Способ изготовления элемента однократно программируемой памяти Российский патент 2025 года по МПК H10B20/25 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании интегральных схем (ИС) с опцией однократно программируемой памяти.

Обычно в качестве элемента памяти используют ячейки, содержащие плоские конденсаторы.

В авторском свидетельстве SU 986198 А «Элемент памяти с однократным программированием» предложен способ изготовления конденсатора, где на кремниевую легированную полупроводниковую подложку посредством эпитаксии осаждают тонкий слой легированного кремния. Далее осаждают толстый слой оксида кремния, формируют канавки, в которые в качестве металлического контакта напыляют алюминий. В канавке, где оксид кремния вытравливается не до эпитаксиального слоя кремния, формируется плоский конденсатор.

Недостатком предложенного способа является большая занимаемая площадь на кристалле. Также недостатком является сложность технологии изготовления, связанная с необходимостью последовательного травления канавок при формировании контакта к нижней обкладке конденсатора и канавок, формирующих изолирующий слой и верхнюю обкладку конденсатора.

В патенте RU 2110870 C1 «Способ изготовления накопительного конденсатора элемента памяти интегральных схем» описан способ, который включает нанесение на поверхность полупроводниковой пластины с диэлектрическим слоем и с контактным окном первого проводящего слоя, формирование в нем части первой обкладки конденсатора, осаждение разделительного изолирующего слоя, нанесение фоторезистивной маски с рисунком контактного окна, вскрытие контактного окна, удаление фоторезистивной маски, нанесение второго проводящего слоя, контактирующего с первым через контактное окно, формирование в нем другой части первой обкладки конденсатора, селективное удаление разделительного изолирующего слоя, формирование конденсаторного диэлектрика, нанесение третьего проводящего слоя, создание в нем второй обкладки конденсатора. Недостатком предложенного способа является невозможность использования при изготовлении интегральных схем с субмикронными проектными нормами, а также сложность технологии изготовления конденсатора, связанная с изготовлением нескольких слоев проводящего слоя, разделенных изолирующими слоями.

За прототип выбран способ изготовления конденсатора интегральной схемы, описанный в авторском свидетельстве SU 1817606 A1. Суть изобретения: на полупроводниковую подложку со сформированными элементами наносят изолирующий диэлектрический слой и одну или несколько пленок из диэлектрических материалов, травящихся избирательно. Затем формируют контактное окно и нижнюю обкладку конденсатора, после чего одну или несколько диэлектрических пленок удаляют. На поверхность нижней обкладки наносят диэлектрик и формируют верхнюю обкладку.

Недостатком прототипа является невозможность использования предложенного способа в ИС с субмикронными проектными нормами. Для технологии изготовления с проектной нормой 0,35 мкм ширина контактного окна составляет 0,4 мкм. Таким образом, толщина нижней обкладки конденсатора может составлять порядка 0,1 мкм, что является слишком маленькой величиной для формирования дальнейшего металлического контакта к нижней обкладке конденсатора.

Также, во избежание нежелательных эффектов, возникающих при высокотемпературном окислении нижней металлической обкладки конденсатора, изолирующий слой необходимо формировать методом низкотемпературного осаждения, что не предусмотрено прототипом.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание элемента однократно программируемой памяти (конденсатора), занимающего малую площадь на кристалле, технология изготовления такой памяти совместима со стандартной технологией изготовления КМОП.

Технический результат предлагаемого способа изготовления элемента однократно программируемой памяти заключается в увеличении плотности интеграции элементов интегральных схем с субмикронными проектными нормами на кристалле и расширении области применения таких ИС.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления элемента однократно программируемой памяти, представляющего собой конденсатор, в кремниевой пластине формируют слой легированного кремния, являющийся нижней обкладкой конденсатора, далее осаждают слой оксида кремния, который травят до слоя легированного кремния по маске области силицида титана, осаждают слой силицида титана, осаждают слой предметаллического диэлектрика - оксида кремния, в слое предметаллического диэлектрика выполняют контактное окно к слою легированного кремния, в котором формируют изолирующий диэлектрик и верхнюю обкладку конденсатора путем нанесения слоя оксида кремния и дальнейшего заполнения контактного окна металлом, затем изготавливают контакт к нижней обкладке конденсатора путем формирования в слое предметаллического диэлектрика контактного окна к слою силицида титана с последующим заполнением его металлом.

Изобретение поясняет чертеж, где представлено схематическое изображение маршрута изготовления конденсатора и приняты следующие обозначения:

1 - кремниевая пластина;

2 - слой легированного кремния;

3 - слой оксида кремния;

4 - слой силицида титана;

5 - слой предметаллического диэлектрика;

6, 9 - контактное окно;

7 - диэлектрик конденсатора - слой оксида кремния;

8, 10 - металлический столбик.

