Способ создания интегральных микросхем с диодами шоттки, имеющими различную высоту потенциального барьера

 

Изобретение относится к полупроводниковому производству. Цель изобретения повышение качества и выхода годных структур за счет повышения воспроизводимости параметров диодов Шоттки. Способ создания интегральных микросхем с разнопороговыми диодами Шоттки включает формирование пассивных элементов и активных структур в монокремниевой подложке n типа, поочередное вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии к омическим контактам и диодам Шоттки с высокой и низкой высотой потенциального барьера, последующее нанесение металлических слоев, в том числе из благородных и барьерных металлов, и формирование контактных электродов и межсоединений. После формирования пассивных элементов и активных структур осуществляют одновременное вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии к областям омических контактов n⁺ и p⁺ типа и областям формирования высокобарьерных диодов Шоттки методом ионно-плазменного травления. Затем перед нанесением барьерного слоя проводят направленную плазмохимическую или реактивную очистку с последовательным полным удалением из области контактных окон оксида 20-40 нм кремния с энергией ионов < 100 эВ. Способ позволяет в 2-3 раза увеличить быстродействие интегральных схем. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к полупроводниковому производству. Цель изобретения повышение качества и надежности микросхем за счет повышения воспроизводимости параметров диодов Шоттки. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Ионно-плазменный метод вскрытия областей формирования высокобарьерных диодов Шоттки обеспечивает получение близких к вертикальному профилю стенок контактных окон, что исключает деградацию параметров высокобарьерных диодов Шоттки из-за вскрытия кремниевых областей по периметру контактных окон во время очистки поверхности пластин перед нанесением барьерного слоя. В этом случае образуется барьер Шоттки между кремнием и барьерным слоем по периметру контактных окон, что приводит к снижению высоты потенциального барьера и увеличению токов утечки обратной ветви высокобарьерных диодов Шоттки. Наилучшие результаты по получению требуемых параметров и воспроизводимости высокобарьерных диодов Шоттки имеют место, когда боковые стенки контактных окон образовывают с горизонталью углы в 70-90^о. В этом случае удается получать логический перепад между прямым падением напряжения высоко- и низкобарьерных диодов Шоттки в рабочем диапазоне токов не менее 30 МВ, тогда как в известном способе величина логического перепада не превышает 200 мВ, что снижает надежность интегральных микросхем. Одновременное вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии к эмиттерным и базовым областям и областям формирования высокобарьерных диодов Шоттки позволяет исключить образование диэлектрического слоя на поверхности контактных окон, что может иметь место в известном способе во время разгонки эмиттера. В последнем случае требуется дополнительная очистка перед нанесением пленки платины, что может привести к снижению надежности интегральных микросхем из-за подтравливания верхнего слоя диэлектрического покрытия, обогащенного фосфором и выполняющего роль геттера, к увеличению вероятности закорачивания эмиттерного перехода из-за растравливания контактных окон. Кроме того, возможно ухудшение воспроизводимости параметров диодов Шоттки из-за искажения профиля стенок контактных окон. При использовании направленной плазмохимической или реактивно-ионной очистки перед нанесением барьерного слоя с энергией ионов более 100 эВ происходит аморфизация поверхности кремния в областях формирования низкобарьерных диодов Шоттки, что приводит к деградации их параметров (увеличение токов утечки обратной ветви, увеличение прямого падения напряжения, увеличение коэффициента неидеальности). Применение химической очистки перед нанесением барьерного слоя, например, в разбавленной плавиковой кислоте, приводит к растравливанию контактных окон в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки и образованию барьера Шоттки между кремнием и барьерным слоем по периметру высокобарьерных диодов Шоттки. Проведение направленной плазмохимической или реактивно-ионной очистки с последовательным удалением с поверхности 10-30 нм оксида кремния и 20-40 нм кремния позволяет получать воспроизводимые параметры диодов Шоттки обоих типов (высота потенциального барьера токи утечки обратной ветви, коэффициент неидеальности) за счет удаления остаточного слоя оксида кремния с поверхности силицида и кремния, исключения растравливания высокобарьерных диодов Шоттки по периметру, полирующего травления кремния с удалением полимерных углерородсодержащих продуктов реакции из контактных окон низкопороговых диодов. Диапазон толщин удаляемых слоев оксида кремния и кремния обусловлен следующим. При удалении менее 10 нм оксида кремния наблюдается невоспроизводимость параметров обоих типов диодов (увеличение прямого падения напряжения) из-за наличия остаточного слоя оксида кремния в контактных окнах. Оксид на силициде формируется во время проведения термообработки для образования силицида платины и служит для предотвращения затравливания силицида при удалении платины в "царской водке". Толщина этого слоя оксида кремния зависит от режимов термообработки (вжигание в водороде, азоте, импульсный отжиг на воздухе). В областях формирования низкобарьерных диодов оксид кремния образуется во время плазменного удаления фоторезистивной маски в среде кислорода, а также в ходе химических обработок структур из-за наличия гальванической пары силицид платина-кремний. При удалении более 30 нм оксида кремния возникает опасность растравливания контактных окон высокобарьерных диодов по периметру, учитывая, кроме того, возможный анизотропный характер процесса травления. Кроме того, с поверхности структур удаляется слой фосфоросиликатного стекла, оказывающий геттерирующий эффект. Удаление менее 20 нм кремния приводит к проблемам, связанным с возникновением увеличенных