СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП БИС Советский патент 1995 года по МПК H01L21/268 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления интегральных схем, в частности по КМОП-технологии.

Известен способ изготовления БИС на основе МДП-транзисторов, включающий операцию формирования на полупроводниковой областей истока, стока, выращивания слоя подзатворного диэлектрика и нанесение металлизированной разводки. Недостаток указанного способа заключается в низкой воспроизводимости параметров приборов, в частности в большом разбросе пороговых напряжений и малом проценте выхода годных изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления МДП-транзисторов с пороговым напряжением V₀, включающий операции формирования на кремниевой пластине областей истока, стока и слоя подзатворного диэлектрика, формирование металлизированной разводки и подгонку порогового напряжения путем облучения сформированных структур пучком рентгеновского излучения. Дозу D выбирают по расчетной формуле D K Δ V, где K коэффициент подгонки, который рассчитывают по формуле К 6 ˙10^-10 Е₃ε/μρ d², где Е₃, ε,μ,ρ- соответствующие физические константы используемых материалов; d толщина подзатворного диэлектрика. Повышение точности подгонки порогового напряжения при этом осуществляется благодаря тому, что операция подгонки осуществляется в конце технологического цикла.

Недостаток известного способа заключается в том, что с его помощью возможно подгонять пороговое напряжение изделий на пластине, имеющих лишь один тип группы МДП-транзисторов. Интегральные же микросхемы, содержащие в себе две группы МДП-транзисторов, например р- и n-канальные группы в изделиях, изготавливаемых по КМОП-технологии с помощью указанного способа к нужному пороговому напряжению подогнать невозможно. Трудность заключается в том, что компоненты указанных различных групп р- и n-канальных МДП-транзисторов в интегральной схеме содержат различные вещества с соответствующими различающимися физическими константами, влияющими на результат рентгеновского облучения, использующегося при подгонке. Эти трудности усугубляются еще и тем, что требующиеся значения ΔV₁ и Δ V₂ подгонки пороговых напряжений р- и n-канальных групп МДП-транзисторов почти во всех случаях различны по величине. Подогнать одной и той же дозой две группы МДП-транзисторов одной БИС нужным значениям порогового напряжения при этом становится невозможно.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей способа при подгонке БИС, содержащих две различные группы МДП-компонентов.

Это достигается тем, что одновременно с рентгеновским излучением структуры облучают ультрафиолетовым излучением, а соотношение между коэффициентами подгонки двух групп МДП-компонентов регулируют путем изменения соотношения интенсивностей рентгеновского и ультрафиолетового излучений I_y/I_p, устанавливая это соотношение исходя из условия К₁/K₂ΔV₂/ΔV₁, где Δ V₁ и Δ V₂ требуемая величина подгонки порогового напряжения МДП-компонентов первой и второй групп, K₁ f₁(I_y/I_p) и K₂ f₂(I₄/I₅) экспериментально установленные зависимости коэффициентов подгонки первой и второй групп МДП-компонентов от соотношения интенсивностей излучений, а дозу рентгеновского излучения D выбирают равной D K₁ ΔV₁ или D K₂ ΔV₂.

Физическим обоснованием способа является тот факт, что процесс накопления заряда в подзатворном диэлектрике МДП-транзисторов под действием пучка рентгеновского излучения I_p при одновременном воздействии на структуру ультрафиолетовым пучком I_y существенно зависит от соотношения указанных пучков I_y/I_p, что в конечном итоге сказывается на величине коэффициента подгонки К, т. е. коэффициенте в формуле, определяющей зависимость изменения порогового напряжения МДП-транзисторов от полученной ими дозы рентгеновского излучения. Влияние соотношения I_y/I_p на коэффициенты подгонки К объясняется тем, что в данном способе, использующем комбинированное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, с процессом накопления в подзатворном диэлектрике заряда идет и обратный процесс нейтрализации этого заряда, который происходит под действием ультрафиолетовой компоненты пучка. Последний процесс также зависит от электрофизических свойств материалов, составляющих слоев МДП-структуры, в частности от плотности и глубины залегания ловушечных энергетических уровней, которые в р- и n-канальных структурах в общем то различны. Следовательно, варьируя соотношение I_y/I_p при облучении структуры БИС, во многих случаях становится возможным получить нужные значения коэффициентов К₁ и К₂ и добиться подгонки двух порогов V₁ и V₂ двух различных компонентов МДП БИС, в частности р- и n-канальных составляющих ее транзисторов.

