Способ создания к-моп интегральных схем с самосовмещенным поликремниевым затвором

 

СОЮЗ COBE ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sils Н 01 21/265

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ „) о ,(,Д (Л

С)

> (21) 3448843/25 (22) 22.03.82 (46) 07.03.93. Бюл. ГФ 9 (72) Ю.В,Агрич, А.А.Мухин и М,M.ÈBàíêîâский (56) Патент Великобритании N. 1233545, кл, Н 1 К, опублик, 1971.

Патент США М 4045259. кл. 148 — 188, опублик. 1977, (54)(57) l. СПОСОБ СОЗДАНИЯ К-МОП ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С САМОСОВМЕЩЕННЫМ ПОЛИКРЕМНИЕВЫМ ЗАТВОРОМ, включающий создание в подложке и-типа кармана р-типа проводимости, создание полевого и затворного диэлектриков, электродов затворов и легирование областей

+ + истоков, стоков и - и р -типов проводимости, отл ича ющи йся тем, что,с целью

Изобретение относится к электронной технике ичиожет быть использовано при изготовлении, в частности, ИС цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей.

Цель изобретения — повышение надежности, упрощение технологии изготовления и повышение быстродействия интегральных схем.

На фиг.1 показано поперечное сечение полупроводниковой подложки с К-M0ll структурой после формирования высоколегированных областей истоков, стоков, каналоограничения р -типа и полевого диэлектрика; на фиг.2 — поперечное сечение полупроводниковой подложки после формирования поликремниевых затворов и имплантированных областей постройки р-канала; на фиг,3 — поперечное сечение полупроводниковой подложки после легирования истоков и стоков и-канальных транзисторов; на фиг,4 — поперечное сечение

„„Ы3„,, i106350 Al повышения надежности, упрощения технологии изготовления и повышения быстродействия ИС, перед формированием полевого диэлектрика создают р -области

4 охраны и части областей р -истоков, стоков, не прилегающие к области канала, а после формирования электродов затворов проводят по всей поверхности подложки ионную имплантацию бора для достройки областей р -истоков, стоков до области канала и за+ тем проводят фотогравировку областей и— истоков, стоков и их легирование на глубину, превышающую глубину областей достройки истоков стоков р-тига.

2 Способпоп1,отличаю.ций я тем, что ионную имплан гацие бора для достройки канала до областей истоков, стоков р -типа проводят с энергией 20- 50 кэВ, готовой К-МОГ! структуры, изготовленной согласно предлагаемому способу, В соответствии с предлагаемым спасобом в полупроводниковой подложке, имеющей низколегированные участки и-тига 1 и р-типа 2 проводимости формирует высоколегированные р -области 3 истоков и стоков р-канальных транзисторов и области 4 кана+ лоограничения р -типа проводимости, после чего на подложке выращивают слой толстого полевого диэлектрика 5 (см,фиг,1).

Далее известными методами фотогравировки в толстом полевом диэлектрике 5 вскрывают окна 6 к поверхности полупроводниковой подложки, в которых формируют слой затворного диэлектрика 7.

Далее на подложке формируют слой легированного фосфором поликристаллического кремния, в котором методом фото;р;.-вировки выполняют =-.àòãîðû р-канального и 8 и и-канального 9 транзисторов. () !(:!, . !) -!ВИ)!< 8! : З . -; :::- ) I i»OBi)ляj 0:, ., имп),<-знтзци(0 "!ijf ".,ля достройки

)» !. ((; )., «!)» -)- 3. 8)(1 (!, !).1, Г» ОИ .! Гом —.. (. 1:(.:10) (- ; :- : ) "!а :ЗХ ООЛЗСТИ Р-ТИГIЗ .ЛС) . ИЕХ<)((ьi«i-(, ()ГО Г(!1ЗЛЕКТО)l(<8«, ЛЕГ)l сокой концентрацией малые дозы и „-ной имO!iЛЗ ; >ЗЦИИ ДЛЯ ДОСTPОЙ КИ ИСТОKОВ, С ОКОВ

-ИГ)З Пг(-380)1 Ют Пг)Л) Ч, тв 8!ЧСОКУЮ 1- -РМОг л е г ." .: -." б " . 4) г);" ) ь — n . " г", B f Y 8 p n I-,

;i0р -1:l .3< 3 .- z.".". l место в извеcTBoì спо(.об)е -). 3, »j «л) (!О л;(;! е )! )Ех! ОлогичеСКЗЯ BGCPPÎI!3)ВОД(1М!ОСТЬ ПОРОГОВЫХ Нс(ПРЯ

Х<ЕН и й; .. - З На ЬН Ы Х ТРЗНЗИСТОРОВ ВВИДУ

:,:ОЗКТ И" Ег Х:. О: (- f (С-: ВИЯ Г!ЗРЗЗИТНОГО П()ДЛЕ

Гиоовз и.» Г-п.) длох<ки ионами борз, .

