Способ создания К-МОП интегральных схем с самосовмещенным поликремниевым затвором Советский патент 1993 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к электронной технике ичиожет быть использовано при изготовлении, в частности, ИС цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

Цель изобретения - повышение надежности, упрощение технологии изготовления и повышение быстродействия интегральных схем.

На фиг.1 показано поперечное сечение полупроводниковой подложки с К-МОП структурой после формирования высоколегированных областей истоков, стоков, каналоограничения р-типа и полевого диэлектрика; на фиг.2 - поперечное сечение полупроводниковой подложки после формирования поликремниевых затворов и имплантированных областей постройки р-канала; на фиг.З - поперечное сечение полупроводникозой подложки после легирования истоков и стоков п-канальныхтранзисторов; на фиг.4 - поперечное сечение

готовой К-МОП структуры,. изгстоБленной согласно пре,цлагаемому способу,

В соответствии с предлагаемым способом в полупроводниковой подложке, имею{ n% щей низколегированные участки п-типа 1 и р-типа 2 проводимости формируют высоколегированные р -области 3 истоков и стоков р-канальных транзисторов и области 4 кана лоограничения р -типа проводимости, после чего на подложке выращивают слой толстого полевого диэлектрика 5 (см,фиг, 1). Далее известными методами фотогравировки в толстом полевом диэлектрике 5 вскрывают окна 6 к поверхности полупроводниковой подложки, в которых формируют слой затворного диэлектрика 7.

Далее на подложке формируют слой легированного фосфором поликристаллического кремния, в котором методом фотсгравироеки выполняют затворы р-канального и 8 и п-кзнального 9 транзисторов.

О .-IP :; -;;г,:оавирС)ВКи чз ,-.П: и:й ирОВОДЯ

.п-:чук; 1/1Мплан1а11И(П firipo для достройки

г . .-л : -т.-1 :- -. л ; i Г-- V .л ) , : ; Г-: (.:- 5(/- :н Р

,-;:/: n-i;Ui:f :-;И(.i;--ii : 3:-i ГВОрГШ. nptl lifOM ;v);-; 4-;«b-i ;::Г|-лг-г11 иг ; Г;0 ; г (if О

:. , -vii-irTnax ::n,i/. О; о -облнстей 3

;.;)--jviC ;ОР5 V г :разитнЬ(- :иД/1вгирОВоЬг- ые ;м;:г1сти 1 i е уч;5гт;гах области р-типз

O/UUJXKl: (Clv:.;pup-.;;:

ft ; jipAVH:), лгднг- ме одол ;рстогоаpi, П;:- С |:)П лОУКТ С :;:;П - -ЯТвооиОМ

iiHj, о-:/ : -(; i.f; i okH, ;.1пки ссзждают слой 11 межупоянечого диэлектр1/11 а. лег,г

.Ki-iiri; ;1;ОСФПГМ . 43 РСЮ чОВерх

с .:nf:jvrini4 среде, пру которой происходит ;} 1гзнпг:нме (сглаживание) ступег ек релье Фз ii;;;;; и одновременно формирование ,1г./з--е / фОСфора из слоя 13 ФСС через птког-лые в затворном диэлектрике окна 12 облаотей 14 п-истоков, стоков п-канальных траизисторов, при этом фосфор переком 1енсирует бор в подлегировзиной области 1 и диффундирует на глубину. 6ольи ую глубины этих областей (см.фиг,3),

/1алйе р 13 межурсв1- евогп диэлек11) 0;0 ,/i3R:;3V :-;-,о . -f- OOflMv: КС К О ЬBfj И .:: .. О -i.; о. . :.;.;: i ,;: .V,HV-:-- .

.V,:, ч;; :-1-,й ,. riOOCih у.;-о tOibiCi-iViJi i:О}:ч г: П:т :. П.П;11ЦЙДЬ KOi/.f. I Я(;лй Ь. Э 1Д.ЗПГ

о. --: - :К.Г./: COFДинениг ..:;;fOv. УС OjP

.;.K::i) .:3-;3v1vi ИЗ i; Гг.. - о . Ч- ..; о

X ;, ./i В (;юб1:. чаг|;Ч 3/ч;:и- : :-.г.гу-ро

т, J CRffivi С . О;.. .-. з.срсг- - з-,-..-/. i;. ;- ,J в - И: .-::C.J: О ;0: D .:- сО 3( b,;;

;аналэогранич;/ Т8льиь х р -ойзастей, сформированных созданием затворор. и yci раня-fOlUl X возможность образования СКВОЗНЬ :

инверсионных каналов з р учесгкзх под, гюд гю/1икремниевой шиной от п-истоков стоков к п-участка з- подложк, что осп&еннс взжио дл;-; ИГ, CO iai; к воздейСГВ1ЛЮ ионизирующих излучений, при кото: : ы л s полетом ; 5 1еоируетс 1Оло.К Ггельный заряд, пропэри«ональ;Уй его толщине w вызывающий параз /;тиого транзистора прогюрц ; знзльно KSd.fi|jaTy гол 11ины д,.

