СПОСОБ СОЗДАНИЯ МОП-СТРУКТУР Российский патент 2023 года по МПК H01L21/82 

Областью применения предлагаемого изобретения является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а именно производство радиационно-стойких МОП-структур.

Известны способы создания МОП-структур, включающих формирование подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора на подложке первого типа проводимости, стока и истока второго типа проводимости и маскирующего их оксида кремния (см., например, книгу Интегральные схемы на МДП-приборах / пер. с анг. под ред. А.Н. Кармазинского. - Москва: Мир, 1975. - с. 210-211, или книгу Бочаров, Л.Н. Полевые транзисторы / Л.Н. Бочаров. - Москва: Радио и связь, 1984, с изменениями. - с. 63-64).

При изготовлении МОП-транзистора с поликремниевым затвором области стока и истока формируют после изготовления подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора. Далее области стока и истока отжигают для активации примесей при температуре Т=1050°С и маскируют оксидом кремния для предотвращения замыкания подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора с данными областями. Однако, радиационная стойкость к воздействию гамма-лучей таких МОП-транзисторов невелика и составляет 30-40 килорад.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ создания МОП-структур, включающих формирование подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора на подложке первого типа проводимости, стока и истока второго типа проводимости и маскирующего их оксида кремния (см. книгу Widmann D. Technology of Integrated Circuits / D. Widmann, H. Mader, H. Friedrich. - Berlin: Springer, 1995. - p. 286-295). Однако, как и в предыдущих аналогах, стойкость таких МОП-структур к воздействию гамма-лучей невелика.

Создание подзатворного оксида кремния обычно проводится методом высокотемпературного окисления кремния при температурах 850-900°С. Выбор такой температуры обусловлен необходимостью получения заданной толщины оксида кремния. Для уменьшения влияния гамма-излучения толщину самого подзатворного оксида кремния делают минимально возможной для заданных величин напряжения питания микросхем (1-2 нм/В). Получение подзатворного оксида кремния при упомянутых выше температурах позволяет получить минимальную толщину переходной области оксид кремния - кремний.

После создания тонкого слоя подзатворного оксида кремния под поликремниевым затвором проводятся высокотемпературные операции активации примесей при формировании областей стока и истока, а также маскирования этих областей высокотемпературным оксидом кремния. Активация примесей и маскирование оксидом кремния обычно проводится при температурах 1000-1100°С. В переходной области оксид кремния - кремний атомы кислорода и кремния находятся в нестехиометрическом состоянии и захватывают дырки, что снижает радиационную стойкость МОП-структур из-за ухода пороговых напряжений от номинальных величин.

Поскольку после создания тонкого слоя оксида кремния производятся высокотемпературные операции диффузии примесей для формирования областей стока и истока, толщина переходной нестехиометрической области оксид кремния - кремний под затвором увеличивается, что ухудшает радиационную стойкость МОП-структур при воздействии гамма-излучения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение радиационной стойкости МОП-структур при воздействии гамма-излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от способа создания МОП-структур, включающих формирование подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора на подложке первого типа проводимости, стока и истока второго типа проводимости и маскирующего их оксида кремния, в предлагаемом способе дополнительно формируется экранирующий слой оксида кремния в местах формирования поликремневых затворов, на который наносят слой маскирующего нитрида кремния, затем формируют стоки и истоки транзистора и маскирующий их оксид кремния, далее удаляют слой нитрида кремния и экранирующий слой оксида кремния и формируют подзатворный оксид кремния и поликремниевый затвор, при этом ширина поликремниевого затвора должна быть больше, чем ширина маскирующего нитрида кремния на величину точности совмещения слоя маскирующего нитрида кремния и поликремниевого затвора.

Формирование дополнительного экранирующего слоя оксида кремния в месте формирования затвора, на который наносят слой маскирующего нитрида кремния, позволяет сформировать стоки и истоки транзистора и маскирующий их оксид кремния перед формированием подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора. Так как ширина поликремниевого затвора больше ширины маскирующего нитрида кремния на величину точности совмещения слоя маскирующего нитрида кремния и поликремниевого затвора, то поликремниевый затвор будет надежно управлять работой транзистора.

