Способ формирования межсоединений в матрице трехмерных полупроводниковых элементов

 

Использование: изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании трехмерных матриц. Сущность: способ включает конформное нанесение на матрицу проводящего слоя такой толщины, что меньшие промежутки между столбами полностью смыкаются. При этом столбы формируют с утолщением у основания таким образом, что промежутки у основания столбов по второму направлению меньше, чем по первому, а нанесение проводящего слоя проводят в два этапа: сначала полностью заполняют меньшие промежутки у основания, а затем - меньшие промежутки у вершин столбов. 4 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано в технологии создания трехмерных СБИС.

Известны способы формирования межсоединений в матрицах полупроводниковых приборов, основанные на использовании методов фотолитографии и двухслойной разводки [1] .

Однако в связи с повышением уровня интеграции, переходом на микронные и субмикронные размеры элементов в микроэлектронике и переходом на разработку трехмерных СБИС применение традиционных методов формирования матричных межсоединений становится практически неприемлемым.

Известен способ формирования межсоединений (шин) в матрице полупроводниковых элементов в виде столбов с промежутками между ними по одному направлению большими, чем по другому, включающий конформное осаждение проводящего слоя такой толщины, что меньшие промежутки полностью смыкаются, формируя тем самым шины вдоль одного из направлений и частичное удаление проводящего слоя со дна больших промежутков [2] .

Недостатком этого способа является сложность, связанная с тем, что формирование шин вдоль другого направления проводится традиционными методами, включающими литографию по сложному рельефу.

С целью упрощения в способе формирования межсоединений к матрице полупроводниковых элементов в виде столбов, промежутки между которыми у вершины столбов по первому направлению больше, чем по второму (перпендикулярному первому), включающем конформное нанесение на матрицу проводящего слоя такой толщины, что меньшие промежутки между столбами полностью смыкаются, и частичное удаление проводящего слоя со дна больших промежутков, указанные столбы формируют с утолщением у основания таким образом, чтобы промежутки у основания столбов по второму направлению были меньше, чем по первому, а нанесение и частичное удаление проводящего слоя проводят в два цикла: в первом цикле полностью заполняют меньшие промежутки у основания, а во втором цикле полностью заполняют меньшие промежутки у вершин столбов.

Для реализации формы столба с утолщением у основания в верхнюю часть столба методом "наклонной" ионной имплантации с использованием эффекта тени проводят легирование примесями, обеспечивающими изменение скорости термического окисления полупроводника.

Для увеличения скорости термического окисления используют имплантацию мышьяка или фосфора. При этом легированные верхние участки столбов окисляются в 5-10 раз более интенсивно, чем нижние, находившиеся в тени ионного пучка. Таким образом, после снятия термического окисла реализуется форма столба с утолщением у основания.

В качестве примеси, уменьшающей скорость термического окисления, используют азот. При этом легированные верхние участки столбов окисляются в 10-20 раз менее интенсивно, чем участки, находившиеся в тени ионного пучка, либо их плоскости, параллельные направлению пучка. После окисления такой структуры и последующего изотропного травления окисла на толщину, сформировавшуюся на легированных участках, возникает ситуация, когда весь столб покрыт окислом за исключением участков, легированных азотом. Последующее травление столба с использованием слоя окисла в качестве маски приводит к ионной конфигурации столба с утолщением у основания.

На фиг. 1 схематически представлен фрагмент матрицы элементов; сечения А-А и В-В показаны на последующих чертежах; на фиг. 2 - 6 показана последовательность формирования межсоединений к матрице элементов в виде столбов с расширением у основания; на фиг. 7 проиллюстрирован способ формирования столба с переменным сечением для случая имплантации фосфора или мышьяка; на фиг. 8 показан аналогичный способ для случая имплантации азота.

П р и м е р 1. Матрица столбов высотой 3-4 мкм имеет следующие характерные размеры, указанные на фиг. 1: a = 1 мкм, b = 1,5 мкм, с = 3 мкм. На матрицу проводят конформное осаждение легированного поликремния толщиной 0,5 мкм. В результате минимальный промежуток а исчезает: поликремний заполняет его полностью (фиг. 2), при этом промежутки b и с сохраняются. После этого проводят изотропное травление поликремния на глубину 0,5 мкм, в результате которого поликремний со всех открытых участков удаляют. Остается неудаленным только поликремний в промежутках а, который и формирует шины 1 вдоль направления промежутков а (фиг. 3). На полученную структуру осаждают слой 2 фосфоросиликатного стекла (ФСС) толщиной 0,2. . . 0,3 мкм и проводят его частичную планаризацию (термообработку) при температуре 1000^оС таким образом, что происходит перераспределение толщины ФСС: на дне канавок она становится 0,3. . . 0,4 мкм, а на вершинах и боковых стенках - 0,1. . . 0,2 мкм.

