Способ изготовления интегральных схем на кмоп-транзисторах

 

Использование: микроэлектроника, а именно технология изготовления КМОП-интегральных схем. Сущность изобретения: комбинированный процесс формирования разделительного и изолирующего диоксида кремния, включающий термическую очистку поверхности пластин в трихлорэтилене и кислороде и модификацию осажденного диоксида кремния из тетраэтоксисилана (ТЭОС) при пониженном давлении, термическим отжигом в трихлорэтилене и кислороде, улучшает и стабилизирует электрофизические свойства диоксида кремния. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных ИС. 3 ил.

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления ИМС, и может быть использовано при изготовлении БИП, КМОП и БИКМОП ИС.

Одной из особенностей изготовления КМОП ИС является формирование качественных диоксидных слоев, обладающих минимальной плотностью эффективного и подвижного зарядов и стабильностью свойств при физико-термических обработках.

Существует "Способ изготовления полупроводниковых приборов", предложенный в патенте Японии 63-217655 H 01 L 27/08, опубликованный 9.09.88 г. [1]. Согласно данному способу в подложке первого типа проводимости формируют области (карманы) второго типа проводимости, создают противоканальные области и LOCOS-изоляцию, формируют на всей пластине затворный диоксид кремния, осаждают слой поликристаллического кремния, формируют затворные области n- и р-канальных транзисторов, используя затворные области и области фоторезиста в качестве маски, формируют области стоков и истоков первого типа проводимости в областях второго типа проводимости, области стоков и истоков второго типа проводимости в областях первого типа проводимости. На всей поверхности осаждают химическим осаждением диоксид кремния и в заданных местах алюминиевой разводки формируют контактные отверстия. К недостаткам способа относится: отсутствие термической очистки пластин перед химическим осаждением диоксида кремния и последующей модификации пиролизного диоксида кремния с целью улучшения и стабилизации электрофизических свойств. Наиболее близким техническим решением является "Способ изготовления полупроводникового прибора" заявка Японии 60-38482 В 4 H 01 L 27/092 [2], включающий формирование в подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, противоканальных областей первого типа проводимости и диэлектрической изоляции между транзисторными структурами, формирование на всей подложке затворного диоксида кремния, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование затворных областей р- и n-канальных транзисторов, используя затворы и фоторезист в качестве маски, осуществляют формирование областей стоков и истоков второго типа проводимости в подложке первого типа проводимости и области стоков и истоков первого типа проводимости в областях второго типа проводимости (карманах). На всей подложке пиролизом кремнийорганических соединений осуществляют формирование изолирующего слоя, анизотропным травлением которого на боковых стенках затворных областей формируют разделительный диоксид кремния. Всю поверхность покрывают слоем титана и формируют силицид титана на затворных, стоковых и истоковых областях. На подложку пиролизом кремнийорганических соединений формируют изолирующий диоксид кремния. Используя фоторезистивную маску, в областях первого типа проводимости, сформированных в областях второго типа проводимости, формируют слои с высокой концентрацией примеси. Формируют в изолирующем диоксиде кремния контактные окна и осуществляют металлизированную разводку. Недостатком прототипа является отсутствие термической очисти пластин перед формированием разделительного и изолирующего диоксида кремния на вертикальных стенках затворов, модификации пиролизного диоксида кремния с целью улучшения и стабилизации электрофизических свойств диоксида кремния.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в улучшении и стабилизации электрофизических свойств диоксида кремния, приводящее к увеличению процента выхода годных ИС.

Поставленная задача решается в способе изготовления интегральных схем на КМОП-транзисторах, включающем формирование в подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, противоканальных областей, диэлектрической изоляции, формирование затворного диоксида кремния, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование затворных областей р- и n-канальных транзисторов, формирование диоксида кремния на вертикальных стенках затворов, формирование областей стоков и истоков второго типа проводимости в подложке первого типа проводимости и областей стоков и истоков первого типа проводимости в областях второго типа проводимости, перед формированием разделительного диоксида кремния на вертикальных стенках затворов и изолирующего диоксида кремния пиролизом кремнийорганических соединений при пониженном давлении производят термическую очистку поверхности пластин в трихлорэтилене и кислороде (ТХЭ+O₂), его модификацию термическим отжигом в трихлорэтилене и кислороде, формирование в изолирующем диоксиде кремния контактных окон и формирование металлизированной разводки.

