Способ изготовления структур матричных больших интегральных схем

Способ изготовления структур матричных больших интегральных схем

Реферат

 

Использование: микроэлектроника, изготовление вентильных матриц больших интегральных схем. Сущность изобретения: предложенный способ позволяет повысить плотность упаковки активных элементов схем без снижения радиационной стойкости БИС. Полевой слой оксида кремния в накопителе матрицы формируют только под областями контактов поликремния с металлизацией со смещением относительно поперечной оси канала транзисторов на расстоянии не менее половины длины канала транзисторов. Поликремниевые области формируют с перекрытием границы слоя полевого оксида кремния в направлении поперечной оси канала на величину не менее длины канала транзисторов. В заключение образуют легированные области р-типа, примыкающие к поликремниевым и полевым областям и отстоящие от диффузионных областей п-типа на расстояние не менее 1 мкм.

Изобретение относится к микроэлектронике и предназначено для изготовления вентильных матриц больших интегральных схем (БИС). Известен способ изготовления матричных БИС, включающий легирование полевых областей, формирование слоев полевого и затворного оксида кремния, поликремниевых областей, диффузионных областей стока - истока транзисторов и металлизации. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет эффективно предотвратить возникновение токов утечек из-за падения порогового напряжения паразитных транзисторов n-типа при воздействии ионизирующего излучения. Это связано с тем, что диффузионные области n-типа непосредственно примыкают к областям полевого оксида кремния. Поэтому при увеличении концентрации бора в полевых областях, предотвращающей деградацию порогового напряжения при облучении, значительно снижаются пробивные напряжения диффузионных областей n-типа. Эти недостатки за счет формирования охранной области, отделяющей активные диффузионные области n-типа от полевых областей и позволяющей повысить концентрацию примеси р-типа в полевых областях без снижения пробивных напряжений переходов, устраняет способ изготовления матричных БИС, являющийся наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к изобретению. Способ включает легирование полевых областей, формирование слоев полевого и затворного оксида кремния, поликремниевых областей, диффузионных областей, отделенных от полевых областей охранной областью, и металлизации. Уменьшение порогового напряжения n-канальных транзисторов при воздействии ионизирующего излучения особенно значительно в транзисторах, имеющих затворный оксид кремния большой толщины, т.е. в паразитных транзисторах. При этом под полевым оксидом кремния формируется проводящий канал, который зажимает области стоков - истоков транзисторов. Повышение концентрации легирующей примеси в полевых областях р-типа позволяет формировать паразитные транзисторы с высоким пороговым напряжением, превышающим величину падения порогового напряжения при воздействии ионизирующего излучения. Однако ширина охранных областей, отделяющих активные диффузионные области n-типа от полевых областей, должна составлять (по экспериментальным данным) не менее 1,0-1,2 мкм без учета технологических допусков на рассовмещение и бокового ухода легирующей примеси. Это приводит к увеличению пассивной площади БИС и следовательно уменьшает плотность упаковки. Кроме того, необходимость использования высоколегированной подложки в полевых областях схем усложняет способ изготовления БИС и не позволяет унифицировать технологический маршрут формирования n-канальных транзисторов БИС. Цель изобретения - повышение плотности упаковки активных элементов схем без снижения радиационной стойкости БИС за счет уменьшения площади пассивных областей и упрощение способа за счет снижения требований к величине концентрации примеси в подложке. Это достигается тем, что в способе изготовления матричных БИС, включающем формирование полевого и затворного слоев оксида кремния, поликремниевых областей, диффузионных областей истока и стока и металлизации, согласно изобретению полевой слой оксида кремния в накопителе матрицы формируют только под областями контактов поликремния с металлизацией со смещением относительно поперечной оси канала транзисторов на расстоянии не менее половины длины канала, поликремниевые области формируют с перекрытием границы полевого оксида кремния в направлении поперечной оси каналов на величину не менее длины канала транзисторов, создают диффузионные области стока - истока путем легирования донорной