СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ МИКРОСХЕМ С ДИОДАМИ ШОТТКИ, ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА Советский патент 1996 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано при изготовлении биполярных микросхем с диодами Шоттки, имеющими различную высоту потенциального барьера.

Цель изобретения повышение качества и надежности микросхем и экономичности способа за счет улучшения параметров диодов Шоттки и исключения расхода благородного металла.

Поставленная цель достигается тем, что по способу создания интегральных схем с диодами Шоттки, включающему формирование пассивных элементов и активных структур в монокремниевой подложки n-типа, поочередное вскрытие в диэлектрическом покрытии контактных окон, нанесение слоя силицидобразующего металла и формирование силицида в контактных окнах, нанесение барьерного и токопроводящего слоев с последующим формированием контактных электродов и межсоединений, осуществляют одновременное вскрытие контактных окон к областям формирования омических и выпрямляющих контактов, перед нанесением силицидобразующего металла производят ионную имплантацию в контактные окна в области формирования высокобарьерных диодов Шоттки акцепторной примесью с концентрацией ионов в интервале от 2·10¹² до 6·10¹² см^-2, в качестве силицидобразующего металла используют слой титана, после осаждения которого формируют слой дисилицида в областях омических и выпрямляющих контактов с одновременной электроактивацией акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки.

Поставленная цель достигается также тем, что ионную имплантацию в области высокобарьерных диодов Шоттки осуществляют с энергией, обеспечивающей формирование максимума акцепторной примеси на границе раздела силицид титана кремний, имплантацию акцепторной примеси осуществляют ионами бора с концентрацией в интервале от 4·10¹² до 5·10¹² см^-2 и энергией 25-35 кэВ, формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси осуществляют с помощью облучения некогерентным световым потоком в интервале длин волн 0,2-1,2 мкм при плотности энергии светового потока 40-60 Дж см^-2, длительности импульса 15-20 с и давлении ниже 10^-4 мм рт.ст.

Одновременное вскрытие всех контактных окон к областям формирования омических контактов и диодов Шоттки обоих типов позволяет снизить дефектность и повысить надежность интегральных микросхем за счет однократного травления ди-электрического покрытия.

Низкоэнергетическое подлегирование областей формирования высокобарьерных диодов Шоттки проводят после вскрытия этих областей в фоторезистивной маске. Оптимизируя величины концентрации и энергии ионов акцепторной примеси, а также величину толщины слоя титана и режим электроактивационной и силицидобразующей термообработки, можно получить два типа диодов Шоттки на основе дисилицида титана с требуемыми величинами прямого падения напряжения и логического перепада.

Данный способ создания интегральных микросхем с диодами Шоттки позволяет, подбирая реальную дозу легирования акцепторной примесью областей высокобарьерных диодов Шоттки, варьировать величиной логического перепада, определяемой разницей между прямым падением напряжения высокобарьерных и низкобарьерных диодов Шоттки, и тем самым находить компромисс между быстродействием и помехоустойчивостью интегральной микросхемы. Кроме того, в данном способе при создании слоя дисилицида титана осуществляется одновременное формирование обоих типов диодов Шоттки, что исключает нежелательное взаимовлияние в процессе получения диода первого типа на уже сформированный диод Шоттки второго типа.

Применение титана в качестве силицидобразующего металла, кроме исключения расхода благородного металла, также обусловлено возможностью получения величин логического перепада более 200 мВ за счет относительно низкого значения высоты потенциального барьера к кремнию n-типа и, кроме того, формирования шин полицидных межсоединений с высокой электропроводностью (R_s < 3 Ом/квадрат) в рамках самосовмещенной технологии.

Совмещение операций образования дисилицида титана и электроактивации акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки позволяет не только упростить способ и исключить одну высокотемпературную обработку, но и улучшить воспроизводимость параметров высокобарьерных диодов Шоттки.

Использование силицидного слоя для формирования низкобарьерных диодов Шоттки позволяет исключить проблемы деградации параметров диодов в результате последующих термообработок или токовых нагрузок и повысить воспроизводимость параметров диодов Шоттки.

Выполнение условия формирования максимума акцепторной примеси на границе раздела силицид титана кремний позволяет обеспечить такое распределение концентрации примеси, чтобы обедненная область при нулевом смешении точно соответствовала сильнолегированному слою. В этом случае удается получить максимальный эффект увеличения высоты потенциального барьера высокобарьерных диодов Шоттки при минимальных токах утечки обратной ветви. Известно, что в пpоцессе обpазования дисилицида титана на 1 нм толщины слоя титана расходуется 2,27 нм толщины кремния. Таким образом, на взаимодействие, например, 45 нм титана расходуется 103 нм слоя кремния, что требует применения ионной имплантации бором с энергией 30 кэВ.

