способ изготовления моп-транзистора
Классы МПК: | H01L21/335 полевых транзисторов |
Автор(ы): | Белоусов И.В., Деркач В.П., Медведев И.В., Швец И.В. |
Патентообладатель(и): | Институт кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-10-08 публикация патента:
30.11.1994 |
Использование: в микроэлектронике, технологии изготовления полевых транзисторов с высокой степенью интеграции. Сущность изобретения: при изготовлении МОП-транзистора после формирования полевого окисла формируют поликремниевый электрод затвора. Для этого на поверхность кремниевой подложки со сформированной стуктурой двуокись кремния - нитрид кремния последовательно наносят первый слой двуокиси кремния, поликристаллического кремния, нитрида кремния, второй слой двуокиси кремния, в которых формируют канавку, соответствующую по форме электроду затвора, а по глубине равную его толщине, поликремниевые стенки канавки термически окисляют, затем со дна канавки удаляют слои нитрида кремния и двуокиси кремния и на их месте формируют подзатворный окисел, после чего наносят слой поликристаллического кремния, равный по толщине электроду затвора, слой поликристаллического кремния планаризуют по уровню верхнего края канавки, поверхность слоя поликристаллического кремния в канавке термически окисляют, затем последовательно удаляют второй слой двуокиси кремния, слой нитрида кремния, слой поликристаллического кремния, первый слой двуокиси кремния, слои нитрида кремния и двуокиси кремния вне электрода затвора, затем формируют области стока и истока методом ионного легирования, удаляют двуокись кремния с поверхности электрода затвора, напыляют слой титана, проводят силицирующий отжиг и химически удаляют непрореагировавший титан. 13 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13
Формула изобретения
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРА, включающий термическое окисление кремниевой подложки, нанесение слоя нитрида кремния, формирование локального защитного окисла, формирование поликремниевого электрода затвора, формирование областей стока и истока методом ионного легирования, напыление слоя титана, силицирующий отжиг и химическое удаление непрореагировавшего титана, отличающийся тем, что для формирования поликремниевого электрода затвора на поверхность кремниевой подложки со сформированной структурой двуокись кремния - нитрид кремния последовательно наносят слои двуокиси кремния, поликристаллического кремния, нитрида кремния и второй слой двуокиси кремния, в которых формируют канавку, соответствующую по форме электроду затвора, а по глубине равную его толщине, поликремниевые стенки канавки термически окисляют, затем со дна канавки удаляют слои нитрида кремния и двуокиси кремния и на их месте формируют подзатворный окисел, после чего наносят слой поликристаллического кремния, равный по толщине электроду затвора, слой поликристаллического кремния планаризуют по уровню верхнего края канавки, поверхность слоя поликристаллического кремния в канавке термически окисляют, затем последовательно удаляют второй слой двуокиси кремния, слой нитрида кремния, слой поликристаллического кремния, первый слой двуокиси кремния, слой нитрида кремния и двуокиси кремния вне электрода затвора, а после формирования областей истока и стока удаляют двуокись кремния с поверхности электрода затвора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в различных типах интегральных схем с высокой степенью интеграции. Основным элементом большинства БИС с высоким быстродействием являются МОП-транзисторы с мелкозалегающими областями стока и истока. Применение электродов затвора со структурой силицид тугоплавкого металла - поликремний (полицид) и шунтирование областей стока и истока транзистора пленкой силицида тугоплавкого металла с низким удельным сопротивлением позволяют повысить частоту работы транзистора и уменьшить потребляемую им мощность. Известен способ формирования МОП-транзистора с силицированными областями стока, истока и электродом затвора [1], предусматривающий сораспыление сплава Тi и Si в соотношении 1:1 на поверхность структуры со сформированным по стандартной поликремниевой технологии затвором. Далее структура подвергается силицирующему отжигу. Дисилицид титана при этом формируется на поверхностях областей стока, истока, поликремниевого электрода затвора, на поверхности двуокиси кремния формируются силициды титана, обогащенные металлом. Далее структура окисляется, при этом на поверхности дисилицида титана растет пленка двуокиси кремния, над остальными областями формируются пленки окислов металлов сложного состава. Во время окисления поликремниевые