Способ изготовления полевых транзисторов Советский патент 1987 года по МПК H01L21/18 

Фиг.1 110 Изобретение относится к технологии изготовления полевого транзистора с обеднением и интегральных схем Оно может быть использовано при изготовлении узкоканальных МДП-транзис торов с обеднением для передачи высокого уровня напряжения при малой потребляемой ими мощности и меньшей величине порогового напряжения. Известен способ изготовления поле вого транзистора, в котором за счет использования дополнительной фотолитографической операции диффузионный (антипаразитный) слой первого типа проводимости удален от края отверстия в диэлектрическом слое и диффузионного слоя второго типа проводимости (встроенного канала). Использо вание этого способа позволяет исклю чить влияние диффузионного слоя перв го типа проводимости на проводимость диффузионного слоя второго типа проводимости (коэффициент влияния под-ложки на пороговое напряжение и на величину порогового напряжения). Недостатком этого способа является низкая воспроизводимость ш 1рины калала из-за уходов размеров отверстия в диэлектрическом слое при его травлении. Заряд на границе раздела диэлектрических слоев разной толщины влияет на проводимость диффузионного слоя второго типа проводимости. Боль шая площадь, занимаемая диффузионным слоем первого типа проводимостид сни жает степень интеграции полупроводни ковых схем. Наличие крутой высокой ступеньки в отверстии диэлектрическо го слоя приводит к разрывам токоведу щих шин. Наличие положительного заряда на границе диэлектрического слоя с полу проводниковой подложкой р-типа проводимости может привести к инверсии приповерхностного слоя полупроводниковой подложки, к шунтированию им полевого транзистора Наиболее близким техническим реше нием является способ изготовления по левых транзисторовэ включающий нанесение на поверхность полупроводниковой подложки первого типа проводимое ти первого и второго диэлектрических слоев из двуокиси и нитрида кремния и первого слоя фоторезиста, формирование в них. отверстий, легировэ.ние через отверстия примесью первого типа проводимости, приповерхностного 72 слоя полупроводниковой подложки, удаление первого слоя фоторезиста, нанесение третьего диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой подложки в отверстия в первом и втором диэлектрических слоях, удаление первого и второго диэлектрических слоев, первое легирование примесью второго типа проводшу-ости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки через отверстия в третьем диэлектрическом слое, нанесение четвертого диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой подложки, нанесение слоя из поликристаллического кремния на поверхности третьего к четвертого диэлектрических слоев и формирование из него поликремниевой шины, второе легирование примесью второго типа провод1-5мости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки с частичньм перекрытием краев поликремниевой шиньи Диффузионный слой первого типа проводимости является антипаразитньЕМ, третий диЭоТектрический слой - полевым окис.том, четвертьй диэлектрический слой -- подзатворным г иэлектриком, поликремниевая шина - его затвором, диффузионный слой второго типа проводи юсти --- встроенньв каналомj диффузионные слои второго типа проводимости. -- ст-оком и истоком МДП-транзистора с обе,дненнем, Недостатком способа изготовления полевого трамзистора яв.чяется низкая надежность его работь; из-за влияния диффузионного слоя, заряда на границе днэлек- :-рических слоев, невоспроиз-водимости размеров о1Еерс1ия в третьем диэлектрическом слое, изменения толщины диэлектрического слоя на границе,, при1 ыкаюп),ей к диэлектрическому слою,, на параметры проводимости встроенного канала., особенно при передаче через неге высоких напряжений,, Это прнводи-г к увеличению мош,ности, потребляемой по.ггевьп -: транзистором, к увелггчению его температуры за счет про--гекания тока стока через -участки встроенного капала, примыкающие ; диффуз1-Юиному cj-юю первого типа прово,ц1Шосги при низког- напряжении мел-еду затвором, истоком н под,пожкой. При пере,цаче высоког-о иапряжент я изза огранич-ения paciipocTpaHeiiHH области л-ространс-гвенного :-;,зря;-.я. иа боль3 10 Шое расстояние через эти участки канала ток стока не протекает. Т.е. эти участки не участвуют в передаче высокого напряжения, а только потреб ляют мощность. Целью изобретения является увеличение надежности работы полевого транзистора. Цель достигается тем, что в спосо бе изготовления полевых транзисторов включающем нанесение на поверхность полупроводниковой подложки первого типа проводимости первого и второго диэлектрических слоев из двуокиси и нитрида кремния и первого слоя фоторезиста, формирование в них отверстий, легирование через отверстия при месью первого типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки, удаление первого слоя фото резиста, нанесение третьего диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой под ложки в отверстия в первом и втором диэлектрических слоях, удаление первого и второго диэлектрических слоев первое легирование примесью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки через отверстия в третьем диэлектричес ком слое, нанесение четвертого