затаороё и п-и

сокой концентрацией малые дозы и ,иной имплантации для достройки истоков, стоков

р-типа позволяют высокую термополвпую .ьность 0;т)гойых нярГ|Я еНИИ обоих ранзйсюроа, не ухудцгазмую больиюй кони,е1-1трац1/1и бора в поликрймнми затворов р-канальных транзистсроо, эг-з имгет место в известном способе, Знa и;8Лbi o технологическая йоспроизчодимость пороговых напряжений р анаг;ьных транзисторов ввиду гшак1ичез;1. отсутствия паразитного подлегирозаии г подложки онами борз, канапирувдщим : вдоль г |нжзерио8ых .р,зниц поликремния затворэ по,л ионной игиплаиОЗЦИИ в о -истока СТОК. aiBnn-iifl ( Vic зя счет автоматическо0 формирования областей истоков, стоков п-ипп в гфоцессе формирования слоя межуровневого диэлектрика {фосфорно-силикатного стекла), так как для формирования областей истоков, стоков и р-типоэ требуется только одна операция фотогравирования (окна под п -истоки, стоки), как и э известном способе, но не требуется раздельного формировани.я слоев легированного д и 3 л е к т р и к э для д и ф ф у з м и в п-области :rt межурО13невогр диэлектрики, i j50Mf; гого, 3 предлагаемом спс)со5е сохрг: яется cG3f- O r HOCTt; легирозать истоки сто:; и п «о ни ом м мп л а ;-ТЗиией, , Фосфора, без узеличения -тслэ фотомасок, тогда как е звестном способе ;iOH зтол/; тоебустой дополнительный этап foovor-ao o/ujtOOiiv-: i nerv poDarine истокоь, оо;;;ов о Ti/fiO :/1Г)ином лмпЛонтэцией меоио;д-/мсо Haiipi.-iMieo. ,ajTfl повышеим; аоопроизвoдиi ocтvi длины какала п-типэ Ап.. при /использовании j качестве межуройн -вого ддэлэлтрйкл соО ел гированной двуокис чремния),

Доптни о- оьно п данном способе vTipc:;,дот.- ni-.i ;-i;-,:T;rf ОКОН ПОД ОМИЧвСКИб КОН0; К-Ч - 0 ЛЕСТЯ-Л МСТОКОБ, С ОХОВ И

fj -т, 1 Ч, ;нл fo: толщина диэлектрикоз над .9(ИМИ облзсгяк/,, в отличие от прототипа, оазп:.| ;;а:сй незначительно (на толщину збтдорног. диэлектрика, что составляет -10%).

Псзаоляоо поеьсить быстродействие интегральных за с етснижения сопротивления пгшикремниевых затйоров. легируемых диффузией фосфора до уровня Рз Ом/ц. Е известном способе происходит компенсация фосфора в Г1олиг.ремниевых затвоозх р-; анальных транзисторов бором npt чегировзн:л5 р -истоков. 1/10нно и плаитзцгр; боря с большмми(6слее 400 мкКл/см дозами, что снижает быстродействие ИС.

Поскольку ионная имплантация бора для достройки р -истоков, стоков до области канала осуществляется через затворный диэлектрик, это ограничивает минимальную энергию имплантируемых ионов бора величиной 20 кэВ, при которой средняя длина свободного про,бега ионов в окисле и в кремнии 710 А, Сверху величину энергии ионов бора ограничивает, с одной стороны, суммарная толщина поликремниевого затвора и затворного диэлектрика, которая должна быть не менее суммы средней длины пробега и четырех дисперсий средней длины пробега ионов, а с другой стороны, глубина имплантированного в истоки, стоки бора должна быть как можно меньшей, чтобы фосфор в п -истоках, стоках мог при последующих термообработках продиффундировать на большую глубину. Как показывают приближенные оценки, в обоих случаях максимальная энергия имплантируемых ионов бора равна примерно 50 кэВ, при этом средняя длина пробега ионов в кремнии (и окисле) 1740 X и четыре дисперсии пробега равны 2000 А. Таким образом, при энергии ионов бора 50 кэ8 толщина поликремниевого затвора не должна быть меньше 0,3 мкм, а глубина залегания имплантированного бора и р-п-перехода в областях истоков, стоков 0,37 мкм. Оптимальной энергией имплантации бора является 40 кэВ. для которой после термообработки при 1000°С в течение 30-40 мин глубина областей достройки истоков, стоков р -типа равна 0,50,6 мкм.