В предлагаемом способе подзатворный оксид кремния формируется в конце технологического маршрута и после его формирования не проводятся более высокотемпературные операции, толщина переходной нестехиометрической области минимальна, что обеспечивает большую стойкость к воздействию гамма-излучения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами.

На фигурах 1-6 представлен пример реализации предлагаемого изобретения для микросхем, изготовленных по МОП технологии.

Фигура 1: создание кармана N-типа проводимости для формирования Р-канальных МОП-транзисторов, нанесение основного и экранирующего слоев оксида кремния, а также слоя маскирующего нитрида кремния.

Фигура 2: формирование противоканального слоя N-типа проводимости, истока и стока Р-канального транзистора, противоканального слоя Р-типа проводимости, истока и стока N-канального транзистора, охранного слоя N-типа проводимости и охранного слоя Р-типа проводимости.

Фигура 3: формирование оксида кремния, маскирующего сток, исток и противоканальные слои.

Фигура 4: удаление слоя маскирующего нитрида кремния.

Фигура 5: формирование поликремниевого затвора.

Фигура 6: нанесение изолирующего затвор слоя фосфоросиликатного стекла (ФСС) и формирование алюминиевой металлизации.

Обозначение позиций:

1 - кремниевая пластина Р-типа проводимости ориентации (100) марки КДБ12;

2 - карман N-типа проводимости для формирования Р-канальных МОП-транзисторов;

3 - основной оксид кремния;

4 - экранирующий слой оксида кремния;

5 - слой маскирующего нитрида кремния;

6 - противоканальный слой N-типа проводимости, исток и сток Р-канального транзистора;

7 - противоканальный слой Р-типа проводимости, исток и сток N-канального транзистора;

8 - охранный слой N-типа проводимости;

9 - охранный слой Р-типа проводимости;

10 - оксид кремния, маскирующий сток, исток и противоканальные слои;

11 - подзатворный оксид кремния;

12 - поликремниевый затвор;

13 - изолирующий затвор слой фосфоросиликатного стекла (ФСС);

14 - алюминиевая металлизация;

LPch, LNch - длина Р-каналов и N-каналов МОП-транзисторов;

Δ - точность совмещения слоя маскирующего нитрида кремния и поликремниевого затвора;

LGp, LGn - ширина поликремниевых затворов Р-канальных и N-канальных МОП-транзисторов.

Предлагаемое изобретение было использовано для изготовления микросхем по КМОП технологии. На кремниевых исходных пластинах 1 (см. Фиг. 1) монокристаллического кремния Р-типа проводимости с удельным сопротивлением 12 Ом*см, диаметром 100 мм, ориентации (100), толщиной 460 мкм был создан карман N-типа проводимости для формирования Р-канальных МОП-транзисторов 2 путем ионного легирования фосфором с дозой облучения D=0,6-0,8 мкКл/см² и энергией ионов Е=70 кэВ и разгонки фосфора при температуре Т=1200°С в течение времени t=(10±3) часов в атмосфере азота. На пластину нанесли слой основного оксида кремния 3 толщиной d_SiO2=0,36-0,44 мкм, экранирующий слой оксида кремния 4 толщиной d_SiO2=360±20 Å и слой маскирующего нитрида кремния 5 толщиной d_Si3N4=0,1-0,125 мкм. Из слоя маскирующего нитрида кремния методом фотолитографии были сформированы области, повторяющие конфигурацию канальных областей КМОП-транзисторов. Длина Р-каналов МОП-транзисторов LPch и длина и N- каналов МОП-транзисторов LNch составила 1,8 мкм.

