Способ изготовления МОП-интегральных схем с поликремниевыми резисторами Советский патент 1993 года по МПК H01L21/8232 

Изэбретение относится к электронной те нике и может быть использовано при .тчготоилении интегральных схем цифро- анауюгзвых, аналого-цифровых преобразо- ::ателе i, источников опорных напряжений, onepai ионных усилителей, компараторов напря сения и других схем, требующих прецизионных делителей напряжения.

Це1ью изобретения является повышение надежносп: интегральных схем за счет Снижения температурного коэффициента

(ТКС) резисторов, фиг. 1-6 показана пocлeдoвiaтeль- операций, осуществляемых по предлагаемому способу.

На подложку 1 (фиг. 1) со слоем изоли- рующе; окиси кремния 2 и затворной двусопротивления

На ность

охиси кремния 3 осаждают первый слой 4 нелегированного поликристаллического кремния, затем проводят фотогравировку первого слоя 4 поликристаллического кремния, очерчивая область 5 (фиг. 2) для формирования резисторов, и окисляют слой поликристаллического кремния с образованием слоя 6 двуокиси кремния.

Осаждают второй слой 7 поликристал- лического кремния (фиг, 3) и проводят его фотогравировку, формируя резистор 8 в очерченной области 5 (фиг; 3).

Осаждают слой 9 нитрида кремния (фиг. 4) и проводят его фотогравировку для удаления с резистивного участка (область 10) по- яикрёмния. при этом контактные участки 11

ON О Ю

OJ

поликремния резисторов остаются под слоем 9 нитрида кремния.

Далее проводят ионное легирование резистивных областей 10 поликремния и окисление верхней и торцовых поверхностей реэистивного поликремния для формирования защитного слоя 12 двуокиси кремния (фиг. 5) и стабилизации ловушек захвата носителей на границах зерен за счет из ускоренного прокисления.

Удаляют слой 9 нитрида кремния, леги- руйэт диффузией фосфора поликремний затворов и межсоединений-(слой 4), поликремний контактных участков 11 резисторов и проводят фотогравировку слор 4 поликристаллического кремния для формирования электродов затворов 13 МОП-транзисторов (фиг. 6).

Пример 1, Изготовлена интегральная Схема, содержащая поликрёмниев ые резисторы и п- и р-канальные транзисторы с поликремниевыми затворами,

На кремниевой монокристаллической подложке КЭФ 4, 5 ориентации (100) известными способами формируют области р кармана, области каналоограничения, локальные участки изолирующей двуокиси кремния толщиной 1,0 мкм и затво1: ной двуокиси кремния-толщиной А. На изолирующую и затворную, двуокись кремния в реакторе низкого давления при 620° С осаждают первый слой нелегированного поликристаллического кремния, толщиной 0,40 мкм. Далее, /используя стандартный процесс фотолитографии, формируют на поверхности поликристаялического кремния маску из позитивного фоторезиста ФП-383 и проводят травление поликристаллического кремния в травителе состава Н20 ;Н.ЫОз: : СНзСООН : HF, вскрывая область для формирования резистора, Удаляют органическую маску в смеси Каро (HaSO + НзОа). Окисляют поликристаллический кремний в среде влажного кислорода в течение 15 мин при 860° С. Осаждают второй слой нелеги- рованного поликристаллического кремния толщиной 0,25 мкм. Создают фотомаску из позитивного фоторезиста ФП-383 и проводят жидкостное травление второго слоя по- ликристаллическогЬ кремния, формируя резисторы в очерченной ранее области. При этом планарная и торцовые поверхности первого слоя поликристаллического кремния защищены слоем окисла толщиной 300 А.

Удаляют указанный слой окисла в буферном травителе (НаО : HF- 40:1) и осаждают слой нитрида кремния толщиной 0,12 мкм при 850 С путем воздействия тетрахлорида кремния и аммиака в реакторе низкого давления.

Формируют фотомаску и проводят плазмохимическое травление нитрида кремния в плазме CF-i, вскрывая резистив- ные участки поликремния резисторов. Далее удаляют фотомаску в смеси Каро . Формируют фоторезистивную маску для проведения ионной имплантации фосфора 0 в резистивные участки поликремния резисторов. Затем проводят иЬнную имплантацию фосфора с энергией 75-100 кзВ дозой 350 мкКл/см,

Удаляют органическую мас ку в два эта- 5 па: в кислородной плазме на установке 08ПХ01бОТ-001 и в смеси Каро ,

Далее проводят окисление резистивных участков поликремния, не защищенных нитридом кремния, при 860° С в среде влажно- 0 го кислорода в течение 150 мин. Проводят плазмохимическое удаление оставшегося нитрида кремния с поверхности слоя первого поликристаллического кремния и с поверхности слоя второго поликри- 5 сталлического кремния на контактных участках резисторов.

