Способ изготовления быстродействующего кремниевого МОП-транзистора Российский патент 2024 года по МПК H01L21/335 H01L29/68 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к изготовлению полупроводниковых транзисторов с уменьшенной длиной канала.

В стандартной самосовмещенной технологии изготовления МОП-транзистора длина канала транзистора зависит от длины его затвора и длины диффузии примеси сильнолегированных областей стока и истока в область кармана, а также температуры активации этой примеси. Минимально возможная длина канала транзистора, изготовленного по какой-либо технологии, определяется проектной нормой. Уменьшение длины канала, можно получить благодаря диффузии примеси сильнолегированных областей кремния (истока и стока) в область канала под сформированный затвор. Такое изменение канала является незначительным и фиксированным для выбранной технологии.

Существует необходимость получать меньшую длину канала транзистора при использовании технологии, характеризующейся большими проектными нормами. Такая технология будет способствовать расширению номенклатуры изготавливаемых ИС, а значит и области применения.

В патенте RU 2024107 С1 опубл. 30.11.1994 предложен способ изготовления МОП-транзистора. Сущность изготовления которого заключается в следующем: при изготовлении МОП-транзистора после формирования полевого окисла формируют поликремниевый электрод затвора. Для этого на поверхность кремниевой подложки со сформированной структурой двуокись кремния-нитрид кремния последовательно наносят первый слой двуокиси кремния, поликристаллического кремния, нитрида кремния, второй слой двуокиси кремния, в которых формируют канавку, соответствующую по форме электрода затвора, а по глубине равную его толщине, поликремниевые стенки канавки термически окисляют, далее со дна канавки удаляют слои нитрида кремния и двуокиси кремния, формируют подзатворный оксид и наносят слой поликристаллического кремния. Затем последовательно удаляют слои нитрида кремния, двуокиси кремния и поликристаллического кремния. Данный способ способствует формированию узких пристенков (или спейсеров), что способствует уменьшению длины канала транзистора.

Недостатком данного способа является то, что длина канала ограничивается минимально возможной проектной нормой, свойственной используемому оборудованию фотолитографии (ФЛГ), и для выбранной технологии является величиной неизменной.

В патенте RU 2197769 С2 авторами Х.-С. Ким, Х.-Й. Син, С.-Ч. Ли опубл. 27.01.2003 описан МОП-транзистор с высоким быстродействием и с высокой производительностью и способ его изготовления. Транзистор кроме легированной области кармана содержит еще 4 типа легированных областей с разной концентрацией примеси, образующих исток и сток транзистора. Таким образом, они смягчают (компенсируют) влияние короткого канала на характеристики транзистора.

Недостатком данного способа является то, что длина канала ограничивается минимально возможной проектной нормой, свойственной используемому оборудованию фотолитографии, и для выбранной технологии является величиной неизменной.

В патенте RU 2245589 С2, опубл. 27.01.2005 «Устройство полевого МОП-транистора и способ его изготовления» предложен способ изготовления МОП-транзистора, применимый для транзисторов с проектными нормами 100 нм и менее. В работе подобраны значения концентрации примеси областей транзисторов таким образом, что позволяет без использования слаболегированных областей истока и стока получить транзистор с необходимыми концентрациями. Использование только сильнолегированных областей истока и стока приведут к уменьшению канала транзистора. Для предложенного способа изготовления МОП-транзисторов длина канала - неизменное значение.

Недостатком данного способа является то, что предложенный способ не дает возможности значительно уменьшить (в несколько раз) длину канала транзистора в сравнении с проектной нормой.

Прототипом данного изобретения является патент №2784405, опубл. от 24.11.2022, бюл. №33 «Способ изготовления МОП-транзистора на структуре «кремний на изоляторе». В этом способе на пластине «кремний на изоляторе» создают карман транзистора путем легирования слоя кремния, далее на пластину осаждают слой нитрида кремния и посредством реактивного травления по маске формируют область нитрида кремния, соответствующую проектной норме транзистора. Затем посредством ионной имплантации формируют слаболегированные области истока и стока. Далее методом осаждения оксида кремния из газовой фазы и последовательной планаризации формируют области оксида кремния на слаболегированных областях стока, истока, затем слой нитрида кремния удаляют жидкостным травлением. Осаждают слой оксида кремния посредством низкотемпературного осаждения из газовой фазы, посредством реактивного ионного травления оксида кремния формируют пристеночные области из оксида кремния, ширина которых определена временем травления оксида кремния. Далее после химической очистки поверхности, формируют на слое легированного кремния подзатворный оксид кремния методом высокотемпературного окисления. Затем формируют затвор транзистора посредством осаждения поликристаллического кремния и травления его по маске, далее проводится безмасочное травление оксида кремния, формирование сильнолегированных областей истока и стока посредством ионной имплантации и высокотемпературного отжига, таким образом, чтобы диффузия примесей областей истока и стока заходила под область затвора на расстояние равное ширине пристеночных областей из оксида кремния.

