СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР Советский патент 1995 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления интегральных схем, имеющих элемент памяти с затвором из поликристаллического кремния.

Цель изобретения улучшение хранения информации элементом памяти.

На фиг.1 изображено формирование ЛОКОС-блока.

1. Нанесение слоя диоксида кремния толщиной 20-40 нм на поверхность полупроводниковой подложки.

2. Нанесение слоя-нитрида кремния толщиной 100-130 нм.

3. Фотолитография.

4. Плазмохимическое травление (ПХТ) нитрида кремния.

5. Имплантация примеси бора дозой 1,5-2,5 мкКул/см², формируя р⁺-слой 3.

6. ЛОКОС-окисление, слой 2.

7. Удаление слоев диоксида кремния и нитрида кремния.

На фиг.2 изображено формирование плавающего затвора.

8. Формирование подзатворного окисла 6.

9. Осаждение поликристаллического кремния толщиной 300-400 нм 5 и его легирование.

10. Фотолитография по слою поликристаллического кремния и плазмохимическое травление этого слоя.

11. Формирование сток-исток областей.

12. Формирование дополнительного слоя диоксида кремния 5 (см. фиг.3).

13. Удаление дополнительного слоя 5.

На фиг.4 изображено формирование управляющего затвора.

14. Формирование изоляции плавающего затвора 8.

15. Осаждение слоя поликристаллического кремния 9 и его легирование.

16. Фотолитография, формирование управляющего затвора методом плазмохимического травления.

П р и м е р 1. На поверхности кремниевых подложек КДБ-20 после обработки в смеси аммиака и перекиси водорода термическим окислением формируют слой диоксида кремния толщиной 40 нм и осаждают слой нитрида кремния толщиной 135 нм осаждением из смеси паров тетрахлорида кремния и аммиака. В образованной структуре методами фотолитографии и плазмохимического травления вскрывают окна, в которые проводят имплантацию бора дозой 1,5-2,5 мкКул/см². После удаления слоя фоторезиста и обработки сначала в смеси серной кислоты и перекиси водорода, а затем аммиака и перекиси водорода проводят окисление кремния в парах воды под давлением 8 атм при 950^оС. Маскирующий слой нитрида кремния удаляют травлением в ортофосфорной кислоте при 180^оС и травление буферного слоя диоксида кремния в водном растворе фтористоводородной кислоты 1: 10, проводят обработку структуры в смеси аммиака и перекиси водорода и окисление поверхности кремния до получения подзатворного диоксида кремния толщиной 80 нм. На слой диоксида кремния пиролизом моносилана осаждают слой поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, которые легируют из газовой фазы фосфором до поверхностного сопротивления 30 Ом/о и методами фотолитографии и плазмохимического травления формируют рисунок плавающего затвора. Поверхность подложки подвергают имплантацией мышьяка дозой 800 мкКул/см² для создания областей истока и стока. Подложку подвергают химической обработке сначала в смеси серной кислоты с перекисью водорода, затем аммиака и перекиси водорода и выдерживают в водном растворе фтористоводородной кислоты 1:10, таким образом, чтобы удалить 20-30 нм диоксида кремния. Подложки подвергают термическому окислению до образования слоя диоксида кремния на поверхности плавающего затвора толщиной 100 нм, поверх которого осаждают второй слой поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм. Слой поликристаллического кремния легируют фосфором и методами фотолитографии и плазмохимического травления формируют рисунок управляющего затвора.

П р и м е р 2. В отличие от примера 1 после осаждения и легирования первого слоя поликристаллического кремния формирование рисунка плавающего затвора проводят только по ширине канала. Затем проводят обработку в смеси аммиака и перекиси водорода, после чего поверхность подложки обрабатывают последовательно в смеси серной кислоты с перекисью водорода, аммиака с перекисью водорода и водном растворе фтористоводородной кислоты 1:10 и окисляют поверхность плавающего затвора до толщины 100 нм, осаждают и легируют второй слой поликристаллического кремния. Методами фотолитографии и плазмохимического травления формируют рисунок управляющего затвора и плавающего затвора по длине канала, проводят имплантацию примеси дозой 800 мкКул/см².