токов утечки обратной ветви низкобарьерных диодов Шоттки и отсутствием температурной стабильности параметров этих диодов. Аналогичный эффект наблюдается при удалении более 40 нм кремния вследствие шероховатой поверхности кремния в контактных окнах. Кроме того, происходит затравливание слоя силицида платины вдоль рельефа, также увеличивается суммарная глубина рельефа в контактных окнах, что ухудшает степень запыления металлом и барьерные свойства пленки. Если при нанесении барьерного слоя прикладывать к мишени более 60% номинальной мощности, наблюдается увеличение прямого падения напряжения низкобарьерных диодов Шоттки, вследствие аморфизации поверхности кремния атомами материала мишени. При использовании менее 40% номинальной мощности резко снижается скорость напыления и ухудшаются барьерные свойства пленки титана-вольфрама. Не удовлетворительные барьерные свойства имеют место и при нанесении более 1/3 толщины пленки при 40-60% от номинальной мощности. Если наносят менее 1/3 толщины в этих режимах, пленка имеет островковую структуру и последующее увеличение мощности к аморфизации незапыленных участков кремния. Таким образом, данный способ формирования интегральных микросхем с разнобарьерными диодами Шоттки обладает существенными отличиями и новизной. В исходной кремниевой подложке КДБ-10 (111) создают низкоомные области n⁺-скрытого слоя, наращивают эпитаксиальный слой n-типа толщиной 3-5 мкм и удельным сопротивлением 0,3 Ом˙см. Методом фотолитографических обработок, окисления, диффузии и ионной имплантации формируют активные элементы интегральных микросхем. В диэлектрическом покрытии через маску фоторезистивного слоя, задубленного при 160^оС, вскрывают контактные окна к областям формирования высокобарьерных диодов Шоттки методом плазмохимического травления в смеси газов СF₄, C₃F₈ и N₂ в установке "Плазма-125И4" с диодным реактором при суммарном давлении 450 Па (РСF₄ 30 Па, РС₃F₈ 80 Па). После удаления фоторезиста и химической обработки наносят слой платины методом ионно-плазменного распыления на установке УРМЗ.279.040. Толщина пленки 300 . После образования силицида платины отжигом при 510^оС в атмосфере водорода в течение 30 мин удаляют участки непрореагировавшей платины с диэлектрического покрытия в растворе "царской водки" при 65^оС в течение 6 мин. Затем проводят фотолитографическую обработку и через фоторезистивную маску вскрывают области формирования низкобарьерных диодов Шоттки с помощью ионно-химического травления с последующим химическим дотравливанием диэлектрического слоя, удаляют фоторезист и производят химическую обработку. Перед нанесением псевдосплава титан-вольфрам осуществляют плазмохимическую обработку на установке УВП-2 в режиме: 1) рабочий газ фреон-14, ток анода 0,4 А, время 30 с, 2) рабочий газ элегаз, ток анода 0,3 А, время 60 с. Нанесение пленки титан-вольфрам производят ионно-плазменным методом в установке УРМЗ. 379.040 в течение 30 мин, причем первые 10 мин напыление ведут в более "мягком" режиме ток мишени 300 мА, напряжение на мишень 1,2 кВ. Когда очистку поверхности кремния и нанесение барьерного и проводящего слоев проводят в едином вакуумном цикле на установке "Оратория-5", то обработку осуществляют в газовой смеси аргона с фреоном в режиме: давление фреона 5 Па, давление аргона 40 Па, суммарное давление 45 Па, время травления 180 с, в аргоне и фреоне и 60 с в аргоне, падающая мощность 120 ед. отраженная мощность 20 ед. а нанесение пленки титан-вольфрам в режиме: время нанесения 180 с, ток мишени 6А, напряжение на мишень 380 В. Нанесение пленок титан-вольфрам ионно-плазменным и магнетронным методами осуществляют из мозаичных мишеней, у которых 25-30% площади занимает титан. После нанесения пленки титан-вольфрам осуществляют нанесение алюминия и проводят фотолитографическую обработку по обоим слоям для формирования контактных электродов и межсоединений. Данный способ позволяет получить качественные и стабильные параметры диодов Шоттки обоих типов с требуемым перепадом прямого падения напряжения в 300 мВ в диапазоне токов 10 нА 1 мА, что дает возможность получать интегральные микросхемы с Шоттки транзисторной логикой, которые имеют увеличенное быстродействие 1,5 н/вент, в 2-3 раза превышающее быстродействие интегральных микросхем с транзисторно-транзисторной логикой с диодами Шоттки и интегральной Шоттки логикой.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ С ДИОДАМИ ШОТТКИ, ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА, включающий формирование пассивных элементов и активных структур в монокремниевый подложке n-типа, нанесение диэлектрического покрытия, вскрытие в диэлектрическом покрытии контактных окон к эмиттерным областям и формирование эмиттерных структур, вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии к базовым областям и областям формирования высокобарьерных диодов Шоттки, нанесения слоя платины и формирование силицида в открытых контактных областях, вскрытие контактных окон к областям формирования незкобарьерных диодов Шоттки, последовательное нанесение барьерного и токопроводящего слоев и формирование контактных электродов и межсоединений, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и надежности микросхем за счет повышения воспроизводимости параметров диодов Шоттки, после нанесения диэлектрического покрытия осуществляют одновременное вскрытие контактных окон в диэлектрическом покрытии к эмиттерным, базовым областям и областям формирования высокобарьерных диодов Шоттки ионно-плазменным травлением, а перед нанесением барьерного слоя проводят плазмохимическую или реактивно-ионную очистку с последовательным полным удалением из области контактных окон оксида кремния в атмосфере углеродфторсодержащего газа и 20 40 нм кремния в атмосфере гексафторида серы с энергией ионов< 100эВ. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барьерный слой наносят ионно-плазменным методом, причем первую треть толщины барьерного слоя наносят при мощности, подводимой в разряд и составляющей 40 60% от номинальной.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---