-т w поликремния 3878008 пои ионной имплан) () )иР )(((lа>кива()ие! с )ï=. к ОРлье

Од 0 ->eìe:- -; <;.,03;МирОВЗН! e

- »)с()ф. ",;e;- !()(Осфооз из слоя ",,) (p(,() leoeз

-lK0 «)7 e Р затворном дизлектрике Окна 12

:)благ .Ей .(4 и -истоков, стоков и-канальных

«Па)!",»)r OÐOB г)P_#_ 3-,0)(I фог фОР ПЕОРКОМle - сиоуе) бор B подлегированной области и диффу(-дирует;-3 глубину. большую ггу-!

) и )3 ь! 3 т и х 0 б л! а с те и ) .« м .

):)ле - Р );:; !»,8))<»,; )Рр.-)ево(р дизлe!< ,(((я!!! (!

)! ! I. »)! (; -Г!1; !! !)!

<З,ЗЛООГОЗНИ-):. ЕЛЬНЬ Х Р -=;::,:BC(e(i, СФОО-!

)1И;)OВЗНН ЫX,ОЗДЗ НИЕМ» ЗЗТВО .)В И УС;.,ЗНЯю)ц! х во.-мохкнсcть сбразовз -.,:. г хьозн(-.:.

)И Н ВЕ(!С)10Н НЫ Х КЗНЗЛОВ B» <()<«3-;.";-»л >кк)! г;од !!Оликремниевой ж! Ной зт и -ис

ТИК!>В < TÎКОB К (. -I(-ji ТГЗМ,; ПQ -)ЛО К) ЧТО

ЦИ)0»О НИЗ-:(!ОУ!0)ГЦИ,< I ÇË!(()<ЕI )i(»й ГIОИ,«)ТО

lГ)Л ) (Г) (= /1 » Е) Ь(!!i За)о яд (1р) f! 10 1!()ОНЗ

Е!., !ОЛ!Ц!1НЕ (. BЬ!ЗЫВЗ Q!l(È(() СДВИ О С 3

)ЗРЗ!!(. ! 0 О 1(ЗН = И" То ;З 1PОf10РЦ)" . *НЗЛЬ1!О ...- (nB- „Г()!!(1)81() Ь! 8))3(i. K- fj KВ

К (001);e) )) 0; » .), !»1 -»,н :" .)а :,=0 ; -3 !! f; И.. :;.:-в; .1) е,:",ppcTè ь технологи о::з)-0

° ° -« ., „ : i)(1()! ! " -.","«ei ЗВТОМЗТИ)! СКО(3»(;," ":1!(II)083)1 ив оба зг тей истОкОВ. с ОКО —;, -.—., — роцессе формирования слоя мехкуровневого дизлектрика (фосфорно-((илик-!Тного стекла;., так кзк для формирования областей истоков, стоков r — - и р"-типов требуе(ся ТОУ!ько .;Дна ОперзциЯ фотОГОзвирО (г< .)

- -.) вания (окна год и -истоки, стоки), как и в известном способе, но I e требуется раздельного формирования слоев легирован8 0 f O Д И 3 (.1 Е !< т Р !и К 3 Д Л Я Д И ф У 3 !(1 И !

) -0; ЛЗ() !) М;- )КУ )OBIIBBOf O ДИЗЛЕ -, )ИКЗ-, !

Я.:СЗ l = М:))Х -jОГT) .I(ЕГИРÎЗЗTЬ ИCТОК" СТР" .:.и::, - .:.Ла (оннэ 1 импла: )з...ией, .Bi;ii«=..3е; ), )Оc(yope. бе убрели=cf-:ия "ислз

))Отс)!часок, ) 0-да .зк:-.:f38ecT-.IOK спг сабе !