Физическая суть предлагаемого по вариантам 1,2 способу заключается в следующем. Обычная химическая обработка в смеси серной кислоты и перекиси водорода для аммиака и перекиси водорода оставляют на поверхности кремния загрязнения тяжелых металлов. Для их удаления вместе используется обработка в растворе фтористоводородной кислоты. Концентрация выбиралась исходя из технологически оптимальной скорости травления и наличия эффекта при HF:H₂O ≅1: 1 скорости очень велики, что приводит к стравливанию ЛОКОС-окисла, при HF: H₂O ≥100 отсутствует эффект очистки. Оптимальной является концентрация 1:10.

П р и м е р 3. Отличие от примеров 1, 2 после имплантации мышьяка проводят обработку подложек в смеси аммиака и перекиси водорода и подвергают их термическому окислению до образования на поверхности плавающего затвора слоя диоксида кремния толщиной 30 нм. Затем образующийся слой удаляют травлением в разбавленном растворе фтористоводородной кислоты 1:10.

Изолирующий слой диоксида кремния толщиной 100 нм получают термическим окислением после стравливания слоя диоксида кремния толщиной 30 нм.

Сущность данного способа заключается в следующем загрязнения, вбитые в поверхность плавающего затвора из поликристаллического кремния не удаляются при обычной обработке HF, т.к. кремний не травится в HF. Поэтому предварительно поверхностный слой кремния конвертируется в диоксид кремния и только после этого стравливается.

С точки зрения оценки результатов возможны два подхода:
1. Оценка во времени хранения.

2. Оценка по проценту выхода при фиксированном значении порогового напряжения элемента памяти.

С первой точки зрения решение задачи в общем виде является более корректным. Затруднение вызывает то, что реально изменяются не максимальные и минимальные значения времени хранения, а средний результат. В этом случае требуется большая статистика по времени хранения отдельных элементов, что крайне трудоемко.

Вторая методика, основанная на простой оценке (порог выше-ниже отсюда хранит, не хранит) позволяет аналогичную по объему статистику получить быстрее.

В настоящем случае способ-прототип и базовый совпадают. Сравнение результатов проводилось по хранению электронного заряда на плавающем затворе в состоянии логического нуля и хранение состояния логической единицы. В первом случае оценка проводилась по выходу годных структур после выдержки их при 170^оС в течение 24 ч. Структуpы перед термовыдержкой находились в состоянии логического нуля. Во втором случае структуры, подвергшиеся предварительной термовыдержке в состоянии логического нуля, подвергались УФ-облучению для стирания электронного заряда с плавающего затвора и на них проводилась электротермотренировка (термовыдержка с приложением положительного заряда на управляющем затворе).

В качестве структуры использовались матричные накопители информационной емкостью 64 кбит с элементом памяти на плавающем затворе. Результаты сравнения приведены в таблице. В первом случае оценивался, кроме того, сдвиг порогового напряжения после термовыдержки.

Комментируя полученные результаты, можно отметить, что предлагаемый способ позволяет уменьшить нехранение информации за счет потери состояния логического нуля (сдвиг порогового напряжения уменьшится с 0,6+1,5 В до 0+0,3 В) и увеличить выход годных структур при технологических испытаниях.

Применение: относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления интегральных схем. Сущность: на поверхности полупроводниковой пластины формируют каналоограничительные области путем локального окисления, формируют плавающий затвор, обрабатывают структуру в водном растворе фтористоводородной кислоты состава 1:100-1:10, окисляют плавающий затвор, а затем формируют управляющий затвор. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР, включающий формирование на поверхности кремниевой подложки первого типа проводимости каналоограничительных областей путем локального окисления, получение подзатворного окисла, осаждение слоя поликремния, формирование рисунка плавающего затвора, имплантацию примеси второго типа проводимости, окисление плавающего затвора, формирование управляющего затвора, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных полупроводниковых структур за счет улучшения качества диэлектрической изоляции плавающего затвора, перед окислением плавающего затвора проводят дополнительную обработку структуры в водном растворе фтористоводородной кислоты состава 1:100-1:10. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед дополнительной обработкой структуры формируют слой диоксида кремния толщиной 20-40 нм термическим окислением.