диэлектрического слоя из двуокиси крем ния на поверхность полупроводниковой подложки, нанесение слоя из поликрис таллического кремния на поверхности третьего и четвертого диэлектрических слцев и формирование из него поликремниевой шины, второе легирование примесью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупро водниковой подложки с частичным пере крытием краев поликремниевой шины, перед первым легированием примесью второго типа проводимости на поверхность полупроводниковой подложки и третьего диэлектрического слоя наносят второй слой фоторезиста с отверс тиями над поверхностью полупроводниковой подложки, а после проведения легирования через эти отверстия слой фоторезиста удаляют. На фиг. 1 показана полупроводнико вая подложка первого типа проводимос ти после нанесения на ее поверхность первого диэлектрического слоя из дву окиси кремния, второго диэлектрического слоя на нитриде кремния, первого слоя фоторезиста, формирования в 7 этих слоях отверстии и легирования через них примесью первого типа проводимости для образования диффузионного слоя в приповерхностном слое полупроводниковой подложки; на фиг.2 третий диэлектрический слой, нанесенньй на поверхность полупроводниковой подложки после удаления первого слоя фоторезиста в отверстиях в первом и втором диэлектрических слоях, после удаления первого и второго диэлектрических слоев; на фиг. 3 - дополнительное нанесение второго слоя фоторезиста и формирование в нем отверстия над поверхностью полупроводниковой подложки после легирования примесью второго типа проводимости для формирования диффузионного слоя; на фиг. 4 - то же сечзние после нанейения слоя диэлектрика и поликристаллического кремния; на фиг. 5 - продольное сечение полевого транзистора после дополнительного легирования примесью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки для формирования диффузионного слоя с частичным перекрытием краев поликремниевой шины. Принятые обозначения: полупроводниковая подложка первого типа провот димости 1, двуокись кремния 2, нитрид кремния 3, слой фоторезиста 4, диффузионный слой 5, третий диэлектрический слой 6, второй слой фоторезиста 7, диффузионный слой 8, диэлектрический слой 9, слой поликристаплического кремния 10, диффузионные слои 11, 12. Способ изготовления полевого транзистора заключается в следующем. На поверхность полупроводниковой подложки 1 первого типа проводимости (фиг. 1) наносят первый диэлектрический слой 2 из двуокиси кремния, второй диэлектрический слой 3 из нитрида кремния и первый слой фоторезиста 4. В этих слоях формируют отверстия, проводят легирование примесью первого типа проводимости для образования диффузионного слоя 5 в .приповерхностном слое полупроводниковой подложки 1. После чего первый слой фоторезиста 4 удаляют. На поверхности полупроводниковой подложки 1 выращивают третий диэлектрический слой 6 из двуокиси кремния. Поскольку нитрид кремния является маской, предотвращающей окисление по10BepJtHOCTH полупроводниковой подложки окисел 6 (фиг, 2) выращивается только в отверстиях. После чего удаляют первый и второй диэлектрические слои На поверхность полупроводниковой подложки 1 и третьего диэлектрическог слоя 6 наносят второй слой фоторезис та 7 и формируют в нем отверстия над поверхностью полупроводниковой под ложки (фиг. 3), после легирования примесью второго типа проводимости для формирования диффузионного слоя 8 второй слой фоторезиста 7 удаляют, На поверхности полупроводн иковой подложки 1 выращивают четвертый ди, электрический слой 9 из двуокиси кремния, на поверхности третьего и четвертого диэлектрических слоев 6 9 наносят слой поликристаллического кремния 10 (фиг, 4). После формирова ния поликремниевой шины 10 легируют примесью второго типа проводимости для образования диффузионных слоев 1 15 12 с частичным перекрытием поликремниевой шины 10 (фиг 5)-, . Пример изготовления полевого тран зистора. Полевой транзистор может быть изготовлен на кремниевой полупроводниковой подложке типа КДБ 20 ориентации (100), Первый диэлектрический слой из двуокиси кремния выращива от толщиной 500 А при температуре 1100°С в атмос фере сухого кислорода в течение 50 ми на установке типа АДС-6, Второй диэлектрический нитрида кремния толЕциною 1350 А выращивают в нодернизированном реакторе пониженного давлений типа СДО-125/3-12 при темпе ратуре 900°С в течение 20 мин при взаимодействии аммиака с тетрахлоридом кремния при соотношении реагентов 50:1, Слой фоторезиста типа 383 ФП толщиною 1 мкм наносят на поверхность д электрического слоя из нитрида кремния, формируют отверстие в слое фото резиста и диэлектрических слоях. Пос ле чего легируют приповерхностный сл полупроводниковой подложки бором путем его имплантации с энергией ЮОкэ и дозой 5 мкК/см на установке типа Везувий для образования диффузионного слоя первого типа проводимости с концентрацией примеси примерно (2-6) .10 см-з . 