Легируют первый слой поликристаллического кремния и контактные участки резисторов путем диффузии из РОС1з при 900° С до 0 поверхностного сопротивления 20-25 OM/D.

Формируют маску из фоторезиста ФП- 051Т и проводят плазмохимическое травле- ыие слоя легированного поликремния, формируя электроды затворов п- и р-каналь- 5 ных транзисторов и разводку. Область поликремниевых резисторов при этом закрыта слоем фоторезиста.

Далее известными методами формируют области истоков, стоков п-и р-канальных

0 транзисторов, межслойную изоляцию, омические контакты и алюминиевую разводку, П р и .м е р 2, Процесс проводят по примеру 1 до операции вскрытия резистивных участков поликремния ре.зисторов

5 включительно.

Далее удаляют фотомаску в смеси Ка- ро и формируют фоторезистивную маску для формирования электродов затворов и межсоединений. Проводят плазмохимиче0 ское травление слоев нитрида кремния и

первого слоя поликристаллического крем. иия. Область поликремниевых резисторов

при этом закрыта слоем фоторезиста. После

удаления фотомаски создают новую для

5 проведения ионной имплантации фосфора в резисТивные участки поликремния резисторов, областей истоков, стоков п-канальных транзисторов и области подлегирования подложки п-типа. Проводят ионную имплантацию фосфора с энергией 75-100 кэВ и

й 350 мкКл/см. удаляют фотомаску в юродной плазме на установке 08П 0100Т-001 И в смеси Каро . Проводят окифление при 860°С во влажной среде в ние 60 мин.

Далее создают новую фотомаг.ку и про- ионную имплантацию бора в области .JKOB. стоков р-1«анальных транзисто- и области подлегирования р-кармана. Уда|пяют фотомаску .и/проводят окисление 8бО°С во влажной среде в течение )0 мин. Суммарная толщина окисла над п-истоков. стоков 0,40 мкм. над об/сетями р-истоков. стоков 0.20 мкм.

рез стивной областью поликремние- ) резистора 0.35 мкм. Затем проводит плазмохимическое злёние слоя нитрида кремния, лежащего поликлемниевых затворах, поликремни- й разводке и контактных областях рези-

дозе кис

теме

ВОД1Т

р-и( токов, ров Уда при

1

обл|астями

CTCJPOB.

Создают-фотомаску для вскрытия обла- ст€|й п -контактов к областям п-истоков. сто- и п -областям

J и п -ооластям подложки п-типа. )водят травление окисла в травителе сова HF : H4F : Н20 : 90 : 21 и удаляют .„,. Легируют поликремние вые за- разеодку. контактные области рези путем диффузии из РОС1з при 900° С noRSpxHOCTHoro сопротивления моно- гмния 18 Ом/о и поликристаллического гмния 20-25 Ом/р. Далее известными методами формиру- межслойнуго изоляцию, рмические крн- сты и алюминиевую разводку. П р им е р 3. Процесс проводят .по 2. Однако вскрытие резистивных . поликрёмнйя резисторов осущестг не до, а после формирования злект- затворов и межсоединений. При окислении п-поликремния в усло- ях. когда окисление лимитируется скоро- ью реакции, взаимодействия кремния с йслителем(т. е. концентрация окислителя поверхности окисляемого кремния не or- ничивает окисление), а скорость окисле- п,{я выше скорости термической диффузии П1 имеси (что имеет место при относительно 13КОЙ температуре 850 - 950 С), происхо- 1т локальное прокисление границ зерен, коряемое высокой концентрацией приме- I на границах. Кремний в объеме зерен леющий меньший эффективный уровень легирования из-за сегрегации примеси на г|1аницах. окисляется значительно медлен

ко пр

CTS

фо|гомаску.

ТВС1РЫ. Ct(j)pOB I

АО кр кр

Ю1

та

примеру уч зстковI вляюt рсдов

Bt

ст1ью

f

OK

н

р

3-

дмт

Ctl

При замене квазиаморфного кремни .,)аницзерен натуннельнотонкит слойдву-. о«иси кремния за счет пассивации кислородом разорванных связей кремния на

0

.