)И . ; 5))(; ()ЕГ!)(,)ТСЯ.;1: )РЛН ) ..--..ii =НЫ!! 3TB ° .

:. „, г. : : " )) i (i !) i !<ÔI!)Л«)»!; ЗЦИЕЙ . IЕО(—

B )1 г ) ) -- (- *, » Р -(I(l ((r! (-, П » ) ) :.380(IliI)<0CT Л „ )Н (, - а)-,- 3 Г )»)-T!4!)B (1(1) П"):,(-.С-г!ОЛЬЗОВЗ!1ИИ .- ..;-1-)Е. (ВЕ 3/Ежуцо..;н !(Вог ) .: (;3,j .:., j ((!) Л °, « . ) (.. . ИPOIIЗН!со(й ДВ) (КИС p е (",;-!! я . . ! )!1,,-, Н,;;, н «! (1- н)) О!)(!" 00(;)!j=; ã 0 ". ":.. (", )!); :ОКОВ, С OKOB Г! И

0 v .i i, - .-; ": ОЛ(ЦИНЗ ДИЗЛЕКТРИКО(3 НЗД

3 и ми,К л а!) я к: и. В отличие 0Т и р стати па) ,8;,!;1» е ся -!(=:.:.Вчительно (на тол!цину затвор;;:,)i» (,i!3():!< i оикз, ч То составляет

- О%

I".0380.IiB-:-: -: Овь с))гь I)blcTPOÄBÉI.TBÈ8 »- !) eÃpýë ьных с;<Рм зз с "ет сни)кения СопротиB. =;-1(;;. ОГ ликремниевых затворов. легиоуе - -.х дифф 3! Рй фосфора до уровня Яз

;. 0- )Г! Ом/г, I-; известном способе происходит ..::" Г)ен ация фосфооа В г!Оликремни"

Рвы;< .. .=.TROoex р-!<анель ;- ых р)анЗис" Opo8

00(!0 4:"РИ :Е:11РОВЗ ".И P(ИСТОКОВ, С! OKOB и01- .1 -,- имГ!"!3 - тз(! -. 3":.ра с 00 Iь лими 1,00

1106350 нарастает термическая двуокись кремния (толстый диэлектрик) толщиной 0,7 мкм.

Далее формируют высоколегированные об+ ласти р -истоков, стоков и каналоограниче- 55 н; я ионной имплантацией бора с энергией

75 кэВ и дозой 300-600 мкКл/Ом с после4 дующим окислением поверхности р -областей в среде су:Ofo и влажного кислорода при температуре 1050OÑ В -e÷oние -80 мин лее 400 мкКл/см ) дозами, что снижает бы2 стродействие ИС.

Поскольку ионная имплантация бора

+ для достройки р -истоков, стоков до области канала осуществляется через затворный диэлектрик, это ограничивает минимальную энергию имfl/làíòèðóåмых ионов бора величиной 20 кэВ, при которой средняя длина свободного пробега ионов в окисле и в кремнии 710 Д, Сверху величину энергии ионов бора ограничивает, с одной стороны, суммарная толщина поликремниевого затвора и затворного диэлектрика, которая должна быть не менее суммы средней длины пробега и четырех дисперсий средней длины пробега ионов, а с другой стороны, глубина имплантированного в истоки, стоки бора должна быть как можно меньшей, чтобы

+ фосфор в и -истоках, стоках мог при последующих термообработках продиффундировать на большую глубину, Как показывают приближенные оценки, в обоих случаях максимальная энергия имплантируемых ионов бора равна примерно 50 кэВ, при этом средняя длина пробега ионов в кремнии (и окисле)

1740 A и четыре дисперсии пробега равны

2000 А. Таким образом, при энергии ионов бора 50 кэВ толщина поликремниевого затвора не должна быть меньше 0,3 мкм, а глубина залегания имплантированного бора и р — n-перехода в областях истоков, стоков - 0,37 мкм, Оптимальной энергией имплантации бора является 40 кэВ, для которой после термообработки при 1000 С в течение 30 — 40 мин глубина областей до+ стройки истоков, стоков р -типа равна 0,5—

0,6 мкм.

