Способ изготовления структур больших интегральных кмоп схем

Способ изготовления структур больших интегральных кмоп схем

Реферат

 

Использование: микроэлектроника, для изготовления БИС КМОП, использующих в качестве межсоединений поликремниевые слои, легированные донорными примесями с целью повышения надежности и улучшения воспроизводимости. Сущность изобретения: способ включает формирование на кремниевой структуре, содержащей полевые и затворные области и первый уровень поликремниевых межсоединений, активных областей n-типа, создание изолирующего слоя для второго уровня поликремния путем селективного окисления областей n-типа и поликремния с последующим отжигом, формирование активных областей p-типа, вскрытие контактных окон только к областям n-типа и поликремнию с одновременным вскрытием окон на участках контактирования металлизации с областями n-типа и поликремния, формируют разводку второго уровня поликремния, расположенную только над областями n-типа, и поликремния первого уровня с одновременным созданием поликремниевых областей на участках контактирования металлизации с областями n-типа и поликремнием, затем формируют изолирующий слой для металлизации, состоящий из слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла, вскрывают окна для контактирования только к областям p-типа и поликремнию и наносят металлизацию.

Изобретение относится к области микроэлектроники и предназначено для изготовления больших интегральных КМОП схем, использующих в качестве межсоединений поликремниевые соли, легированные донорными примесями. Известен способ изготовления структур больших интегральных КМОП схем, в котором на кремниевой подложке, содержащей полевые, затворные области, формируют поликремниевые межсоединения и активные области двух типов проводимости, создают слой, изолирующий металлизацию, вскрывают контактные окна и формируют металлизацию. В этом способе формируют только два уровня межсоединений из слоев поликремния и алюминия, что ограничивает возможность повышения интеграции БИС. Формировать дополнительный уровень поликремниевых межсоединений позволяет способ изготовления структур больших интегральных КМОП схем, который является наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту. В этом способе на кремниевой подложке, содержащей полевые, затворные области и первый уровень поликремниевых межсоединений, формируют активные области двух типов проводимости, создают слой изоляции второго уровня поликремния, вскрывают контактные окна для подключения слоя второго уровня поликремниевых межсоединений, формируют второй уровень поликремниевых межсоединений, создают слой, изолирующий металлизацию, вскрывают контактные окна для подключения металлизации и формируют металлизацию. В БИС КМОП высокой степени интеграции, использующих транзисторы с малой (менее 3 мкм) длиной канала, активные области n-типа формируют с использованием ионного легирования мышьяком для получения малой глубины сток-истоковых областей. Однако при формировании металлизированной разводки на основе алюминия из-за диффузионного взаимодействия алюминий-кремний возможно прожигание диффузионных областей малой глубины металлизированной разводкой. Это снижает воспроизводимость параметров и надежность БИС. Цель изобретения повышение надежности и улучшение воспроизводимости параметров БИС за счет исключения прожигания алюминиевой металлизацией n р-переходов активных областей и повышение пробивного напряжения межслойной изоляции. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления структур больших интегральных КМОП схем, включающем формирование на кремниевой структуре, содержащей полевые, затворные области и первый уровень поликремниевых межсоединений активных областей двух типов проводимости, создание изолирующего слоя для второго уровня поликремния, вскрытие контактных окон, формирование второго уровня поликремниевой разводки, создание изолирующего слоя для металлизации, повторное вскрытие контактных окон и формирование металлизации, активные области n-типа формируют перед созданием изолирующего слоя для второго уровня поликремния, изолирующий слой для второго уровня поликремния создают селективным окислением областей n-типа и поликремния с последующим отжигом, затем формируют активные области р-типа, вскрывают контактные окна одновременно к областям n-типа, к поликремнию и к участкам контактирования металлизации с областями n-типа и поликремния, проводят подтравливание контактных окон, формируют второй уровень поликремниевой разводки над областями n-типа и поликремния первого уровня, одновременно создавая поликремниевые области на участках контактирования металлизации с областями n-типа и поликремния, изолирующий слой для металлизации создают состоящим из слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла, а повторное вскрытие контактных окон проводят только к областям р-типа и поликремния второго уровня. Для легирования активных областей n-типа используют примесь