти слои могут быть из любого материала, в предложенном способе необходимо, чтобы первый и второй слои были только диэлектриком (SiO₂, Si₃N₄ и т.д.) После формирование третьего слоя, где в способе (1) можно использовать любой материал, а в данном способе необходимо использовать либо металл, либо полупроводник; затем проводится ХМП третьего слоя по способу (1). В отличие от способа (1), в данном способе осаждается четвертый слой - либо металл, либо полупроводник. Осаждение проводится таким образом, что если третий слой полупроводник, то четвертый слой - металл; а если третий слой - металл, то четвертый слой - полупроводник сверх этой структуры, а затем проводится термообработка данной структуры до образования силицида в контактных окнах, где полупроводник соприкасается с металлическими участками, или, наоборот, металлический слой прикасается к полупроводниковым участкам; затем, используя четвертый слой как маску, травится образовавшийся силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно. Размер контактных окон становится меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, поскольку размер контактных окон получаются меньше, чем это позволяет достигать фотолитография по способу (1).

Описание чертежей

Краткое описание чертежей: Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1);

Фиг. 2 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2);

Фиг. 3 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3);

Фиг. 4 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3); конфигурация оставшегося третьего слоя металла или полупроводника после ХМП (5);

Фиг. 5 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3)Ф; конфигурация оставшегося третьего слоя металла или полупроводника после ХМП (5); четвертый слой металла или полупроводника (6);

Фиг. 6 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2; четвертый слой металла или полупроводника (6); конфигурация силицида после термообработки данной структуры (7);

Фиг. 7 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); четвертый слой металла или полупроводника (6);

Фиг. 8 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); четвертый слой металла или полупроводника (6);

Фиг. 9 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2);

Фиг. 10 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); контактный окно с металлическим контактом (8);

Фиг.11 Прототип Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3); конфигурация оставшегося третьего слоя металла или полупроводника после ХМП (5).

Пример осуществления изобретения

Разработана технология изготовления контактных окон с уменьшенным размером - меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, например 3×3 нм для полупроводниковых приборов за счет того, что: 1. Осаждение первого слоя SiO₂ на монокристаллической подложке фиг. 1(4) толщиной 50 нм, после фотолитографии и травления SiO₂ образуется контактное окно размером 100×100 нм - фиг. 1(1). 2. После осаждения второго слоя SiO₂ толщиной 50 нм - фиг. 2 (2) - образуется окно размером 20×20 нм 3. Осаждение третьего слоя W толщиной 50 нм фиг. - 3(3). 4. ХМП третьего слоя W фиг. - 4 (5). 5. Осаждение поликремния толщиной 50 нм фиг. - 5 (6). 6. Термообработка данной структуры при температуре 830С до образования силицида по всей толщине W - фиг. 6 (7). 7. Травление силицида по всей толщине, используя поликремния, как маску для травления силицида - фиг.7. 8. Травления SiO₂ под силицидом, используя поликремний как маску - фиг. 8; при этом образуется контактное окно размером 20×20 нм - фиг. 8. 9. Травление поликремния фиг. - 9. 10. Осаждение TiTiN и W и ХМП W - при этом удаляется TiTiN, а оставшийся металл с сочетанием TiTiN и W размером 20×20 нм является контактом для металлической разводки в контактном окне - фиг. 10.(8). Таким образом, размер контактных окон становится меньше в пять раз, чем это позволяет достигать фотолитография, поскольку размер контактных окон получается 20×20 нм, а фотолитография в данном случае позволяет получить контактные окна размером 100×100 нм.

Литература

1. Патент RU 2698574 от 28.08.2019 по заявке №2018141918/28 (069865) от 28.11.2018; Красников Г.Я., Тадевосян С.Г. Способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, а также уменьшении размеров контактных окон и шины металлической разводки, интегральных схем, многокристальных модулей, в том числе 3D-конструкций. Способ изготовления контактных окон с уменьшенным размером для полупроводниковых приборов размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, заключается в том, что после осаждения первого слоя диэлектрика проводится фотолитография и травится первый слой диэлектрика, а затем осаждается второй слой диэлектрика, далее осаждается третий слой металла или полупроводника; затем проводится ХМП третьего слоя и осаждается четвертый слой - либо металла, либо полупроводника, при этом если третий слой - полупроводник, то четвертый слой - металл, а если третий слой - металл, то четвертый слой - полупроводник, а затем проводится термообработка структуры до образования силицида там, где полупроводник соприкасается с металлическими участками, затем, используя четвертый слой как маску, травится силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно, размер которого меньше, чем это позволяет достигать фотолитография. 11 ил., 1 табл.

Способ изготовления контактных окон с уменьшенным размером для полупроводниковых приборов, включающий травление первого слоя материала, осаждение второго слоя материала и осаждение третьего слоя материала; после чего с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, а оставшаяся часть материала второго слоя размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, используется для травления полупроводниковой структуры, отличающийся тем, что с целью получения контактных окон размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, после осаждения первого слоя диэлектрика проводится фотолитография и травится первый слой диэлектрика, а затем осаждается второй слой диэлектрика, далее осаждается третий слой металла или полупроводника, затем проводится ХМП третьего слоя и осаждается четвертый слой либо металл, либо полупроводник, таким образом, что если третий слой - полупроводник, то четвертый слой - металл; а если третий слой - металл, то четвертый слой - полупроводник сверх этой структуры, а затем проводится термообработка данной структуры до образования силицида там, где полупроводник прикасается к металлическим участкам, или наоборот металлический слой прикасается к полупроводниковым участкам; затем, используя четвертый слой как маску, травится силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно, размер которого меньше, чем это позволяет достигать фотолитография.