СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИБОРА С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА С ОБЛАСТЬЮ ВИРТУАЛЬНОЙ ФАЗЫ Советский патент 1996 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к оптоэлектронике, и может быть использовано в производстве интегральных схем и полупроводниковых приборов различного назначения.

Известны способы изготовления приборов с переносом заряда, содержащих тактовый электрод с областями потенциальных барьера и ямы, формируемые с использованием процессов окисления, нанесения проводящих материалов, фотолитографии и ионного легирования.

Недостатком способа изготовления этих приборов является его сложность и низкий процент выхода годных вследствие большого числа технологических слоев, критичных к дефектам фотолитографии и других операций, в частности термических.

Известен способ изготовления приборов с переносом заряда, содержащих тактовый электрод, включающий в технологический процесс операции окисления, нанесения проводящих материалов, фотолитографии и ионного легирования.

Недостатком способа изготовления этих приборов является сложность реализации из-за большого числа операций, связанных с термообработками и нанесением большого числа проводящих слоев, и низкий процент выхода годных.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления прибора с переносом заряда с виртуальной фазой, включающий процессы окисления, нанесение одного слоя проводящего материала, фотолитографии и ионного легирования.

Недостатком этого способа является сложность его осуществления, обусловленная большим числом операций ионного легирования в кремний и в окись кремния и диффузией из окисла, связанных с термообработками и контролем уровней легирования в подложке, и низкий процент выхода годных.

Низкая степень воспроизводимости уровней легирования в этом случае определяется как недостаточно контролируемым процессом диффузии примеси из легированного окисла, так и различной продолжительностью воздействия повышенных температур на примеси при используемых последовательности операций, отсутствием самосовмещения.

Целью изобретения является повышение процента выхода годных за счет улучшения воспроизводимости процессов изготовления, за счет сокращения числа операций, связанных с термообработками и контролем уровней легирования подложки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления прибора с переносом заряда с виртуальной фазой, включающем операции окисления, нанесение проводящего материала, фотолитографии и ионного легирования, в первом проводящем слое последовательно вскрываются над легируемыми областями окна и осуществляется ионное легирование, начиная с областей с максимальными уровнями легирования, и в завершении проводится термообработка в сочетании с формированием второго проводящего слоя, вскрываются в нем окна над областью виртуальной фазы с последующим легированием примесью противоположного типа проводимости и термическим отжигом в процессе геттерирования.

Данный способ позволяет формировать структуру прибора с виртуальной фазой с использованием самосовмещения ее элементов, исключив ряд операций, связанных с термообработкой и контролем уровней легирования подложки, соответственно повысив воспроизводимость легирования и, следовательно, повысив выход годных и упростив процесс изготовления.

Использование двух проводящих слоев позволяет использовать в качестве маски один слой проводящего материала, по крайней мере, в двух процессах ионного легирования, изменить последовательность операций, сократив при этом число операций, связанных с термообработками и повысив точность воспроизведения температурных режимов, а следовательно, повысив воспроизводимость и точность задания уровней легирования.

Возникает также возможность исключать слабовоспроизводимый процесс легирования с использованием в качестве источника легирования окисел, что такое обеспечивает повышение выхода годных, упрощение процесса изготовления, достигаемое за счет исключения из него сложных, трудоемких технологических операций и операций контроля уровня легирования после каждого процесса ионного легирования.

Два взаимоперекрывающихся, полностью дублирующих друг друга, проводящих слоя используются на периферии приборов с переносом заряда. Однако это приводит лишь к увеличению проводимости и не обеспечивает повышения процента выхода годных и упрощения процесса изготовления, поскольку не позволяет ни изменить последовательность операций, ни уменьшить их число за счет сокращения операций, связанных с термообработками, и исключения необходимости контроля уровней легирования подложки.

Выполнение тактового электрода из двух частично перекрывающихся проводящих частей и способ его изготовления существенно отличается от известных и, следовательно, обеспечивает достижение новых технических свойств.

На фиг. 1, 2, 3 и 4 схематически изображен способ изготовления прибора.

На подложке 1, покрытой изолирующим материалом 2, размещен тактовый электрод с потенциальным барьером и ямой, состоящий из двух взаимоперекрывающихся проводящих частей 3 и 4.

В качестве подложки могут быть использованы кремний и другие полупроводниковые материалы и соединения проводящего материала - поликристаллические и монокристаллические слои, например кремний, а также другие проводящие материалы как однородные, так и сочетания разных по составу проводников.

Рассмотрим конкретный пример технологического цикл изготовления прибора с виртуальной фазой. Исходным материалом служит кремний с концентрацией акцепторов 10¹⁵-10¹⁶ см^-3. В приповерхностной области формируется скрытый n-канал, а также р⁺ -стоп каналы. Затем путем термического окисления выращивают подзатворный окисел толщиной 0,06-0,1 мкм (см. фиг.1). На поверхность окисла наносят слой легированного поликремния, в котором методами фотолитограии и химического травления последовательно вскрывают окна над областями с максимальными уровнями легирования и после каждого вскрытия осуществляется имплантация фосфора (см. фиг. 2 и 3). Энергия и дозы ионов в этих процессах 180 кэВ и 10¹² см^-2 (0,16 мкКл/см³; 180 кэВ и 5•10¹¹ см^-2 (0,08 мкКл/см²) соответственно.

Затем производится вскрытие окон над всеми легируемыми областями (фиг.4) и имплантация фосфора с энергией 180 кэВ дозой 5•10¹¹ см^-2 (0,08 мкКл/см²). В завершение изготавливаются диффузионные входные и выходные области в сочетании с процессом гетерирования.

Процесс формирования прибора с виртуальной фазой ничем не отличается от известного способа формирования до нанесения первого слоя поликристаллического кремния.

Двухступенчатый термический отжиг может быть заменен при изготовлении виртуальной фазы использованием примесей с коэффициентом диффузии меньшим, чем у бора, например сурьмы, одноступенчатым термическим отжигом. В этом случае формирование всех легированных областей осуществляется в одинаковом температурном режиме, что обеспечивает более воспроизводимое получение заданных уровней легирования.

Одним из существенных достоинств данного способа изготовления прибора с виртуальной фазой является упрощение процесса производства и широкие возможности реализации.

Использование: производство интегральных схем и полупроводниковых приборов различного назначения. Сущность изобретения: в способе операцию ионного легирования для создания ступенчатого профиля легирования осуществляют в три стадии, последовательно вскрывая в проводящем слое окна, равные размеру каждой ступеньки профиля легирования в вертикальной фазе, начиная с максимального легирования, после чего проводят операции для формирования области виртуальной фазы. 4 ил.

Способ изготовления прибора с переносом заряда с областью виртуальной фазы, включающий операции окисления и ионного легирования для создания ступенчатого профиля легирования подложки, нанесения проводящих слоев, фотолитографии, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных за счет улучшения воспроизводимости процессов легирования, после нанесения первого проводящего слоя ионное легирование примесью противоположного подложке типа проводимости осуществляют в три стадии, последовательно вскрывая в проводящем слое окна, равные размеру каждой ступеньки профиля легирования в виртуальной области, начиная с максимального легирования, после чего наносят второй проводящий слой, контактирующий с первым, вскрывают его над областью виртуальной фазы и формируют ее.