электроды затворов уменьшаются в размерах (из-за расхода кремния при окислении), а пленка дисилицида титана погружается в глубину областей стока и истока, в результате чего электрод затвора оказывается электрически изолированным от стока и истока областью двуокиси кремния. Недостатками данного способа являются необходимость строгого контроля операции окисления, а кроме того, трудность определения окончания процесса формирования структуры и, как следствие этого, плохая восприимчивость процесса, а также возможность нежелательного перераспределения примеси в областях стока и истока. Эти недостатки устраняемы при разделении электрода затвора и областей стока и истока пленкой двуокиси кремния, сформированной до операции их силицирования. Известен способ изготовления МОП-транзистора с силицированными областями стока, истока и электрода затвора [2], предусматривающий формирование областей двуокиси кремния, предотвращающих закорачивание областей стока и истока с электродом затвора в процессе силицидообразования путем окисления боковых стенок поликремниевого электрода затвора. Такой способ требует применения подзатворного диэлектрика со сложной структурой двуокись кремния - нитрид кремния. Недостатком этого метода является наличие дополнительной границы раздела в структуре, что приводит к изменению величины встроенного заряда в подзатворном диэлектрике, ухудшающему воспроизводимость значения порогового напряжения транзистора. Такой способ формирования МОП-транзистора очень критичен к чистоте процесса нанесения пленки нитрида кремния. В качестве прототипа выбран способ изготовления МОП-транзистора с силицированными областями стока, истока и электродом затвора [3], предусматривающий формирование поликремниевого затвора, последующее нанесение слоя двуокиси кремния и его удаление методом реактивного ионного травления (РИТ). При этом поликремниевый электрод затвора отдаляется от стока и истока областью из двуокиси кремния, предотвращающим закорачивание электрода затвором и областей стока и истока в процессе их силицирования. Далее на поверхность структуры наносят слой титана, производят силицирующий отжиг и удаляют непрореагировавший титан в жидкостном травителе. Затем следуют стандартные операции формирования межслойной изоляции, коммутационной разводки и пассивации. Ключевой операцией при изготовлении МОП-транзистора по способу-прототипу является РИТ системы двуокись кремния - поликристаллический кремний, недостатками которой являются многообразие образующихся в плазме химически активных частиц, что затрудняет управление их концентрацией и приводит к низкой скорости и малому значению селективности травления структуры двуокись кремния - кремний (повышение значения селективности травления за счет добавления в плазму водорода к образованию в камере паров НF, вызывающих коррозию и сокращение срока службы оборудования) (Ивановский Г.Ф. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио, 1986); формирование радиационных дефектов в МОП-структуре (при облучении ее частицами с энергиями 1-1,5 кэВ, глубина нарушенного слоя составляет до 30 нм), что приводит к возникновению на поверхности заряда, ухудшающего электрические параметры МОП-структуры (Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы. Энергоатомиздат, 1987); высокая стоимость технологического оборудования. Применение РИТ усложняет технологической процесс изготовления МОП-транзистора, понижает процент выхода годных, снижает надежность работы МОП-транзистора, повышает его стоимость. Целью изобретения является упрощение технологического процесса изготовления МОП-транзистора, повышение процента выхода годных при его производстве, повышение надежности работы МОП-транзистора, снижение его стоимости. Цель достигается тем, что после формирования локального защитного окисла на поверхность кремниевой подложки со сформированной структурой двуокись кремния - нитрид кремния последовательно наносят слои двуокиси кремния, поликристаллического кремния, нитрида кремния, двуокиси кремния, в которых формируют канавку, соответствующую по форме электроду затвора, а по глубине равную его толщине, поликремниевые стенки канавки термически окисляют, затем со дна канавки удаляют слои нитрида кремния и двуокиси кремния и на их месте формируют подзатворный окисел, после чего наносят слой поликристаллического кремния, равный по толщине электроду затвора, слой поликристаллического кремния планаризуется по уровню верхнего края канавки, поверхность поликристаллического кремния в канавке термически окисляют, затем за пределами электрода затвора последовательно удаляют слои двуокиси