примесью, после чего образуют легированные области р-типа, примыкающие к поликремниевым и полевым областям и отстоящие от диффузионных областей n-типа на расстоянии не менее 1 мкм. Накопитель вентильных матриц формируется в виде ряда МДП-транзисторов. При этом затвор каждого транзистора может контактировать с металлизацией БИС с помощью одной или двух поликремниевых площадок под контакты с металлизацией. Такие подложки, размещенные за диффузионными участками стока - истока транзисторов, необходимо располагать на толстом слое полевого оксида кремния с тем, чтобы обеспечить надежную изоляцию контакта от подложки, так как при формировании контактов происходит взаимодействие слоев металла с поликремнием со взаимной диффузией материалов, что может вызвать пробой тонкого слоя оксида кремния под поликремниевыми площадками. При воздействии радиации паразитные каналы в первую очередь образуются под областями полевой изоляции, поэтому ограничение площади полевого оксида кремния только областями контактов и смещение таких областей, относительно поперечной оси канала транзисторов (т.е. размещение областей полевого оксида кремния таким образом, что они не располагаются одновременно напротив стока или истока отдельных транзисторов, а расположены напротив только стока или истока транзистора и примыкают к границам активных областей) устраняет возникновение паразитной связи между областями стока и истока каждого отдельного транзистора. При этом такое смещение областей полевого оксида кремния относительно поперечной оси канала на величину не менее половины длины канала позволяет сформировать поликремниевые области с перекрытием границы полевой изоляции. Такие поликремниевые участки являются продолжением затворного электрода на всю длину боковой границы полевого оксида кремния со стороны канала, расположены на тонком (подзатворном) оксиде кремния и имеют ширину не менее ширины затвора транзистора с тем, чтобы исключить эффекты короткоканальности. Таким образом, расположенные вне активных диффузионных областей участки полевого оксида со стороны поперечной оси канала транзистора ограничены на всю боковую длину расположенным на тонком оксиде кремния поликремниевым затвором, который ограничивает распространение паразитного канала, возникшего под полевым оксидом кремния, в направлении поперечной оси канала транзистора. Формирование легированной области р-типа, которая примыкает к поликремниевым и полевым областям, расположенным вне активных диффузионных областей транзисторов, позволяет ограничить распространение паразитных инверсионных слоев под полевой изоляцией с внешних сторон поликремниевых площадок под контакты, т.е. со стороны, противоположной поперечной оси канала, и стороны, противоположной границе площадки, примыкающей с диффузионным областям стока и истока. При этом области р-типа наряду с ограничительной, защитной функцией, выполняют и активную функцию контактных областей к подложке р-типа, в которой расположены транзисторы с каналом n-типа, а также шин межсоединений элементов, имеющих потенциал подложки. Так как диффузионная область р-типа формируется с помощью тонкого легирования большой дозой бора, то для исключения падения пробивных напряжений активных диффузионных областей стока - истока транзисторов, находящихся под потенциалом, отличным от потенциала подложки, р-области создают отстоящими от активных диффузионных областей транзисторов n-типа на расстояние, обеспечивающее сохранение пробивных напряжений n-р-переходов. При этом величина такого расстояния зависит от технологических режимов формирования активных элементов БИС (величины бокового ухода области р-типа и полевого оксида, фотолитографического рассовмещения т.д.). Величина сопротивления р-областей зависит от конструкционных особенностей схем (площади БИС), топологических норм, количества контактов к этой области и т.п. Например, при изготовлении вентильных матриц с 2,5 мкм проектными нормами типичное поверхностное сопротивление области р-типа составляет 70 Ом/квадрат, а величина расстояния отделяющего области р- и n-типа, определенная экспериментально, равна 2,5-3 мкм. При формировании отстоящих от активных диффузионных участков транзисторов областей р-типа образуется пассивная защитная область, выполняющая те же функции, что и охранные области в способе - прототипе. Однако площадь такой охранной области в предлагаемом способе значительно меньше, так как она формируется только около одной из двух диффузионных областей транзистора (стока или истока), тогда как в способе - прототипе защитные области