Способ изготовления МДП интегральных схем Советский патент 1985 года по МПК H01L21/82 

Изобретение относится к микрозлектронике, в .частности к технологии изготовления НЦП интегральных схем, и может быть использовйно при изготовлении интегральных схем с кремниевым затвором, содержащих области с разЛичньм уровнем или типом легирования (схемы с каналом р-типа п-типа, на взаимодополняющих транзисторах и т.д.). Среди основных проблем, стоящих при изготовлении интегральных схем можно вьщелить такие как снижение трудоемкости, повьппение технологичности (в том чрсле использование в техпроцессе минимального количества операций, требующих прецизионного выполнения), повьшение выхода годных схем. Анализ показывает, что наиболее трудоемким процессом и одновременно процессом, характеризующимся высоким уровнем технологических потерь, является фотолитографическое травление. Все это усугубяйатся при травлении слоев поликристаллического кремния вследствие нево нроизводимости структуры этого слоя и изменения её в результате воздейс вия технологических операций, таких Как термообработка, ионная импланТаЦЙЯ и т.д. :--; ; Известен способ изготовления ВДП йнтегральньгх схем с кремниевым затвором, включающий формирование на п верхности исходной полупроводниково пластины слоев диэлектрика и поликристаллического кремния; проводят фотолитографию, травлен.ие слоя поли кристаллического кремния для создан затвора, следующим фотолитографйчес КИМ травлением в слое диэлектрика вскрывается окна, в которые проводя диффузию для создания истоков и сто ков. Далее следуют операции окисления,. вскрытия контактных окон, метал- с лизации и формирования разводки lj . Недостаток известного способа в том, что в нем из четырех фотолитогра4 1ческих операций лишь одна провидится по слою полукристаллического кремния, а также в том, что с помощь.ю этого способа Могут изготавливаться йртегральныё схемы, содержащие области лишь с одинаковым уровнем легирования. .- . Известен также способ изготовления МДП интегральных схем на взаимодополняющих транзисторах с кремние78 2 вым затвором, состоящий в следующем: после формирования в кремниевой плястине п-типа р-областей карманов и р-областей истоков и стоков транзисторов с каналом р-типа, пластину окисляют для создания затворного диэлектрика п проводят осаждение слоя поликристаллического кремния. Фотолитографическим травлением в слоях поликристаллического кремния и окисла вскрывают окна и проводят диффузию фосфора, в результате чего образуются п области истоков и стоков транзисторов с каналом п-типа. Следующим фотолитографическим травлением слоя поликристаллического кремния удаляют его с областей истоков и стоков транзисторов с каналом р-типа и отсекают затворы от остального слоя. Далее следует окисление, вскрытие контактныхокон, металлизация и фотолитография по слою металлизации Г Таким образом с помощью этого способа можно создавать интегральные схемы, содержащие области п- и р-типов проводимости. Недостаток известного способа в том, что он требует две фотолитографических прецизионных операции, травления поликристалличаского кремния, TaiK как первым травлением задается длина -санала п-канального транзистора, а вторым - степень перекрытия затвором областей истока и стока. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления МДП интегральных схем, включающий создание на исходной полупроводниковой пластине проводящего слоя, пре- имзтцествённо слоя диэлектрика и поликристаллического кремния, вскрытие в последнем окон путем фотолитографического травления и формирова-. ние в полупроводниковой пластине разнолегированных областей путем цоследовательного ионного легирова- ния соответствующих областей З,, Таким образом, этот способ позволяет .изготавливать ВДП интегральные схемы, содержащие област с различным уровнем легиррвания - области истоков-стоков и облает резисторов. - Основной недостаток такого способа состоит в том, что из пяти фотолитографических операций три проводят по слою, поликристаллйческого кремния, причем вторая и третья oneрации проводятся по слою, структура поверхности которого отличается от структуры объема вследствие нарушений, возникающих при внедрении ионов. В соответствии с этим выход го ных структур на второй и третьей фо толитографических операциях травления в среднем в два раза ниже, чем на первой. Помимо сказанного, лучшие результаты на первом травлении обусловлены возможностью визуального контроля травления по уменьшению диаметра пятна, соответствзпощего невытравленной области пластины. При исчезновении пятна травление прекращают, вынимая пластину из травителя. На следующих операциях эта возможность отсутствует, так как на пластине уле имеется рисунок первого травления, Целью изобретения является снижение трудоемкости изготовления и увеличение выхода годных интеграл ных схем. Поставленная цель достигается тем, что все окна в проводящем слое поликристаллического кремния, вскрывают одновременно в одной операции фотолитографического травления, а перед каждой операцией легирования проводят промежуточное маскирование фоторезистом не подлежащих леги рованию областей. . Таким образом независимо от числ областей с различным легированием, лишь одно фотолитографическое травление проводится по слою поликрем-т ния. Остальные фотолитографические операции проводятся.по слою, исполь зованному в качестве маски. . . М.атериал маски выбирается с учетом вида и режима, легирования. При . легировании ионной имплантацией с знёргией до 100 кзВ в большинстве случаев для маскирования может быть использован слой фоторезиста. При больших энергиях, что применяются весьма редко, наиболее технологичной маской является слой алюминия. В случае легирования диффузией наиболее подходящие маски - окиси крем ния, наност ые разложение;м тетр-это сисидана или моиосилана, а также ни РИД кремния. Фотолитографическое тра лeниeyкa зaнныxcлoeвнeпpeдcтaвляet каких-либо трудностей. На фиг, 1 упрощенно показана в ра резе исходная: пластина после выращивания слоев окисла и поликристаллического кремния; на фиг. 2 - пластина после вскрытия окон в слое поликристал.пического кремния; на фиг. 3 то же, вид сверху; на фиг. 4 - пластина после первого легирования; на фиг. 5 - то же вид сверху; на фиг. 6 - пластина после .второго легирования; на. фиг. 7 - то же, вид сверху; на фиг. 8 - пластина с межслойной изоляцией; на фиг. 9 - пластина после металлизации; на фиг. 10 пластина после металлизации, вид сверху. Примером конкретного выполнения изобретения может служить процесс изготовления МДП интегральной схемы с кремниевым затвором и каналом р-типа, содержащей помимо транзисторов, нагрузочные резисторы. При изготовлении такой МДП интегральной схемы на поверхности крем- , ниеврй пластины 1 п-типа с удельным сопротивлением 7,5 ом-см последовательно формируют слой окиси кремния 2 толщиной 1500-2000 А, получаемый термическим окислением в сухом кислороде при Т 1150 С, и слой поликристаллического кремния 3, получаемый разложением моносилана при Т (см. фиг. 1). В процессе выращивания поликристаллический кремний 3 легируется бором. На первой фотолитографической операции (см. фиг. 2) в слое поликрисТаллического кремния 3 вытравливают окна, включающие области истоков А, стоков 5, ре- зисторов 6, контактов к резисторам 7, а также области 8, соединяющие затворы 9 с остальным слоем поликристаллического кремния 3 (см. фиг. 2 и 3). При этом полностью формируется. конфигурация затворов 9. Момент окончания травления фиксируют по исчезновению на пластине пятна, соответствующего невытравленной области. Далее наносят слой позитивного фоторе|3иста толщиной 1 мкм и экспонируют erg через соответствзтощий фотошаблон. После проявления маска фоторезиста 10 остается над областями резисторов 6 и областями 8 отсечения затворов 9 (см. фиг. 4 и 5). Формирование областей истоков 11, стоков 12 и контактов резисторов 13 проводят . :имплантацией ионов В с энергией 100 кэВ и дозой 500 мккул. При эТом области резисторов, 6 и области, отсекающие затворы от остального слоя пЪликристаллического кремния, защищены маской фоторезиста 10 и не легируются.