Согласно предлагаемому способу, была изготовлена тестовая ИС, включающая п- и р-канальиые транзисторы и кольцевой генератор, следующим образом. В монокремниевой подложке п-типа с удельным сопротивлением 7,5 Ом.см и ориентацией поверхности по плоскости 100 формируют низколегированную р-облзсть ионной имплантацией бора с энергией 40 кэВ и дозой 4 мкКл/см с последующей разгонкой в атмосфере сухого кислорода е течение 16 ч при температуре 1150°С до глубины 7,0 мкм. При этом на поверхности подложки нарастает термическая двуокись кремния (толстый диэлектрик) толщиной 0,7 мкм. Далее формируют высоколегированные облзсту1 р -истоков, стоков и каналоограничения ионной имплантацией бора с энергией 75 кэВ и дозой 300-600 мкКл/Ом с послеДУЮ1ЦИМ окислением поверхности р -областей в среде сухого и влажного кислорода при температуре i050°C в течение 80 мин

до толщины счис:--и над р -областями 0.5 мкм.

После этого фотогравировкой вскрывают окна в толстом диэлектрике и в этих ок5 нах выращивают затворный диэлектрик толщиной 0,08 мкм в среде сухого кислорода при температуре . при этом окончательно формируются (разгоняются) р -области истоков, стоков и каналоограни0 чения до конечной глубины 1,8-2,2 мкм и поверхностного сопротивления 40-120 Ом/с , Далее на подложку осаждают слой поликристаллического кремния пиролизом моносилана при температуре 680°С толщи5 ной 0,,6 мкм и легируют фосфором методом диффузии в потоке газа-носителя из РОС1з при температуре в течение 2030 мин.

Методом фотогравировки в слое поли0 кристаллического кремния формируют затворы и провод.чщие шины и проводят ионную имплантацию бора для достройки р-канала с энергией 40 кэВ и дозой 2-4 мкКл/см через слой затворного диэлектри5 ка во все участки подложки, не защищенные затворами или толстым Si02. Поверхностное сопротивление участков достроенного канала 1,0-2,0 кОм/д.

Да.г88 проводят фотогрэеировку для 0 вскрытия окон в затвором диэлектрике под области п -истоков, стоков и осаждают слой фосфорно-силикатного се: ла 0;;щиной 1,5 мкм методом пирол.:зз моносилана с добавкой фосфача. Содер.жз.кие фссфорй в 5 ФСС 8-9%. После зтого проводя оплазление фосфорно-силикатно о с.. в CTa.i- дартном режиме, необходммом для сглаживания ре.тьефа межурОБневого диэлектрика, при температуре . в те-:ение 0 20-40 мин в атмосфере азота (-1Л1-1 температуре 950°С- в течен е 30 60 мин, при этом через окна в затворном диэлектрике происходит диффузия фосфора в области п -истоков, стоков на глубину 0.8-1.1 мкм. 5 Поверхностное сопротивление полученного п -слоя 10-30 Огл/ii. При этом глубина области достройки р-канал увеличивается до 0,5-0,5 мкм, оставаясь меньше глубины п слоя.

0На следующем этапе проводят известными методами фотогрйпировку ко11тактных окон в слое межуровнезогс ФСС. напыление слоя алю.миний толщиной i .2 мкм и его фотогравировку, осаждение защитного 5 слоя ФСС толщиной 1 и е, ttOTorpaвировку i/i низхотемпературнук) обработку в среде сухого и влaж,oro азо-я гчи из-.-пературе для стайилиза.:; .:сп: рхчостНЫХ состояний и СГ|ЛПГ;. и п:;омикий с

кремнием в течение ЗС мим

ТПМ П( MTQTOUH::: TPOiV nrU rvmnTi ::- ---- г - : .,

-- г- - - -- - - т ,-:-- ф;.;сфпрн V ,,р.,., ,,-,.-,,,,..,. ..,.