необходимо формировать около всех диффузионных областей транзистора, имеющих близкорасположенные участки полевой изоляции и области канала (в заявляемом способе участок полевой изоляции, на котором формируется поликремниевая площадка под контакт, непосредственно примыкает к одной из диффузионных областей транзисторов, так как полевые области дополнительно не легируются и снижения пробивных напряжений n-р-переходов не происходит. Уменьшение площади пассивных областей БИС позволяет повысить плотность упаковки активных элементов. При этом радиационная стойкость БИС не снижается, так как распространение паразитных инверсионных каналов ограничено активными областями р-типа и поликремния. Исключение необходимо вести легирование полевых областей упрощает способ изготовления БИС. Изобретение реализуется следующим образом. На кремниевой пластине марки КДБ ориентации (100) формируют стандартным методом маску нитрида кремния, выращивают полевой оксид кремния толщиной 0,8 мкм, расположенный в матричном накопителе только на областях контактов поликремний - металлизация, удаляют нитридную маску и формируют затворный оксид кремния толщиной 0,035 мкм. Далее осаждают поликремний толщиной 0,5 мкм и легируют его фосфором диффузионным методом при 900^оС до значения поверхностного сопротивления поликремния 20-30 Ом/квадрат. С помощью фотолитографии и плазмохимического травления формируют поликремниевые площадки под контакты, расположенные на областях полевого оксида кремния, и поликремниевые затворные электроды шириной 3 мкм, которые определяют местоположение канала транзистора. При этом участки полевого оксида кремния смещены относительно поперечной оси канала транзистора на расстояние 1,5 мкм (не менее половины длины канала), а поликремниевые области на участке соединения поликремниевых площадок под контакты и электродов затвора перекрывают границу полевого оксида кремния со стороны поперечной оси канала на величину 3 мкм (т.е. не менее длины канала транзистора). Затем формируют фоторезистивную маску в соответствии с конфигурацией областей n-типа стока - истока и легируют области ионами мышьяка с дозой 1000 мкКул/см² и энергией 100 кэВ. После удаления фоторезиста и активации ионов мышьяка при температуре 1000^оС формируют фоторезистивную маску, которая обеспечивает удаление участков р-типа от областей n-типа на расстояние 3 мкм. Проводят легирование ионами бора с энергией 40 кэВ и дозой 350 мк Кул/см² и удаляют фоторезист. Далее формируют алюминиевую металлизацию с помощью последовательного выполнения операций осаждений слоя пиролитического фосфоросиликатного стекла толщиной 0,8 мкм, используемого в качестве межслойной изоляции его оплавления при температуре 1000^оС, вскрытия контактных окон нанесения слоя алюминия, формирования фоторезистивной маски и плазмохимического травления алюминия. Использование способа при изготовлении матричных БИС позволяет уменьшить пассивную площадь накопителя матричных БИС приблизительно в 2-2,5 раза и за счет этого повысить емкость накопителя ориентировочно в 1,2-1,5 раза. Ограничение областями р-типа поликремния паразитных инверсионных каналов позволяет исключить операции по дополнительному ионному легированию областей подложки под полевой изоляцией, что упрощает способ.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР МАТРИЧНЫХ БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий формирование полевого и затворного слоев окида кремния, поликремниевых областей, диффузионных областей стока и истока и металлизации, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности упаковки активных элементов схем без снижения радиационной стойкости БИС за счет уменьшения площади пассивных областей и упрощения способа за счет снижения требований к величине концентрации примеси в подложке, полевой слой оксида кремния в накопителе матрицы формируют только под областями контактов поликремния с металлизацией со смешением относительно поперечной оси канала транзисторов на величину не менее половины длины канала, поликремниевые области формируют с перекрытием границы слоя полевого оксида кремния в направлении поперечной оси канала на величину не менее длины канала транзисторов, создают диффузионные области стока и истока путем легирования донорной примесью, после чего образуют легированные области p-типа, примыкающие к поликремниевым и полевым областям и отстоящие от диффузионных областей n-типа на расстояние не менее 1 мкм.

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: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002