Изготовление элемента однократно программируемой памяти, начинается с формирования в кремниевой пластине 1 (фиг. а) слоя легированного кремния 2 (фиг. а) (нижняя обкладка конденсатора) методом ионной имплантации примеси.

Далее методом термического окисления формируется слой оксида кремния 3 (фиг а), который травится до слоя легированного кремния по маске, вскрывая области для формирования силицида титана.

Затем формируется слой силицида титана 4 (фиг. а) посредством последовательного напыления слоев титана и нитрида титана, быстрого термического отжига. Стоит отметить, что силицид титана формируется только на слое легированного кремния 2.

Далее методом осаждения оксида кремния и химикомеханической полировки формируется слой предметаллического диэлектрика 5 (фиг. б), включающего слой оксида кремния 3. Формируется контактное окно 6 (фиг. б) к слою легированного кремния (к слою легированного кремния без слоя силицида титана) методом реактивного ионного травления слоя предметаллического диэлектрика 5 по маске.

Далее методом термического окисления формируется в контактном окне 6 слой оксида кремния 7 - диэлектрик конденсатора (фиг. в).

Затем контактное окно 6 заполняется металлом - формируется металлический столбик 8 (верхняя обкладка конденсатора) (фиг. г) методом осаждения металла и химикомеханической полировки металла.

Далее формируется контактное окно 9 к слою силицида титана 4 методом травления слоя предметаллического диэлектрика 5 по маске.

Затем формируется металлический столбик 10 (контакт к нижней обкладке конденсатора) методом осаждения металла и дальнейшей его химико-механической полировки.

Процесс изготовления завершается формированием металлической разводки.

Устройство работает следующим образом.

Нижней обкладкой конденсатора, изготовленного по предлагаемому способу, является слой легированного кремния 2, контакт к которому образует металлический столбик 10 через слой силицида титана 4, верхней обкладкой конденсатора - металлический столбик 8. В качестве диэлектрика используется изолирующий слой оксида кремния 7. Для пробивания диэлектрика необходимо приложить разность потенциалов на обкладки конденсатора.

По предложенному способу были изготовлены опытные образцы конденсаторов, в которых в качестве примеси для формирования легированного слоя кремния использовались ионы бора, а контактные окна заполнялись вольфрамом. Экспериментально получено, что для пробоя диэлектрика (оксида кремния) толщиной 40 Å необходимо на верхнюю обкладку конденсатора приложить напряжение 7 В, на нижнюю - 0 В. Повторные измерения (после пробоя диэлектрика) вольтамперной характеристики конденсатора показывают короткое замыкание между обкладками (протекание тока плотностью более 1е-3 А/мкм).

Так как контактные окна характеризуются одними из минимальных линейных размеров топологии, то формирование конденсатора в контактном окне способствует увеличению степени интеграции элементов ИС на кристалле.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании интегральных схем (ИС) с опцией однократно программируемой памяти. В способе изготовления элемента однократно программируемой памяти, представляющего собой конденсатор, в кремниевой пластине формируют слой легированного кремния, являющийся нижней обкладкой конденсатора, далее осаждают слой оксида кремния, который травят до слоя легированного кремния по маске области силицида титана, осаждают слой силицида титана, осаждают слой предметаллического диэлектрика - оксида кремния, в слое предметаллического диэлектрика выполняют контактное окно к слою легированного кремния, в котором формируют изолирующий диэлектрик и верхнюю обкладку конденсатора путем нанесения слоя оксида кремния и дальнейшего заполнения контактного окна металлом, затем изготавливают контакт к нижней обкладке конденсатора путем формирования в слое предметаллического диэлектрика контактного окна к слою силицида титана с последующим заполнением его металлом. Технический результат изобретения заключается в увеличении степени интеграции элементов интегральных схем с субмикронными проектными нормами на кристалле и расширение области применения таких ИС. 1 ил.

Способ изготовления элемента однократно программируемой памяти, представляющего собой конденсатор, отличающийся тем, что в кремниевой пластине формируют слой легированного кремния, являющийся нижней обкладкой конденсатора, далее осаждают слой оксида кремния, который травят до слоя легированного кремния по маске области силицида титана, осаждают слой силицида титана, осаждают слой предметаллического диэлектрика - оксида кремния, в слое предметаллического диэлектрика выполняют контактное окно к слою легированного кремния, в котором формируют изолирующий диэлектрик и верхнюю обкладку конденсатора путем нанесения слоя оксида кремния и дальнейшего заполнения контактного окна металлом, затем изготавливают контакт к нижней обкладке конденсатора путем формирования в слое предметаллического диэлектрика контактного окна к слою силицида титана с последующим заполнением его металлом.