;PV6i-iKl,. : ИГТОКОЙГТПК,-),- f; ,1 ....., :.:

НЛ j.i О -I МКМ ГЯуРжк ООЛаСТеЙ /юг; : лойк,,: ;./1Г-П:;ог гтпко-1 о ,-;. П ПС :.-rii-;.П:,

ммпп- пз1 ии борз дл- Ao;,ч)OЙ ..ir гок:.,;;

ТОКЛА р ТИР;:: г ЗНер/ИОЙ 50 КТР -iPOnxn/iH MS теОМООбрЯбПТХЙ 11ЛЯ Л;,|ФФЗУИ ПЮ л-л;/;ИЗ ФСГ при трмпепя-чп- 1ПП6Г i --;f: :;

Ь М и ; Пй-П-1ТЗ ПР Г .H-;. ri -. .-ifOP г- п„:пи - 3 кл,гг„ -;-;n :,г .; ,КР-;

.М: ГЯ vhl: is ТППДГ :/ (-inr; .. ,

ЧС TiiOR IK г г,;т.

Р . с- -ei.; -:. --:,.,,.:;:, .,:; :..)С.ПЛК.:й

ТрСВь п;яК1 : Л ;Г /ПОГ;; -.-- г-1 ;-; м

Об ЛГТр; ,-,qpa.,,;T,|p ;;. П.;Д,,Р,-,.,,;.,,-,Д;,,,„, ,г.,

now процесса имп-а1- -ь,1.,-и оля поптпойки п-канапа, хяяляппн f/iij -UivKOf поплг-гмропание практмчГ г-К/ н члияс п Зкир хаозктяонстики пйпяхсг ЛР :ч ;. /, Р подложки кзл ппп6ив ;ор чягчя кя;-м|р

TOK УТвЧК/, вМКОГ ИяпбУОПИМО fyvsHf T -r--;-, П iP , ) Я г .ir ИЬЙ Г:1П-:- ; vljrf rru j Н 5,, tr Г.МГМ - .:,-,);

OBf iejueHH Ь:. :. л- ,.-|Г--Ч - ; :.

. -- О . ,;--/ - . / . г -; . . :. - .- .

г г Г ::5 : .- П- i - : - - г.-. А, .- . . / г

- .- - -. Г, л,-.-, : : и : liu

.--;.ла i3, .с

iMJ tJ-u: u 0,5Ь иОС гь HS : |-1н seOTop

iGh;-;H DJ :-.ii ц. МКВТ

«.-.- -с 1 мч; и;,.:ор. РС;, мкм 1900 J i--- ь.с С ;заеч,; г-сму ,-;iiOCOuy i. -Opiii... tj;-;aj;u нчных reciu - -- rc..;;.;jfi;i;--: низкую стой/остц к у-из у J ---d о KJ До/I а г

- J- -i4-- . . -i; :/i;;-;ici tJUriHHKHi ввНИЯ ; p-:J-vi- ;Ь;Х ;;aita/i-jB j, в p uGj.aLiH оез p -кя улоо: га:-;и-«;ния; v.we при - ИГ рад. .rUfviv: auyдeri ie bo/vbLuonj иоли ества

и ЗоГБОрЬ; p-кгЧd/IЬHfc X УранЗи. ГОрОЗ

:ри легировании р -:,.стоков, стоков поизвер5 ЧИй ДЛЯ фОПр /О(

1ягг; .л,-; ,- :ПОГГПОГ-/: п6оаЗ;4У Р V-r) OCHORHbl XSr

hinriri HbiP H:--i.in

ИrvHoi r f Hyip - ii - Ч-Ч/-« ,: .ЧОЙЬХ, CiO OtSbiX :--- f:-- M-0-..V4i:y,;; i : ,,v,i, a-r-eC:;i- npt,SL-tt; q;Cp,1 rUOi aKM;- :-, ;, у ;,. j fa нн po I. ДМЭV. . -ijoaUfift , i .(jbn

- lOl-i l:NЬ-:pV -i-UMl-i

;:.. - cXKU/iijr/iiJ iaro-г:/1Я Ka,MX-J -1;.:i ХЙ

777).-..77777/7,.::,,,77777777}, S7/7//7 Й2 Шх2221йхЩр;-2хШ1а:

iM i Ч : M :i; MM - |ii|ii|

-SiJJjJi ..-Hliyjj . -- иУдШ;,.;:::: :.::::::::dlil f

5Ч- - :::-::::;:-| 4