Реализация самосовмещенной технологии формирования дисилицида титана с помощью одностадийной импульсной фотонной обработки в указанных режимах позволяет получать величины максимального логического перепада при минимальном уровне легирования акцепторной примесью за счет большей степени электроактивации, более резкого профиля распределения концентрации и меньшего перераспределения атомов акцепторной примеси. Кроме того, использование данного способа формирования дисилицида титана наиболее актуально для интегральных структур с уровнем легирования областей контактов к кремнию р-типа менее 10¹⁹ см^-3 для исключения проблем с функционированием интегральных микросхем в минусовом диапазоне температур вследствие завышения контактного сопротивления.

Таким образом, совокупность и последовательность технологических операций и выбор оптимальных режимов создания диодов Шоттки с различной высотой потенциального барьера позволяет улучшить параметры и воспроизводимость параметров диодов обоих типов, снизить привносимую дефектность диэлектрического покрытия и себестоимость изготовления интегральных микросхем.

Имплантация акцепторной примеси с концентрацией ионов менее 2·10¹² см^-2 не позволяет обеспечить величину логического перепада более 150 мВ ни при каких режимах электроактивации примеси и образования дисилицида, что, в свою очередь, не позволяет обеспечить требуемую помехоустойчивость интегральных микросхем. При увеличении концентрации ионов до величин более 6 ·10²¹ см^-2 логический перепад находится в интервале 350-400 мВ, что ухудшает динамические характеристики интегральных микросхем. Кроме того, возможна перекомпенсация поверхности эпитаксиального слоя и формирование p-n-перехода.

Применение имплантации акцепторной примеси ионами бора с концентрацией от 4·10¹² до 5·10¹² см^-2 позволяет получать оптимальные величины логического перепада в диапазоне 250-300 мВ при стандартных уровнях удельного сопротивления эпитаксиальной пленки (0,3-0,5 Ом·см).

Снижение энергии ионов бора до значений менее 25 кэВ приводит к ухудшению воспроизводимости параметров высокобарьерных диодов Шоттки и величин логического перепада. Использование имплан- тации с энергиями ионов бора более 35 кэВ увеличивает токи утечки высокобарьерных диодов Шоттки при одновременном снижении величин логического перепада.

В качестве материала акцепторной примеси использовали ионы бора и алюминия.

Формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси с помощью облучения некогерентным световым потоком в интервале длин волн 0,2-1,2 мкм ускоряет процесс силицидобразования за счет разогрева пластин инфракрасной составляющей спектра и облучения поверхности структур ультрафиолетовой составляющей спектрального диапазона. Кроме того, указанный диапазон длин волн обусловлен использованием ксеноновых ламп типа ИНП-50-220.

При облучении с плотностью энергии светового потока менее 40 Дж·см^-2 или длительности импульса менее 15 с не происходит образования конечной фазы дисилицида титана ТiSi₂, что приводит к снижению воспроизводимости параметров диодов Шоттки обоих типов и величины логического перепада. Кроме того, наблюдается увеличение сопротивления полицидных межсоединений. Плотность энергии светового потока более 60 Дж·см^-2 или длительность импульсов более 20 с увеличивают токи утечки обратной ветви обоих типов диодов Шоттки, сопротивление полицидного слоя и затрудняют реализацию самосовмещенной технологии.

Проведение облучения некогерентным световым потоком при давлении выше 10^-4 мм рт.ст. не позволяет воспроизводимо формировать конечную фазу дисилицида титана вследствие загрязнения границы взаимодействия силицид-кремний примесными атомами (кислород, углерод) в процессе силицидобразования. Нижняя граница давления лимитируется характеристиками откачных средств и не оказывает отрицательного воздействия на параметры диодов Шоттки и интегральных микросхем.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В исходной кремниевой подложке КДБ-10 (III) создают низкоомные области n⁺-скрытого слоя, наращивают эпитаксиальный слой КЭМ-0,3 (III) толщиной 1,5-2,0 мкм. Методами фотолитографических обработок, окисления, диффузии и ионной имплантации формируют активные и пассивные элементы интегральных микросхем. Контактные окна в диэлектрическом покрытии вскрывают к областям омических контактов и диодов Шоттки обоих типов методом плазмохимического травления на установке "Плазма 125ИМ".

