Способ изготовления интегральных резисторов и резистивных делителей Советский патент 1993 года по МПК H01L21/82 

Изобретение относится к технике, легирования и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизионных резистивных делителей напряжения (РДН), цифроаналоговых (ЦА) и аналого- цифровых (АЦ) преобразователей, источников опорных напряжений, операционных усилителей, компараторов напряжения.

Целью изобретения является увеличение выхода годных резисторов и резистивных делителей путем повышения однородности структурных характеристик поликремния.

Наличие большого количества структурных дефектов на границах зерен поликремния, являющихся ловушками для свободных

носителей, приводит к существенной временной нестабильности сопротивлений под токовой нагрузкой, поскольку при приложении электрического поля и повышении температуры могут заполняться носителями ловушки, не взаимодействующие с носителями в обычных условиях. Сильная зависимость сопротивления поликремния от его структурных характеристик (от плотности ловушек захвата носителей на границах зерен) приводит к повышенной нёвоспроизво- димостИ сопротивления и температурного коэффициента сопротивления (ТКС) резисторов, выполненных в идентичных технологических режимах, а также к дополнительной погрешности воспроизвею ел со

Сл)

дения отношения сопротивления и температурных коэффициентов сопротивлений резисторов в делителе,

При окислении п+ поликремиия в условиях, когда, окисление лимитируется скоростью реакции взаимодействия кремния с окислителем (т.е. концентрация окислителя на поверхности окисляемого кремния не ограничивает окисления), а скорость окисления выше скорости термической диффузии примеси (что имеет место при относительно низкой температуре 850-95CfC), происжз- дит локальное окисление границ зерен, ускоряемое высокой концентрацией примеси на границах. Кремний в объеме зерен, имеющий меньший, эффективный уровень легирования из-за сегрегации примеси на границах, окисляется значительно медленнее, поэтому при достаточно длительном окислении возможно полное прокисление границ зерен, имеющих толщину нескольких моноатомных слоев (5-20 А).

При замене квазиаморфного кремния границ зерен на туннельно тонкий слой двуокиси кремния за счет пассивации кислородом разорванных связей кремния на границах зерен (связи Si-0-SI, Si-OH) резко уменьшается плотность ловушек захвата носителей на границах зерен, что снижает высоту потенциального барьера объеди-; нённь1х приграничных областей зерен. Таким образом, термоэмиссионный механизм переноса носителей через потенциальный барьер объединенных приграничных областей зерна заменяется на туннельный перенос сквозь тонкий слой окисла.

Пример. Согласно изобретению были изготовлены тестовые ИС резистивных делителей напряжения следующим образом.

На изолирующую подложку методом разложения моносилана в реакторе пониженного давления при 620°С осаждался слой поликремния толщинами 0,18 мкм; 0,23 мкм- 0,3 мкм (три варианта). Поверх поликремния осаждался слой нитрида кремния толщиной 0,1 мкм. Методом фотогравировки и плазмохимического травления нитрид кремния удалялся с резистивных участков поликремния, причем нитрид оставался на будущих контактных участках. Методом фотогравировки, плазмохимического травления нитрида кремния и поликремния формировались резисторы делителя; фор- миройалась фоторезистивная маска, щающая краевые области резистивных участков поликремния и проводилось ионное легирование центральной незащищенной части резистивных участков фосфором энергией 100 каВ и дозами 250-4 400

0

5

0

5

0

5

0

Ь

0

5.

кмКл/см . После удаления фоторезистив- ной маски проводилось термическое окисление незащищенных нитридом кремния резистивных участков при во влажном кислороде в течение 105, 150и190 (три варианта), при этом на поликрёмнии образовался окисел толщиной -О, 10; 0,30; 0,36 мкм соответственно. После плазмохимического удаления нитрида кремния контактные участки резисторов, незащищенные окислом, легировались диффузией фосфора из POCI при 900 -С до поверхностного сопротивления 20-40 Ом/о.

Далее известными методами формировались алюминиевые пленочные выводы резисторов.