На фиг. 1 изображена диаграмма подгонки порогов двух компонентов БИС на ΔV₁ и ΔV₂ путем облучения структуры БИС рентгеновским излучением дозой D. Из диаграммы видно, что две независимые величины ΔV₁ и Δ V₂ могут быть получены облучением структуры дозой D в том случае, если их угловые коэффициенты К₁ и К₂ при подгонке будут связаны определенной зависимостью, а именно: D K₁ ΔV₁ K₂ ΔV₂, т.е. при выполнении соотношения K₁/K₂ΔV₂/ΔV₁. Очевидно, что изменение в некоторых пределах соотношения ультрафиолетовой и рентгеновской компонент I_y/I_p в облучающем пучке при подгонке дает возможность в соответствующих пределах обеспечить нужные коэффициенты подгонки К₁ и К₂ у двух различных компонентов БИС.

Вопрос подгонки пороговых напряжений V₁ и V₂ двух различных компонент МДП БИС в данном способе решается выбором двух условий подгонки, а именно: выбором соотношения интенсивностей I_y/I_pультрафиолетовой и рентгеновской компонент облучающего пучка и суммарной дозы D рентгеновского излучения, используемого для подгонки. Для решения этих вопросов предварительно снимают экспериментально зависимости коэффициентов подгонки К₁ и К₂ как функции от аргумента I_y/I_p (см. графики фиг.2 и 3) по которым строят график K₁/K₂ как функцию I_y/I_p(фиг. 4). В дальнейшем последний график используют для нахождения первого из условий в подгонке, т.е. для нахождения соотношения ультрафиолетовой и рентгеновской компонент в облучающем пучке по константе подгонки СК₁/K₂ ΔV₂/Δ V₁. Весь процесс подгонки в дальнейшем осуществляют смешанным пучком ультрафиолетового и рентгеновского излучений при определенном выше соотношении интенсивностей их в пучке I_y/I_p. Продолжительность облучения t при этом определяют из формулы, определяющей накопление в подзатворном диэлектрике суммарного эффекта, который определяют по любой из формул D K₁ ΔV₁ или же D K₂ x ΔV₂.

Для реализации способа используется рентгеновское излучение от рентгеновской трубки в диапазоне энергии 20-200 кэв, например от рентгеновской установки типа РУМ N 17 и ультрафиолетовое излучение в диапазоне 4,35-8,8 эВ, например от лампы типа ДРТ-1000. Выбор энергетического диапазона ультрафиолетового излучения обусловлен наилучшей эффективностью использования его для операции подгонки.