кремния, нитрада кремния, поликристаллического кремния, двуокиси кремния, нитрида кремния, двуокиси кремния, производится формирование областей стока и истока методом ионного легирования, удаления слоя двуокиси кремния с поверхности затвора, напыление слоя титана, силицирующий отжиг, удаление непрореагировавшего титана. Отличиями предложенного способа изготовления МОП-транзистора от известных способов являются изменение последовательности технологических операций после формирования локального защитного окисла, формирование области двуокиси кремния, разделяющей поликремниевый электрод затвора и области стока и истока в процессе их силицирования, до формирования электрода затвора, исключение из последовательности технологических операций РИТ. Формирование области, разделяющей электрод затвора и области стока и истока в процессе их силицирования, ранее не использовалось для упрощения технологического процесса изготовления МОП-транзистора, повышения процента выхода годных при его производстве, повышения надежности его работы и удешевления. Следовательно, это отличие является существенным. На фиг.1 - 13 показана последовательность основных технологических операций изготовления МОП-транзистора по заявляемому способу. На кремниевой подложке выращивают слой 1 двуокиси кремния (фиг.1), на который осаждается слой 2 нитрида кремния (фиг.2), затем методом фотолитографии маскируется область, в которой будет сформирован транзистор. Вне этой области слои нитрида кремния и двуокиси кремния удаляются и выращивается толстый защитный окисел 10 (фиг.3). Далее на поверхность полученной структуры последовательно наносят слои двуокиси кремния 3, поликристаллического кремния 4, нитрида кремния 5, двуокиси кремния 6 (фиг.4). На поверхности полученной структуры методом фотолитографии формируется изображение щели, соответствующее по форме электроду затвора, а затем в структуре вытравливается канавка глубиной, равной толщине электрода затвора (последовательно сравниваются слои двуокиси кремния, нитрида кремния, поликристаллического кремния, двуокиси кремния (фиг.5). Далее полученная структура подвергается термообработке в окислительной среде. При этом окисляются поликремниевые стенки 11 канавки (фиг.6), после этого удаляются слои нитрида кремния 2 и двуокиси кремния 1 и на их месте формируется слой 7 подзатворного окисла (фиг. 7). Затем осаждается слой 8 поликристаллического кремния (фиг.8) и проводится его планаризация до уровня слоя 6 двуокиси кремния (фиг.9). На поверхности поликристаллического кремния формируют слой 9 двуокиси кремния (фиг. 9), затем последовательно удаляются слои двуокиси кремния 6, нитрида кремния 5, поликристаллического кремния 4, двуокиси кремния 3, нитрида кремния 2, двуокиси кремния 1. Таким образом формируется электрод затвора, защищенный со всех сторон слоем двуокиси кремния (фиг.10). После этого методом ионного легирования формируются области 13 истока и стока (фиг.10), производится активация примеси, удаляется слой 9 двуокиси кремния (фиг.11). На поверхность полученной структуры наносится слой 12 тугоплавкого металла (фиг. 12). Производятся силицирующий отжиг и химическое удаление непрореагировавшего металла с поверхности двуокиси кремния (фиг.13). Далее при производстве МОП-транзистора следуют стандартные операции формирования межслойной изоляции, коммутационной разводки и пассивации. Сущность предлагаемого способа состоит в том, что после формирования по известной технологии изоляции локальным окислом на поверхности подложки формируется многослойная структура двуокись кремния (слой 1) - нитрид кремния (слой 2) - двуокись кремния (слой 3) - поликристаллический кремний (слой 4) - нитрид кремния (слой 5) - двуокись кремния (слой 6), суммарная толщина которой равна толщине электрода затвора. В этой структуре методами фотолитографии, плазмохимического (ПХТ) и жидкостного травления формируется канавка, соответствующая по форме электроду затвора, глубиной, равной его толщине. При травлении многослойной структуры учитывается высокая селективность процесса ПХТ систем![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107-2t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107-3t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107-4t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107-5t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107-6t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/2024107-7t.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024007/961.gif)
![способ изготовления моп-транзистора, патент № 2024107](/images/patents/449/2024107/9633.gif)
Класс H01L21/335 полевых транзисторов