мышьяка, так как она позволяет формировать сток-истоковые области малой глубины. При этом для активации внедренной примеси мышьяка необходимо использовать высокотемпературный отжиг при температуре около 1000^оС. Поэтому, чтобы предотвратить глубокую диффузию примеси бора, легирующую области р-типа (коэффициент диффузии бора значительно превышает коэффициент диффузии мышьяка), активные диффузионные области n-типа формируют до легирования областей р-типа. Изоляцию второго уровня поликремния формируют термическим окислением поликремния первого уровня и активных областей n-типа. При этом толщина ее должна составлять не менее 0,25 мкм, чтобы обеспечить надежную изоляцию слоев на большой площади. Формирование такой изоляции после легирования областей р-типа затруднено, так как использование окисления при высоких температурах приводит к глубокой диффузии примеси бора, а получение изоляции равномерной толщины на поликремниевых и активных областях двух типов проводимости затрудняет формирование контактов металлизации при использовании дополнительных участков поликремния второго уровня над контактными областями. Использование низких температур окисления приводит к необходимости проводить выращивание изолирующего оксида кремния во влажной атмосфере. Однако при этом происходит деградация проводимости областей n-типа из-за включения части легирующей примеси мышьяка в объем быстрорастущего оксида кремния и накопления атомов мышьяка на границе оксид-кремний с переходом этих атомов в неактивное состояние. Например, при окислении активных областей, легированных ионами мышьяка дозой 1000 мкКул/см² при 800^оС в атмосфере влажного кислорода в течение 90 мин, поверхностное сопротивление легированных областей составляет 80 Ом/квадpат при толщине оксида кремния 0,3 мкм. При формировании оксида кремния такой же толщины при 1000^оС поверхностное сопротивление областей n-типа равно 40 Ом/квадрат. Поэтому создание межслойной изоляции второго уровня поликремния проводится перед легированием областей р-типа с использованием селективного низкотемпературного окисления в атмосфере влажного кислорода с последующим высокотемпературным отжигом для снижения сопротивления областей n-типа. Например, при отжиге при температуре 1000^оС в течение 30 мин, в атмосфере сухого кислорода, после выращивания оксида кремния толщиной 0,3 мкм при 800^оС сопротивление легированных мышьяком областей снижается с 80 до 40 45 Ом/квадрат. Режим выращивания изолирующего оксида кремния и последующего оксида кремния и последующего отжига областей n-типа зависит от конкретных требований к электрофизическим параметрам слоя изоляции и диффузионных областей (пробивного напряжения, сопротивления, глубины перехода, допустимого времени травления контактных окон и т.п.), а также режимов легирования диффузионных областей. При этом выращивание изолирующего оксида кремния необходимо проводить селективно, получая на легированных донорной примесью активных областях и поликремнии слой оксида кремния толщиной около 0,3 мкм, а на легированных активных областях 0,05-0,08 мкм, чтобы исключить маскирование ионов бора при последующем легировании областей р-типа. Кроме того, формирование более тонкого оксида кремния на областях р-типа необходимо для облегчения одновременного вскрытия контактных областей металлизации к участкам второго уровня поликремния и активных областей р-типа. Так как на активных областях акцепторной проводимости изолирующий слой оксида кремния имеет малую толщину, то поликремниевые шины второго уровня не располагаются над этими участками, чтобы исключить замыкания поликремний область р-типа. Поликремний второго уровня разводки легирован (полностью или частично) фосфором, поэтому контактные окна для подключения второго уровня поликремния формируют только к областям n-типа и поликремнию первого уровня. При этом контактные окна вскрывают также и на участках подключения алюминиевой металлизации к областям n-типа и поликремнию первого уровня и формируют над этими контактными окнами буферные участки слоя поликремния второго уровня. Создание таких областей проводится одновременно с формированием разводки второго уровня поликремния. Таким образом, контактирование металлизации с областями n-типа и поликремния первого уровня осуществляется только через буферный слой второго слоя поликремния. При этом исключается прожигание алюминием мелких переходов областей n-типа и упрощается технологический процесс вскрытия контактных окон, так как устраняется требование высокой селективности травления изоляции металлизации по отношению к легированным кремнию и поликремнию и необходимость поддержания точного времени травления и/или высокой равномерности по толщине диэлектрической изоляции. Слой поликремния второго уровня легирован фосфором, поэтому происходит дополнительное легирование донорной примесью областей n-типа и поликремния первого уровня в участках контактирования, что снижает сопротивление контактов. Для повышения