Недостатком данного способа является то, что предложенный способ не дает возможности значительно уменьшить (в несколько раз) длину канала транзистора в сравнении с проектной нормой.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа изготовления субмикронного кремниевого МОП-транзистора, характеризующегося возможностью выбора длины канала до размера, меньшего, чем проектная норма технологии в разы.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение быстродействия кремниевого МОП-транзистора в результате уменьшения длины канала, расширение области его применения.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления быстродействующего кремниевого МОП-транзистора, включающем формирование областей стока, истока, затвора, подзатворного диэлектрика, затвор выполняют Т-образным с пристеночными областями из оксида кремния, для чего на кремниевой структуре создают карман транзистора путем легирования и травления по маске слоя кремния, далее осаждают слой оксида кремния, в котором посредством травления по маске, соответствующей проектной норме транзистора, формируют сквозное отверстие до предыдущего слоя, затем путем осаждения оксида кремния и последующего травления формируют пристеночные области, после чего создают на слое легированного кремния подзатворный диэлектрик, затем формируют затвор транзистора посредством осаждения слоя поликристаллического кремния и последующей химико-механической полировки, далее посредством травления удаляют оксид кремния и формируют сильнолегированные области кремния - исток и сток транзистора путем имплантации примеси и последующего отжига, затем осаждают оксид кремния, толщиной превышающий высоту сформированного слоя затвора, планаризуют его путем полирования до слоя поликристаллического кремния и заканчивают формирование затвора посредством осаждения слоя поликристаллического кремния и травления его и оксида кремния по маске затвора.

Изобретение поясняют следующие фигуры (на примере МОП-транзистора на структуре «кремний на изоляторе» (КНИ)).

На фигурах 1-11 представлены основные этапы предлагаемого способа изготовления транзистора.

В таблице 1 приведены характеристики транзисторов, рассчитанных посредством численного моделирования по предложенному способу изготовления.

На фиг. 1-11 приняты следующие обозначения

1 - кремниевая подложка структуры КНИ;

2 - слой оксида кремния (захороненный) структуры КНИ;

3 - кремниевый слой (приборный) структуры КНИ;

4 - слой оксида кремния;

5 - пристеночные области из оксида кремния;

6 - слой подзатворного диэлектрика (оксида кремния);

7 - слой поликристаллического кремния (нижний слой затвора);

8 - сильнолегированная область кремния (исток транзистора);

9 - сильно легированная область кремния (сток транзистора);

10 - слой оксида кремния;

11 - слой поликристаллического кремния (верхний слой затвора).

Изобретение осуществляется следующим образом.

На пластине КНИ, включающей слои 1, 2 и 3, верхний слой кремния 3 травят по маске актива и создают карман транзистора посредством имплантации примеси по маске (фиг. 1).

Далее на пластину осаждают слой оксида кремния 4 и посредством химико-механической полировки планаризуют поверхность (фиг. 2).

Затем посредством реактивного ионного травления по маске с минимальными проектными нормами травят слой 4, формируя сквозное отверстие (окно) до предыдущего слоя (фиг. 3).

Далее в результате последовательного осаждения оксида кремния и травления формируют пристеночные области из оксида кремния 5 (фиг. 4). При этом толщину осаждаемого слоя оксида кремния и время его травления рассчитывают исходя из требуемого значения времени переключения изготавливаемого транзистора, которое определяется минимальной длиной канала.

Затем после жидкостной химической очистки проводят высокотемпературное окисление, формируют подзатворный диэлектрик 6 (фиг. 5).

Далее проводят осаждение слоя поликристаллического кремния 7 толщиной, превышающей высоту сформированных пристеночных областей из оксида кремния 5, но меньшей, чем толщина слоя оксида кремния 4 (фиг. 6).

Затем проводят химико-механическую полировку

поликристаллического кремния (нижнего слоя затвора) 7 до того уровня, где расстояние между пристеночными областями из оксида кремния равно необходимой длине затвора, определяющей с учетом диффузии примеси истоков и стоков транзистора длину канала. Проводят травление оксида кремния 4 и пристеночных областей из оксида кремния 5 (фиг. 7).