6 После удаления слоя фоторезиста проводят локальное окисление полупроводниковой подложки при температуре в парах воды в течение 12 ч а установв:е типа АДС-б, Толщина третьего диэлектрического слоя составляет 1S4-158 мкм. После удаления первого и второго диэлектрических слоев наносят другой слой фоторезиста типа 383 ФП толщиною 1 мкм, формируют в нем отверстие 5 ширина которого (например 3 мкм) определяет ширину канала ВДП-транзистора с обеднением Отверстие в этом слое фоторезиста размещают на расстоянии 3-4 мкм от краев третьего диэлектрического слоя. После легирования приповерхностного слоя полупроводниковой подложки мышьяком с энергией 100 кэВ и дозой 0.24 мкК/см- на установке типа Везувий удаляют слой фоторезиста. Наносят на поверхность полупроводниковой подложки четвертый диэлектрический слой из двуокиси кремния толщиною 800-900 А путем ее окисления при температуре 1100 С в сухом кислороде при наличии 3% НС1 в течение 8 мин на установке /гипа СДО-125/3-15. Слой поликристаллического кремния толщиною 0,5 мкм наносят на поверхriocTb третьего и четвертого диэлек трических слоев в реакторе пониженного давления (ЗЮ мм рт.ст,) при температуре 630°С в течение,, 50 мин иутен пиролитического оса}кдения кремния из ыоносилана.Легируют его фосфором из PClj при температуре -В течение 15 мин для получения по верхностного сопротивления менее 30 Ом/п о Формируют шину из слоя легированного поликристаллического кремния (например шириною 60 мкм); определяющей длину канала МДП-транзистора с обеднением, Пе:гиру1от приповерхностный слой полупроводниковой подложки ионной имплантацией фосфора с энергией 100кэЕ и дозой 1000 мкКл/см , Отжигают в атмосфере кислорода гфи темпе в течение 20 мин для огг-йяования диффузионных областей истокад стока второго типа проводк-чос-ги глубиною 2-3 мкм с сопротиБлекием шины менее 20 Таким образом. за счет введения его диэлектрического слоя на расстояние, превьшающее максимальную ширину распространения области пространственного заряда диффузионного слоя второго типа проводимости в полупроводниковую подложку, исключено влияние диффузионного слоя первого типа проводимости, заряда на границе раздела третьего и четвертого диэлектрических слоев, неоднородности толщины четвертого диэлектрического слоя на пороговое напряжение и коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение, на проводимость встроенного канала. Так как ширина канала определяется шириной отверстия во втором слое фоторезиста, а не шириной отверстия в третьем диэлектрическом слое и в первом слое фоторезиста, то это позволяет повысить воспроизводимость ширины канала. Это позволяет сократить мощность, потребляемую транзистором, использовать транзисто ры с меньшей шириной канала и меньше концентрацией примеси встроенного канала при передаче через транзистор высокого напряжения, что повышает надежность работы полевого транзистора. За базовый объект принят способ из.готовления полевых транзисторов с обеднением схемы обрамления электри1078 чески программируемого постоянного запоминающего устройства типа 573РФ2, который одновременно является и прототипом. По отношению к базовому объекту и прототипу основным преимуществом является повышение надежности работы полевого транзистора с обеднением за счет уменьшения потребляемой им мощности, разогрева кристалла, увеличения воспроизводимости ширины канала, из-за исключения влияния диффузионного слоя первого типа проводимости, заряда на границе раздела диэлектрических слоев разной толщины, неоднородности толщины подзатворного диэлектрика на пороговое напряжение и коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение. Экспериментально на тестовых структурах показано, что за счет использования данного способа при удалении встроенного канала на 3-4 мкм пороговое напряжение уменьшается на 0,5 8, коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение уменьшается с 1,2 В до 0,55 В , что позволило сократить мощность, потребляемую высоковольтными полевыми транзисторами на прлупррводниковой подложке КДБ 20, в 2,4 раза при передаче напряжения 25 В.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой подложки первого типа проводимости первого и второго диэлектрических слоев из двуокиси и нитрида кремния и первого слоя фоторезиста, формирование в них отверстий, легирование через отверстия примесью первого типа -проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки, удаление первого слоя фоторезиста, нанесение третьего диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой подложки в отверстия в первом и втором-диэлектрических слоях, удаление первого и второго диэлектрических слоев, первое легирование приме сью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки через отверстия в третьем диэлектрическом слое, нанесение четвертого диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой подложки, нанесение слоя из поликристаллического кремния на поверхности третьего и четвертого диэлектрических слоев и формирование из него поликремниевой шины, второе легирование примесью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки с частича ным перекрытием краев поликремниевой СО шины, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности с работы полевого транзистора, перед первым легированием примесью второго типа проводимости на поверхность полупроводниковой подложки и третьего диэлектрического слоя наносят второй слой фоторезиста с отверстиями над оо поверхностью полупроводниковой подСП ложки, а после проведения легирова4 ния через эти отйерстия слой фотоОО резиста удаляют.

7 S

9

фиг. 5