После изотропного травления ФСС со снятием 0,2 мкм вершины и боковые стенки столбов вскрывают, на дне структуры остается 0,1. . . 0,2 мкм ФСС. Снятие ФСС проводят методом плазменного ионно-лучевого травления (фиг. 4) таким образом, что ФСС удаляется с вершины столбов и с боковых граней вблизи вершины.

На полученную структуру наносят второй слой 3 поликремния толщиной 0,75 мкм. При этом полностью заполняется промежуток b (фиг. 5). После изотропного травления поликремния на глубину 0,75 мкм неудаленным остается только поликремний в промежутках b, который и формирует шины второго уровня вдоль направления промежутков b (фиг. 6).

П р и м е р 2. Формирование матрицы столбов с утолщением у основания с применением наклонной имплантации мышьяка. Матрица столбов высотой 3-4 мкм с расстояниями 1 и 1,5 мкм по двум направлениям формируется методом ПХТ с использованием фоторезистивной маски. Выбор угла для наклонной имплантации проводится с учетом реальной геометрии столбов, чтобы область тени от ионного пучка располагалась на нужной высоте столба. В нашем случае имплантация проводилась под углом 45^оионами мышьяка с энергией 100 кэВ дозой 1600 мкКл/см² (фиг. 7а). Окисление проводили при температуре 800^оС в течение 90 мин во влажном кислороде. Толщина окисла на имплантированных участках получается около 0,4 мкм в то время как на неимплантированных участках - 0,04. . . 0,06 мкм (фиг. 7б). После снятия термического окисла формируется матрица столбов с утолщением у основания (фиг. 7в). Аналогичные результаты получаются при использовании ионов фосфора.

П р и м е р 3. Предварительные операции проводятся так, как описано в примере 2. Имплантация азота проводится под углом 45^о дозой 500 мкКл/см² с энергией 100 кэВ. Окисление проводится при температуре 1000^оС в течение 1 ч в сухом кислороде. Толщина окисла на имплантируемых участках составляет 100 в то время как на неимплантированных участках эта толщина составляет 1000 . После снятия слоя окисла толщиной 100 на столбах образуются участки, не покрытые окислом (фиг. 8а). Далее проводится травление кремния на глубину 0,3. . . 0,5 мкм с использованием оставшегося окисла как маски. После травления у столбов матрицы возникает переменное сечение с утолщением у основания (фиг. 8б).

Предложенный способ упрощает технологию изготовления межсоединений в матрице столбов. Однако, учитывая большую сложность изготовления изделий подобного типа, это упрощение фактически делает возможным практическую реализацию матрицы трехмерных элементов большой степени интеграции.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ В МАТРИЦЕ ТРЕХМЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, промежутки между которыми по первому направлению меньше, чем по второму, перпендикулярному к первому, включающий нанесение на матрицу проводящего слоя такой толщины, что меньшие промежутки между элементами смыкаются, удаление проводящего слоя со дна больших промежутков, формирование тем самым межсоединений вдоль первого направления, отличающийся тем, что трехмерные элементы формируют с утолщением у основания так, что промежутки у основания элементов по второму направлению меньше, чем по первому, а нанесение и удаление проводящего слоя проводят в два этапа: в первом заполняют до смыкания меньшие промежутки у основания элементов, а во втором заполняют до смыкания меньшие промежутки у вершин элементов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации формы элемента с утолщением у основания в верхнюю часть элемента, которую необходимо сделать тоньше по отношению к основанию, проводят имплантацию примеси, обеспечивающей изменение скорости термического окисления.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что имплантацию верхних участков элементов матрицы проводят под таким углом, что нижние участки элементов матрицы защищены от ионного пучка соседним элементом.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве примеси, увеличивающей скорость термического окисления, используют мышьяк или фосфор.

5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве примеси, уменьшающей скорость термического окисления, используют азот.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8