Таким образом отличительным признаком предлагаемого изобретения является комбинированный процесс формирования изолирующего диоксида кремния, включающий термическую очистку поверхности пластин в трихлорэтилене и кислороде (ТХЭ+О₂) и после осаждения диоксида кремния его модифицируют термическим отжигом в трихлорэтилене и кислороде (ТХЭ+O₂). Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали отсутствие в литературе данных, показывающих влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа. Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу. Проведенная проба по предложенному техническому решению показала увеличение выхода годных кристаллов с пластины на 12%.

Изобретение поясняется фиг.1 - 3: 1. кремниевая подложка КЭФ-4,5 (100), 2. карман р-типа, 3. диэлектрическая изоляция, 4. противоканальные области р-типа, 5. затворный диоксид кремния, 6. поликремниевый затвор, 7. комбинированный разделительный диоксид кремния, включающий термическую очистку пластин в трихлорэтилене и кислороде, осаждение диоксида кремния из ТЭОСа и его термический отжиг в трихлорэтилене и кислороде, 8. стоки и истоки р-канального транзистора, 9. стоки и истоки n-канального транзистора,
10. комбинированный изолирующий диоксид кремния, включающий термическую очистку пластин в трихлорэтилене и кислороде, осаждение диоксида кремния из ТЭОСа и его термический отжиг в трихлорэтилене и кислороде,
11. алюминиевые контакты к стоковым и истоковым областям n-канального транзистора,
12. алюминиевые контакты к стоковым и истоковым областям р-канального транзистора.

Пример. На монокристаллической подложке КЭФ-4,5 (100) формировали диоксид кремния толщиной 0,165 мкм при 920^oС. С помощью фотомаски в диоксиде кремния вскрывали окна под n-карман и ионным легированием Е=60 кэВ и Д=0,8 мкКл•см^-2 вводили фосфор. После химической обработки формировали диоксид кремния толщиной при 950^oС. С помощью фотомаски вскрывали окна в фотомаске под р-карман и вводили бор ионным легированием с Е=100 кэВ и Д=2,2 мкКл•см^-2. После химической обработки производили разгонку примесей при 1150^oС в течение 17 ч.

Сопротивление n-кармана - (800±50) Ом/кв.,
Сопротивление р-кармана - (2000±150) Ом/кв.,
χ_jp= (5±0,2) мкм, толщина оксида кремния над n-карманами - (0,33±0,015) мкм, р-карманами - (0,27±0,015) мкм.