Согласно предлагаемому способу, была изготовлена тестовая ИС, включающая и- и р-канальные транзисторы и кольцевой генеоатор, следующим образом, В монокремниевой подложке п — типа с удельным сопротивлением 7,5 Ом.см и ориентацией поверхности по плоcKOсти (100) формируют низколегированную р — облас1ь ионной имплантацией бора с энергией 40 кэВ и дозой 4 мкКлlсм2 с последующей разгонкой в атмосфере сухого кислорода В течение 16 ч при температуре 1150 С до глубины - 7,0 мкм. При этом на поверхности подложки

+ до тОлщины: .;". 1 над р -Облс стями - 0,5 мкм.

После Tofo фотогравировкой вскрывают окна в толстом диэлектрике и B этих окнах выращивают затворный диэлектрик толщиной 0,08 мкм в среде сухого кислорода при температуре 1000"С. при этом окончательно формируются (разгоняются)

+ р -области истоков, стоков и каналоограничения до конечной глубины 1,8 — 2,2 мкм и поверхностного сопротивления 40 — 120 Ом/г;, Далее на подложку осаждают слой поликристаллического кремния пиролизом моносилана при температуре 680 С толщиной 0,4 — 0,6 мкм и легируют фосфором методом диффузии в потоке газа-носителя из

РОС!з при температуре 900"С в течение 20-30 мин.

Методом фотогравировки в слое поликристаллического кремния формируют затворы и проводящие шины и проводят ионную имплантацию бора для достройки р-канала с энергией 40 кэВ и дозой 2-4 мкКлlсм через слой затворного диэлектри2 ка во все участки подложки, не защищенные затворами или толстым 8102. Поверхностное сопротивление участков достроенного канала 1,.0-2,0 кОм/1ч

Далее проВодят фоiOfрэВиро ку для вскрытия окон в затвором диэлектрике пад

- области и -истока . 010f of.; Осаж,чают слой фосфоо Iio силикатного ;. е:<ла О,;щиной

1,5 мкм;. етодом пиролиза монссилана добавке -", феофана. «.г держ ние фс ф,1ра

ФС 8 .., . после ".TOÃО пj. 50pl Оп,чавле ние фосфорно-силикатно10 01;:;.: —,:. в стандартном режиме, необходимо.1 для сглажива.1ия рельефа межуров",esof о диэлектрика. при температуре :000" С в течение

20 — 40 ми в а- мосфере азота, ;-;ли;.pl; температуре 950" С в течение ЗО 60 мин,, при этом через окна в -а — âîðíîì диэлектрике происходит диффузия фосфора в Об,части и -истоков, стоков на лубину 0.8- 1 1 мкм.

Поверхностное сопротивлен е "ic;,ученного п -слоя 10-30 О1/l:. При этом глубина области достройки р-канал увеличивается до

0,5-0,6 мкм, оставаясь меньше глубины иСЛОЯ, На следующем этапе f;pOsOдят известНЫМИ f 1ЕТОДа М I i ФОТО ГPiсз1 "1,0 В К у " О i Tа fi, T Н Ы Х окон в с-.ое мe ypoвневогс 11СС, напылен и е с л 0 я а л 10 м и и и я т О л щ и н:1. 1 -,, 2 м к м и

er0 фотогравировку, осаждение за Ситного слоя ФСС To÷ùf1íOé -, «"км и1 егс;, ОтограВИРОВКУ И Н.13КОТСМГ:ЕРВ;-УРНУКс 0 ."0::,.ОТКУ В среде сухого ; Влажно с O.В гi - -пера, —;-O c с туре 475 д; я сч а0,;;,;;, - - - .рх 10стНЫХ CGCТСЯ НИ" И С;;, i."::i:;:; 1.1i-,1ß С

К Р Е М Н И С М В Т Е Ч Е И Е . „ 1 . и ! ), ) — ейтз:.—: сэва . q с; д ..; ф Г " Р Г),*l a I4 !/, О Г : !, О (-4()

l,

s!: pgj(l Mp:,,:,(1Г ....;) u л r с-. О . -.

Г

::с.-ык 60 .-:: -4:,;:;-:, j ь; i= ас.с и.=, е:"-:::- 1C по( 1; 1Р .,1К 1 (1; й;», Ь лс г a -,Зт„. y ИЗ Э .*. (0M

". = ., .: t г J . i! З (. =- i

7 9

7 10 8 10

Фиг.2

12 9 1

10 8

8 15 13

Составитель В.Долгополов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О.Густи

Редактор О.Кузнецова

Заказ 1955 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар«нэ, 101