С возрастанием параметров

происходит существенное уменьОос

шение усредненной исходной погрешности согласования сопротивлений резисторов в делителе и снижение усредненного дрейфа отношения сопротивлений нагруженного и ненагруженного резисторов (т.е. повышение термостабильности отношения сопротивлений). Наиболее резкое улучшение исходной точности согласования сопротивлений и термогтабильности отношения сопротивленияпроисходитпри

йО,5-0,6 мкм, что соответствует

Оос

толщине окисного слоя на резистивных участках поликремния (0,5-0,6) -р , а при

Оисх

дальнейшем росте толщины окисла прослеживается тенденция к насыщению исходной точности сопротивлений и термостабильности отношения сопротивлений. Однако абсолютный дрейф сопротивления под нагрузкой при повышенной температуре начинает сильно возрастать при остаточной толщине поликремния 0,1 мкм и менее, что и определяет верхнюю границу толщины окисного слоя при заданной исходной толщине поликремния с учетом того, что толщина окисного слоя в 2,3 раза больше толщины слоя поликремния, перешедшего в окисел.

Аналогичные -закономерности зависимостей усредненных исходной точности согласования сопротивлений и усредненного временного дрейфа сопротивлений и отношения сопротивлений под термотоковой нагрузкой проявляются и при окислении ре- зистивных участков поликремния при 950°С. Однако при 950°С наиболее резкое повышение исходной точности согласования сопротивлений резисторов и уменьшение их временного дрейфа проявляется при

несколько больших толщинах окисла, соответствующих 0,8-1,1 отношения остаточной толщины поликремния к исходной его тол- .

Сдвиг области резкого повышения ис- ходной точности согласования сопротивлений резисторов в сторону больших толщин окислов (0,8-1,1 отнЪшения остаточной толщины поликремния к исходной) при окислении резистивных участков поликремния при 950- С обусловлен худшими условиями для прокисления границ зерен по сравнению с окислением при 860°С, так как при повыше НИИ температуры ускоряется диффузия примеси (фосфора) от границы объема зерна и скорость окисления лимитируется не скоростью-взаимодействия окислителя с кремнием, а скоростью диффузии окислителя через растущкй слой окисла.

Можно ожидать, что при снижении тем- пературы 01« сления менее 860°С прокисле- ние гоаниц зерен поликремния будет происходить при меньших толщинах окислов, однако при 750-800°С требуется значительное время окисления. Уменьшить время окисления и необходимую для достижения

прокисления границ толишну окисла можно окислением при 750-800 С и повышенном давлении.

Формулаизобрбтения Способ изготовления интегральных резисторов и резистивных делителей, включающий формирование на изолирующей подложке поликремниеаых резистивных элемен- ов, легирование их контактных и резистивных участков донорной примесью и термическое окисление поликремния, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных и повышения надежности резисторов и резистивных делителей путем повышения однородности структурных характеристик поликремния, на легированных резистивных участках поликремния термическим окислением во влажной среде формируют слой двуокиси кремния толщиной

0,5 ,3(dMcx-0,1), Оисх

где doK толщина двуокиси кремния, мкм;

dncx исходная толщина поликремния, мкм;

docT - остаточная толщина поликремния, мкм.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизион- резистивных делителей напряжения, операционных усилителей. Целью изобретения является увеличение годных резисторов и резистивных делителей путем повышения точности воспроизведения отношений сопротивлений резисторов и улучшение термовременной стабильности. Цель достигается путем уменьшения влияни5 флуктуации и временной нестабильности плотности ловушек захвата носителей а границах зерен поликремния на эти параметры за счет пассивации оборванных связей на границах зерен поликремния термическим окислением резистивных участков поликремния во влажной среде. На изолирующую подложку наносят слои поликремния и нитрида кремния. Фотогравировкой формируют резистивные элементы, контактные участки которых защищены нитридом кремния. После легирования резистивных участков проводят на окисление до толщины окисла, удовлетворяющей соотношению 0,5docT/cJHcx doK 2,3 (dncx-0,1), где doK - толщина слоя двуокиси кремния, мкм;; dwcx исходная толщина поликремния, мкм; docT - остаточная толщина поликремния, i мкм. Далее удаляют нитрид кремния с кон- ; тактных участков, проводят их легирование. ч