15 20

45

30

35

40

50

55

.

границах зерен (связи SI-0-SI. Sf-OH) резко уменьшается плотность ловушек захвата носителей на границах зерен, что снижает высоту потенциального бар-,ера обеднен-, ных приграничных областей зерен; в результате ТКС смещается в сторону более положительных значений, что позволяет получить близкий к нулю ТКС. Кроме того, уменьшение плохо воспроизводимого уровня концентрации ловушек захвата носителей на границах приводит к существенному повышению однородности (воспроизводимости) сопротивлений и ТКС поликремния, что улучшает точность согласоьания сопротивлений резисторов в делителях и их временную стабильности,

Длительное окисление поликремния, приводящее к.прокислению (частичному или сквозному) границ зерен, позволяет улучшить характеристики поликремниевых резисторов и резистивных делителей, точность согласования сопротивлений резисторов в делителях и их временную стабильность,, особенно под токовой нагрузкой. .

В таблице приведены параметры поликремниевых резисторов, изготовленных по прототипу и предлагаемому способу (влажное окисление при 860 С 150 мин).

Повышение надежности интегральных схем, изготовленных по предлагаемому способу, достигнуто, во-первых. 33 счет более толстого слоя поликремния в конкретных участках, чем в резистивных (см. таблицу), что улучшает исходную точность согласования резисторов и их временную стабиль-, ность под токовой нагрузкой; ао-оторых, за счет разнесения поликремния затворов МОП-транзисторов и поликремния резисторов.

Такое разнесение слоев поликремния дает возможность без ухудшения надежности МОП-транзисГоров варьировать толщину поликремния резисторов и таким образом изменять ТКС резисторов (см. таб- . лицу), получая резисторы с ТКС, близким к нулю. В прототипе подобная регулировка ТКС ограничена. .

Изобретение позволяет получать силь- ноокисленные резисторы и слабоокисленные или неокисленные затворы МОП-транзисторов и применять транзисторы с длиной канала 3 мкм без ухудшения надежности схемы и резисторы с улучшенными значениями ТКС, термовременной стабильности и точностью согласования ре: зисторов в делителях.

Формула изобретения

Способ изготовления МОП-интегральных схем с поликремниевыми резисторами, включающий последовательное формирование ни кремниевой подложке слоев изолирующего и затворного диэлектрика, поликристаллического кремния и нитрида кремния, Формиров1энив фотогравировкой поликрбмниевых затворов, межсоединений, поликремниевых резисторов с контактными участками иЪбластей истоков, стоков МОП-транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности интегральных схем за счет снижения температурного крзффицибнта сопротивления резисторов, перед фотогр(авировкой поликремниевых затворОБ в первом слое поликремния проводят фотогравировку этрго слой пбликремния с вытравливанием okOH

для формирования резисторов; окисляют первый слой поликремния, осаждают второй слой поликремния, проводят его $)ото- гравировку, формируя поликремниевые резисторы, осаждают слой нитрида кремния, проводят4 отогравировку слоя нитрида кремния с удалением его с поверхности ре- зистивных участков второго слоя поликремния таким образом, чтобы контактные участки поликремния резисторов остались под слоем нитрида кремния, проводят ионное легирование резистивных областей второго слоя поликремния и формируют защитный слой двуокиси кремния на верхней и торцовых поверхностях резистивных участков поликремния.

техник опорнь телей, схем, напрях-сения повыш НИИ те включает формирование на кремниевой подложке слоев изолирующего и затворного окисла кремния, осаждение поликремния, фотогравировку окон в поликремнии под резисторы. Окисляют первый слой поликремния, осаждают второй слой поликремния, фотогравировкой формируют в нем резисторы, оса.ждают нитрид кремния, фотолитографией удаляют нитрид с резисторов, оставляя его над контактами рези-, сторов. легируют и окисляют резисторы, удаляют нитрид кремния, легируют фосфором поликремний затворов и межсоедине- ни.й, поликремний контактных участков резисторов и фртогравировкой формируют поликремнйевые электроды затворов МОПт транзисторов.Изобретение позволяет повысить надежность ИС за счет снижения ТКС, повысить термовременную стабильность и точность согласования резисторов в делителях, б ил., 1 табл. fc

3.2

vb

.T.n7;171

. I ljj i m и 1 iW

(

чЛ хухх у

.J

9 11

10

f/.4

1Z

10

t

13

11

Фаеб