На Фиг. 2 показан процесс формирования следующих слоев:

- охранного слоя N-типа проводимости 8 путем ионного легирования фосфором с дозой облучения D=4±1 мкК/см² и энергией ионов Е=60 кэВ и разгонки фосфора при температуре Т=1150°С в течение времени t=(60±10) минут в атмосфере азота;

- охранного слоя Р-типа проводимости 9 путем ионного легирования бором с дозой облучения D=10±2 мкКл/см² и энергией ионов Е=40 кэВ и разгонки бора при температуре Т=1100°С в течение времени t=(3±1) часов в атмосфере азота;

- противоканального слоя N-типа проводимости, истока и стока Р-канального транзистора 6 путем ионного легирования фосфором с дозой облучения D=1000±50 мкКл/см² и энергией ионов Е=40 кэВ и разгонки фосфора при температуре Т=1060°С в течение времени t=20-40 минут в атмосфере азота;

- противоканального слоя Р-типа проводимости, истока и стока N-канального транзистора 7 путем ионного легирования бором с дозой облучения D=300 мкКл/см² и энергией ионов Е=20 кэВ и разгонки фосфора при температуре Т=1060°С в течение времени t=(50±30) минут в атмосфере азота.

Далее на пластине был сформирован оксид кремния, маскирующий сток, исток и противоканальные слои 10, толщиной d_SiO2=0,1-0,2 мкм при температуре Т=850°С (см. Фиг. 3). Затем удалили слой маскирующего нитрида кремния 5 и экранирующий слой оксида кремния 4 (см. Фиг. 4). После этого на пластину наносят подзатворный оксид кремния 11 толщиной d_SiO2=360±30 Å при температуре Т=850°С и формировали поликремниевый затвор 12 толщиной d_poly-Si=0,38-0,46 мкм при температуре Т=650°С (см. Фиг. 5). Ширина поликремниевых затворов с учетом точности совмещения слоя маскирующего нитрида кремния и поликремниевого затвора Δ=0,3 мкм составила LGp=LGn=LPch+Δ=LNch+Δ=2,1 мкм.

После формирования изолирующего затвор слоя фосфоросиликатного стекла (ФСС) 13 при температуре Т=850°С в нем вскрывали отверстия для создания контактов к областям стоков, истоков и противоканальных слоев. Затем на пластине формировали алюминиевую металлизацию 14 путем напыления пленки Al-Si толщиной d_Al=1,0-1,2 мкм (см. Фиг. 6). Термообработку сформированного слоя алюминиевой металлизации проводят при температуре Т=475°С.

На готовых микросхемах были проведены испытания на устойчивость к воздействию γ-излучения от кобальтового источника на Со 60. Микросхемы, изготовленные по прототипу, имели устойчивость до накопленной дозы 30-40 килорад, а микросхемы, изготовленные по предлагаемому способу - более 300 килорад.

Областью применения предлагаемого изобретения является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а именно производство радиационно-стойких МОП-структур. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение радиационной стойкости МОП-структур при воздействии гамма-излучения. Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от способа создания МОП-структур, включающих формирование подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора на подложке первого типа проводимости, стока и истока второго типа проводимости и маскирующего их оксида кремния, в предлагаемом способе дополнительно формируется экранирующий слой оксида кремния в местах формирования поликремневых затворов, на который наносят слой маскирующего нитрида кремния, затем формируют стоки и истоки транзистора и маскирующий их оксид кремния, далее удаляют слой нитрида кремния и экранирующий слой оксида кремния и формируют подзатворный оксид кремния и поликремниевый затвор, при этом ширина поликремниевого затвора должна быть больше, чем ширина маскирующего нитрида кремния на величину точности совмещения слоя маскирующего нитрида кремния и поликремниевого затвора. 6 ил.

Способ создания радиационно-стойких МОП-структур, включающих формирование подзатворного оксида кремния и поликремниевого затвора на подложке первого типа проводимости, стока и истока второго типа проводимости и маскирующего их оксида кремния, отличающийся тем, что дополнительно формируется экранирующий слой оксида кремния в местах формирования поликремневых затворов, на который наносят слой маскирующего нитрида кремния, затем формируют стоки и истоки транзистора и маскирующий их оксид кремния, затем удаляют слой нитрида кремния и экранирующий слой оксида кремния и формируют подзатворный оксид кремния и поликремниевый затвор, при этом ширина поликремниевого затвора должна быть больше, чем ширина маскирующего нитрида кремния на величину точности совмещения слоя маскирующего нитрида кремния и поликремниевого затвора.