Фоторезист удаляют в кислородной плазме и снова наносят слой фоторезиста, экспонируя его таким образом, что после проявления маска 10 фоторезиста остается только над областями 8, отсекающими затвор 9 от остального слоя поликристаллического кремния 3. Незащищенными фоторезистивной маской 10 остаются не только области резисторе. 6, но и истоки П и стоки 12 (см. фиг. 6 и 7).

Это становитсй возможным вследствие того, что вторая имплантация ионов В (формирование резистора 13 проводится с той же знергией (100 кэВ), но дозой 3 мккул, т.е. на Два. порядка меньшей, чем в первом случае. Увеличение дозы легиро.вания истоков и стоков на 1% не влияет на характеристики прибора. После снятия фоторезистивной маски 10 наносят межслойную изоляцию 14 (см. фиг. 8), в качестве которой используют окисел кремния толщиной 0,6-0,8 мкм, получаемый вакуумным пиролизом тётроэтоксисилана при Т 7(fc или другим известным способом. В Процессе осаждения слой окисла 14 легируют фосфором с концентрацией 1-2% молярных. Последующая термообработка при Т 1100 С в течение 15-20 мин преследует

цель уплотнения межслойиой изоляции 14 и активацию внедренной примеси. При этом происходит разгонка областей истоков 11 и стоков 12 и резисторов 15. Указанный режим обеспечивает необходимый уровень пробивных напряжений р-п-переходов (40 В) и поверхностных сопротивлений областей истоков - стоков 11-12 и резисч / in О 1 /

торов 14-30 -гг- и 2 KOM/D соответственно.

Далее следуют обычные операции фотолитографического вскрытия контактных окон к истокам 11, стокам 12, резисторам 15 и затворам 9, напыление алюминия, выжигание и фотолитографическое формирование металлической коммутации 16 (см. фиг. 9 и 10).

I . . .

; Как и следовало ожидать, выход

|Годных структур на первой фотолитографической операции (по слою поликристаллического кремния).не отличается от выхода годных на первом травлении по известному способу, на второй и третьей фотолитографической операциях (по фоторезистивной маске) выход существенно выше и достигает 90-95%. Кроме того, по сравнению с известным способом трудоемкость процесса существенно ниже, так как прецизионное травление поликристаллического кремния проводится лишь один раз вместо трех в известном способе.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕН^ МДП ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий последовательное создание на исходной полупроводниковой пластине слоя ди-.электрика и проводящего слоя, преимущественно слоя поликристаллического кремния, вскрытие в последнем окон путем фотолитографического травления и формирование в полупро- ВОДНИКО1ЮЙ пластине разнолегирован- ных областей путем ионного-легирования соответствующих областей, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости процесса и увеличения процента выхода годных интегральных схем, все окна в проводящем слоем.поликристаллического кремния вскрывают одновременно в одной операции фотолитографического травления, а перед каждой опера1шей легирования проводят промежуточное маскирование фоторезистом не подлежащих легированию областей. / '(ЛСОсоCD00