После удаления фоторезиста осуществляют фотолитографическую обработку со вскрытием областей формирования высокобарьерных диодов Шоттки и проводят ионную имплантацию бором с энергией 30 кэВ и концентрацией ионов 4,5·10¹² см^-2. Затем после удаления фоторезиста и химической обработки наносят слой титана магнетронным распылением с удельным сопротивлением 40-50 мкОМ·см и толщиной 45 нм. Формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией ионов бора осуществляют с помощью облучения некогерентным световым потоком ксеноновых ламп при плотности мощности 50 Дж·см^-2, длительности импульсов 18 с и давлении 5·10^-5 мм рт.ст. Силицидобразующую и электроактивационную термообработки можно проводить также, например, посредством термовакуумного отжига при температуре 670^оС в течение 30 мин при давлении 10^-6 мм рт. ст. Затем после удаления слоя титана с поверхности диэлектрического покрытия осуществляют нанесение слоя с последующей фотолитографической обработкой с формированием контактных электродов и межсоединений.

Изобретение позволяет получить воспроизводимые и термостабильные параметры диодов Шоттки обоих типов с уменьшенными токами утечки обратной ветви (менее 0,1 нА/мкм² у высокобарьерных и менее 0,5 нА/мкм² у низкобарьерных диодов, с регулируемой величиной логического перепада в интервале 100-400 мВ, в диапазоне токов 10 нА-10 мА, что дает возможность реализовать интегральные микросхемы в схемотехническом базисе Шоттки транзисторной логике, которые обладают повышенным быстродействием (≈ 1,5 нс/вентиль) без увеличения потребляемой мощности и при снижении помехоустойчивости в диапазоне температур 60-125^оС. Особо следует отметить актуальность применения способа в технологии изготовления матричных биполярных БИС с полицидной разводкой в нижнем уровне межсоединений и с расширенной возможностью трассировки, обусловленной проводимостью полицидного слоя. Способ использован в технологическом маршруте получения МА БИС на 10000-50000 вентилей.

Использование: изобретение относится к производству полупроводников. Сущность: способ включает формирование пассивных и активных элементов в монокремниевой подложке n-типа, вскрытие в диэлектрическом покрытии контактных окон, нанесение слоя силицидообразующего металла и формирование силицида в контактных окнах, нанесение барьерного и токопроводящего слоев с последующим формированием контактных электродов и межсоединений, одновременное вскрытие контактных окон к областям формирования омических и выпрямляющих контактов. Перед нанесением силицидообразующего металла производят ионную имплантацию в контактные окна в области формирования высокобарьерных диодов Шоттки акцепторной примеси дозой 2 • 10^1 2 - 6 • 10^1 2 см^- 2. В качестве силицидообразующего металла используют титан, формируют слой дисилицида в областях омических и выпрямляющих контактов с одновременной электроактивацией акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки. 3 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ МИКРОСХЕМ С ДИОДАМИ ШОТТКИ, ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА, включающий формирование пассивных и активных элементов в монокремниевой подложке n-типа, вскрытие в диэлектрическом покрытии контактных окон в областям омических и выпрямляющих контактов, нанесение слоя силицидобразующего металла и формирование областей омических и выпрямляющих контактов, нанесение барьерного и токопроводящего слоев с последующим формированием контактных электродов и межсоединений, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности микросхем за счет улучшения параметров диодов Шоттки, повышения их воспроизводимости и исключения расхода благородного металла, вскрытие контактных окон к областям формирования омических и выпрямляющих контактов осуществляют одновременно, перед нанесением силицидообразующего металла производят ионную имплантацию в контактные окна в области формирования высокобарьерных диодов Шоттки акцепторной примеси дозой 2 • 10^1 2 6 • 10^1 2 см^- 2, в качестве силицидообразующего металла используют слой титана, а формирование областей омических и выпрямляющих контактов осуществляют из дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ионную имплантацию в области высокобарьерных диодов Шоттки осуществляют энергией, обеспечивающей формирование максимума акцепторной примеси на границе раздела дисилицид титана кремний. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что имплантацию акцепторной примеси осуществляют ионами бора дозой 4 • 10^1 2 5 • 10^1 2 см^- 2 и энергией 25
35 кэВ. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси осуществляют путем облучения некогерентным импульсным световым потоком с длиной волны 0,2 1,2 мкм, при плотности энергии светового потока (40 60) Дж • см^- 2, длительности импульса (15 20) с и давлении ниже 10^- 4 мм рт.ст.