П р и м е р. На кремниевой подложке КЭФ-5,5 Ом см ориентацией <100> после серно перекисно-аммиачной отмывки выращивают маскирующий окисел (Т 1000^оС, толщина 1200 ). Методом фотолитографии вскрывают в нем окна под карманы и проводят в них ионную имплантацию бора (Е 100 кэВ, доза 1,5 мкул/см²). После удаления фоторезистивной маски и цикла химической отмывки проводят разгонку бора в карманах (Т 1200^o С, среда О₂, время 4,5 ч) при этом формируются области карманов р-типа. Снимают с пластины термический окисел и после цикла химической отмывки выращивают тонкий окисел (Т 1000^оC, толщина 700 K 6·10^-10E₃ε/μρa²), наносят слой нитрида (Т 800^оС, толщина 1100 ) и формируют сток канальные области р- и n-канальных транзисторов последовательными процессами фотолитографии и ионного легирования. (Для р-канальных транзисторов ионное легирование фосфора Е 100 кэВ, доза 0,5 мкКул/см², для n-канальных ионное легирование бора, Е 75 кэВ, доза 0,7 мкКул/см²). Методом фотолитографии и плазменного травления нитрида кремния во фреоновой плазме вскрывают полевой окисел (Т 950^оС, толщина 1,1 мкм). Снимают с активных областей нитрид кремния и тонкий окисел и после цикла химической отмывки выращивают подзатворный диэлектрик (Т 1000^оС, толщина 425 ), наносят слой поликремния пиролизом моносилана (Т 630^оС, давление 26 Па, толщина 0,45 мкм), легируют поликремний фосфором (Т 900^оС, R_SполиSi 20 Ом/ □ ). Методом фотолитографии и плазменного травления формируют поликремниевую разводку. Последовательно закрывают области р- и n-канальных транзисторов фоторезистивной маской и проводят ионное легирование бора в диффузионные области р-канальных транзисторов (Е 40 кэВ, доза 250 мкКул/см²) и фосфора в диффузионные области n-канальных транзисторов (Е 75 кэВ, доза 500 мкКул/см²). После удаления фоторезиста и цикла химической отмывки осаждают на структуру слой нелегированного окисла, полученного пиролизом моносилана в среде кислорода (Т430^оС, давление 90 Па, толщина 0,2 мкм) и слой легированного фосфором окисла пиролизом моносилана в среде кислорода с легирующими добавками фосфина (Т 430^оС, давление 30 Па, толщина 0,9 мкм, С_р% 10 мас.). Методом фотолитографии и плазменного травления вскрывают контактные окна и методом магнетронного распыления осаждают слой алюминиевой металлизации (толщина 1,2 мкм). Методом фотолитографии и плазменного травления в тетрахлориде углерода формируют алюминиевую металлизацию. Снимают экспериментальные кривые коэффициентов подгонки К₁и К₂ для р- и n-канальных транзисторов (фиг.2 и 3) в зависимости от соотношения I_y/I_p ультрафиолетовой и рентгеновской компонент в облучающем пучке и строят результирующую зависимость изменения константы подгонки С K₁/K₂, как функцию аргументов I_y/I_p (фиг.4). Исходя из требующихся значений величин подгонки пороговых напряжений ΔV ΔV₂ для р-канальных и n-канальных транзисторов БИС определяют константу подгонки С K₁/K₂ ΔV₂/ΔV₁ и по последней, с помощью графика фиг.4 определяют соотношение пучков ультрафиолетового и рентгеновского излучения в облучающем пучке, необходимом для проведения операций по подгонке. Определяют дозу D рентгеновского излучения, требующуюся для подгонки с помощью любой из формул DK₁ ΔV₁ или же D K₂ ΔV₂, где К₁ и К₂соответственно коэффициенты подгонки для р- и n-канальных транзисторов, а ΔV₁ и ΔV₂ соответственно требующиеся значения подгонки пороговых напряжений.

Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности способа, поскольку даст возможность независимо друг от друга подогнать два порога двух различных компонентов, составляющих МДП БИС. В частности, способ обеспечит подгонку радиационным методом пороговых напряжений электронных компонентов большого класса БИС, изготавливаемых по КМОП-технологии.

Применение: полупроводниковая технология, изготовление ИС, в частности КМОП ИС. Сущность: МДП БИС, изготовление по обычной технологии, облучают рентгеновским ультрафиолетовым излучением для подгонки порогового напряжения. Разные группы МДП-структур (например, n- и p-канальные транзисторы в КМОПИС, требуют в общем случае равной величины подгонки ΔV и ΔV₂. Используется то обстоятельство, что соотношение между коэффициентами подгонки K₁ и K₂ зависит от соотношения интенсивностей ультрафиолетового и рентгеновского излучений I_у/P_р. Исходя из экспериментальных зависимостей K₁= f₁(I_у/P_р) и K₂= f₂(I_у/P_р) устанавливают величину I_у/P_р, при которой выполняют соотношение K₁/K₂= ΔV₂/ΔV₁. Дозу рентгеновского излучения устанавливают равной D = K₁ΔV₁= K₂ΔV₂. 4 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП БИС, включающий формирование на кремниевой пластине областей истока, стока и слоя подзатворного диэлектрика, формирование металлизированной разводки и подгонку порогового напряжения путем облучения сформированных структур пучком рентгеновского излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа при подгонке БИС, содержащих две различных группы МДП компонентов, одновременно с рентгеновским излучением структуры облучают ультрафиолетовым излучением, а соотношение между коэффициентами подгонки двух групп МДП компонентов регулируют путем изменения соотношения интенсивностей рентгеновского и ультрафиолетового излучений I_у/I_р, устанавливают это соотношение, исходя из условия
K₁/K₂=ΔV₂/ΔV₁,
где ΔV₁ и ΔV₂ требуемая величина подгонки порогового напряжения МДП - компонентов первой и второй группы:
K₁ f₁(I_у/I_р) K₂ f₂(I_у/I_р) -экспериментально установленные зависимости коэффициентов подгонки первой и второй группы МДП-компонентов от соотношения интенсивностей излучений,
а дозу рентгеновского излучения D выбирают равной D = K₁ΔV₁ или D = K₂ΔV₂.