После химической обработки формировали диоксид кремния в ТХЭ+О₂ и осаждали нитрид кремния из дихлорсилана и аммиака при 785^oС и Р= (15÷20)Па толщиной (0,11÷0,13) мкм. С помощью фоторезиста вскрывали окна в двухслойном диэлектрике Si₃N₄-SiO₂ под локальное окисление и ионным легированием бором с Е=20 кэВ и Д=10мкКл•см^-2 формировали р-охрану. После химической обработки осуществляли локальное окисление под защитой Si₃N₄ при 920^oС, при этом толщина диоксида кремния составляла (0,6÷0,7) мкм, p_sр= (5±1,5) Oм/кв., χ_jp=(1,5±0,3) мкм. Стравливали диэлектрики, SiO₂ в травителе HF: H₂O= 1:10, а Si₃N₄ в ортофосфорной кислоте при (170-180)^oС. Далее формировали предварительный диоксид кремния толщиной в трихлорэтилене и кислороде. В фоторезистивной маске вскрывали окна и с Е=80 кэВ и Д=20 мкКл•см^-2 вводили фосфор, после химической обработки производили термический отжиг при 1000^oС 30 мин. в N₂. С помощью фотолитографии осуществляли подгонку порогов ионным легированием бора Е=30 кэВ, Д=0,25мкКл•см^-2. После стравливания предварительного оксида кремния и химической обработки формировали затворный диоксид кремния в трихлорэтилене с кислородом толщиной Осаждали слой поликристаллического кремния из моносилана при 620^oС и 40 Па толщиной 0,5 мкм, легирование поликремния производили РСl₃ при 920^oС, при этом ρ_s поликремния - (17±3) Oм/кв. Методом фотолитографии формировали маску под затворы n- и р-канальных транзисторов. Плазмохимическим травлением в SF₆+O₂ травили поликремний при P=(2-3) Па мощности ВЧ-разряда 100 Вт. После химической обработки производили термическую обработку пластин при 850^oС в трихлорэтилене и кислороде (20÷30) мин. Осаждали диоксид кремния из ТЭОСа при 715^oС и 80 Па толщиной (0,2±0,02) мкм, производили термический отжиг при 900^oС в ТХЭ+O₂ 30 мин. ПХ травлением в СНF₃+СF₄-Аr при P=(60-70) Па и мощности ВЧ-разряда (350÷380) Вт. Формировали разделительный диэлектрик на боковых стенках затворов. После химической обработки в фоторезистивной маске формировали окна под стоковые и истоковые области n-канального транзистора, ионным легированием последовательно вводили фосфор с E=40 кэВ и Д= 15 мкКл•см^-2 и мышьяк с Е=100 кэВ и Д=800 мкКл•см^-2, после химической обработки производили термический отжиг при 550^oС 60 мин. Далее в фоторезистивной маске формировали окна под стоковые и истоковые области р-канальных транзисторов, ионным легированием вводили бор с Е=25 кэВ и Д=500 мкКл•см^-2. После химической обработки производили термическую очистку при 850^oС в ТХЭ+O₂ 30 мин, осаждали диоксид кремния из ТЭОСа при 715^oС и 80 Па толщиной (0,3÷0,4) мкм и производили модификацию осажденного диоксида кремния термическим отжигом в ТХЭ+O₂ при 900^oС 30 мин.

Получали следующие параметры стоковых и истоковых областей n- и р-канальных транзисторов ρ_sn+=(75±25) Oм/кв., χ_jn+=(1,1±0,1) мкм, ρ_sp+=(115±35) Oм/кв., χ_jp+=(1,1±0,1) мкм.

В фоторезистивной маске формировали контактные окна и ПХ тралением в СНF₃+СF₄-Аr при давлении (60-70) Па и мощности ВЧ-разряда (350÷380) Вт травили диоксид кремния. После химической обработки напыляли Al+Si толщиной 1 мкм и ПХ травлением формировали разводку.

Формула изобретения

Способ изготовления интегральных схем на КМОП-транзисторах, включающий формирование в подложке первого типа проводимости областей второго типа проводимости, противоканальных областей, диэлектрической изоляции, формирование затворного диоксида кремния, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование затворных областей n- и р-канальных транзисторов, разделительного диоксида кремния на вертикальных стенках затворов, областей стоков и истоков второго типа проводимости в подложке первого типа проводимости, областей стоков, истоков первого типа проводимости в областях второго типа проводимости, изолирующего диоксида кремния осаждением при пониженном давлении из кремнийорганических соединений, вскрытие контактных окон и металлизацию, отличающийся тем, что перед формированием разделительного диоксида кремния на вертикальных стенках затворов и изолирующего диоксида кремния пиролизом кремнийорганических соединений при пониженном давлении производят термическую очистку поверхности пластин в трихлорэтилене и кислороде, а после осаждения диоксида кремния его модифицируют термическим отжигом в трихлорэтилене и кислороде, формируют в изолирующем диоксиде кремния контактные окна и формируют металлизированную разводку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.09.2005        БИ: 25/2005