Далее посредством ионной имплантации и отжига формируют сильнолегированные области кремния - исток 8 и сток 9 транзистора (фиг. 8).

Затем осаждают слой оксида кремния 10, толщиной, превышающей толщину оставшегося слоя поликристаллического кремния 7 и проводят химико-механическую полировку оксида кремния 10 до слоя поликристаллического кремния 7 с незначительной полировкой последнего (фиг. 9).

Далее после проведения химической очистки, осаждают слой поликристаллического кремния (верхний слой затвора) 11 (фиг. 10).

Затем проводят травление слоев поликристаллического кремния 11 и оксида кремния 10 по маске затвора (фиг. 11).

Процесс завершается доудалением оксида кремния жидкостным травлением, формированием силицидированных областей истока 8, стока 9, верхнего слоя затвора 11 транзистора и последующей металлической разводки.

В таблице приведены характеристики транзисторов, рассчитанных посредством численного моделирования используя предложенный способ изготовления.

Исследуемые структуры отличались толщиной осаждаемого слоя оксида кремния, используемого для формирования пристеночных областей из оксида кремния. Таким образом, увеличение толщины осаждаемого слоя оксида кремния приводит к увеличению ширины пристеночных областей из оксида кремния, а значит и уменьшению длины канала транзистора.

В свою очередь, уменьшение длины канала транзистора приводит к уменьшению значения времени переключения изготавливаемого транзистора, т.е. увеличению его быстродействия.

Для расчета структур была выбрана за опорную технология изготовления ИС с проектной нормой 0,35 мкм. То есть минимальный элемент травления по маске был размером 0,35 мкм - это операция травления окна в слое оксида кремния 4 для формирования пристеночных областей из оксида кремния.

Таким образом, использование предложенного способа изготовления МОП-транзисторов позволяет уменьшить длину канала, тем самым увеличить его быстродействие.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к изготовлению полупроводниковых транзисторов с уменьшенной длиной канала. Способ изготовления быстродействующего кремниевого МОП-транзистора включает формирование областей стока, истока, затвора, подзатворного диэлектрика при этом согласно изобретению затвор выполняют Т-образным с пристеночными областями из оксида кремния, для чего на кремниевой структуре создают карман транзистора путем легирования и травления по маске слоя кремния, далее осаждают слой оксида кремния и посредством травления по маске, соответствующей проектной норме транзистора, формируют сквозное отверстие до предыдущего слоя, затем путем осаждения оксида кремния и последующего травления формируют пристеночные области, после чего создают на слое легированного кремния подзатворный диэлектрик, затем формируют затвор транзистора посредством осаждения слоя поликристаллического кремния и последующей химико-механической полировки, далее посредством травления удаляют оксид кремния и формируют сильнолегированные области кремния - исток и сток транзистора путем имплантации примеси и последующего отжига, затем осаждают оксид кремния, толщиной превышающий высоту сформированного слоя затвора, планаризуют его путем полирования до слоя поликристаллического кремния и заканчивают формирование затвора посредством осаждения слоя поликристаллического кремния и травления его и оксида кремния по маске затвора. Изобретение обеспечивает повышение быстродействия МОП-транзистора за счет уменьшения длины канала и расширение области применения. 11 ил., 1 табл.

Способ изготовления быстродействующего кремниевого МОП-транзистора, включающий формирование областей стока, истока, затвора, подзатворного диэлектрика, отличающийся тем, что затвор выполняют Т-образным с пристеночными областями из оксида кремния, для чего на кремниевой структуре создают карман транзистора путем легирования и травления по маске слоя кремния, далее осаждают слой оксида кремния и посредством травления по маске, соответствующей проектной норме транзистора, формируют сквозное отверстие до предыдущего слоя, затем путем осаждения оксида кремния и последующего травления формируют пристеночные области, после чего создают на слое легированного кремния подзатворный диэлектрик, затем формируют затвор транзистора посредством осаждения слоя поликристаллического кремния и последующей химико-механической полировки, далее посредством травления удаляют оксид кремния и формируют сильнолегированные области кремния - исток и сток транзистора путем имплантации примеси и последующего отжига, затем осаждают оксид кремния, толщиной превышающий высоту сформированного слоя затвора, планаризуют его путем полирования до слоя поликристаллического кремния и заканчивают формирование затвора посредством осаждения слоя поликристаллического кремния и травления его и оксида кремния по маске затвора.