воспроизводимости контактов и дополнительного снижения их сопротивления непосредственно перед осаждением второго слоя поликремния производят кратковременное (2-15 с) травление оксида кремния в контактных окнах, образование которого возможно при выполнении технологических операций (например, удаление фоторезиста), следующих за операцией травления изоляции второго уровня поликремния. Дополнительное травление производят в травителе на основе плавиковой кислоты. Так как время травления мало, то ухудшения изолирующих свойств межслойного диэлектрика практически не происходит. Формирование буферных областей второго уровня поликремния на контактных окнах подключения металлизации и выполнение операции кратковременного подтравливания контактных окон позволяет повысить качество омических контактов. Формирование изоляции металлизации с помощью последовательного создания слоев оксида кремния (такой слой возможно сформировать как с помощью термического окисления, так и с помощью пиролитического осаждения) и фосфорно-силикатного стекла позволяет повысить диэлектрические защитные свойства изоляции. Кроме того, изолирующий слой оксида кремния позволяет исключить неконтролируемую диффузию фосфора из слоя ФСС при проведении его термических обработок (например, оплавления) в элементы БИС, не содержащие фосфора (например, в области р-типа или в нелегированные участки поликремния второго уровня, которые используются в качестве высокоомных нагрузочных резисторов в ячейках памяти БИС статических ОЗУ). Так как над всеми контактами к участкам n-типа и первому поликремнию расположены области поликремния второго уровня, то контакты алюминиевой металлизации вскрывают только к областям р-типа и поликремнию второго уровня. При этом толщина изоляции металлизации над областями р-типа на 0,03-0,08 мкм (в зависимости от режимов селективного окисления n-областей) превышает толщину изоляции над участками второго слоя поликремния. Однако по сравнению с общей толщиной изоляции (0,7-1,0 мкм) такое увеличение толщины диэлектрика мало и практически не приводит к перетравливанию слоя поликремния второго уровня. Таким образом, формирование изоляции металлизации с помощью слоев кремния и фосфорно-силикатного стекла повышает надежность и улучшает воспроизводимость параметров БИС. Ниже приводится конкретный пример осуществления способа. На кремниевой подложке, содержащей области р-типа для формирования активных областей р-типа, стандартным способом формируют полевые затворные области и первый уровень поликремниевых межсоединений, легированных фосфором. Создают фоторезистивную маску, закрывающую активные области р-типа, и легируют активные области n-типа ионами мышьяка энергией 100 кэВ и дозой 1000 мкКул/см². Снимают фоторезистивную маску, проводят химобработку, выполняют предварительную активацию примеси мышьяка при 950^оС в течение 30 мин и выращивают изолирующий оксид кремния при 800^оС в течение 90 мин в среде водяного пара с кислородом. При этом происходит селективное окисление областей n-типа и поликремния с образованием оксида кремния толщиной 0,3 мкм. При этом на нелегированных областях, в которых в последующем формируются области р-типа, образуется оксид кремния толщиной около 0,05 мкм, который является проницаемым для ионов бора, легирующих активные области р-типа. После выращивания изолирующего оксида кремния сопротивление диффузионных областей n-типа составляет около 80 Ом/квадpат. Для снижения поверхностного сопротивления областей n-типа и уплотнения низкотемпературного оксида кремния, который изолирует поликремний второго уровня от активных областей n-типа и поликремния первого уровня, проводят отжиг при 1000^оС в течение 30 мин в атмосфере кислорода. При этом окончательно формируются активные диффузионные области n-типа, а поверхностное сопротивление этих областей снижается до 40-45 Ом/квадpат. Формируют фоторезистивную маску, закрывающую области n-типа и легируют ионами бора с энергией 40 кэВ и дозой 200 мкКул/см² области р-типа. Далее, после снятия фоторезиста и химобработки формируют фоторезистивную маску для вскрытия контактных областей и проводят травление изолирующего оксида кремния. При этом формируются контактные окна только к областям n-типа и поликремния первого уровня. Контактные окна служат для подключения второго слоя поликремния к областям поликремния первого уровня и активным областям n-типа, т.е. для формирования разводки поликремния второго уровня. Контактные окна также вскрывают на всех участках подключения металлизации к диффузионным областям n-типа и поликремния первого уровня для соединения буферных участков поликремния второго уровня с областями, легированными донорной примесью. При этом такие контакты не участвуют в формировании межсоединений слоя второго уровня поликремния. Снимают фоторезист и после химобработки проводят дополнительное вытравливание оксида кремния в областях контактов в растворе плавиковой кислоты (1:20) в течение 2 с и последующую промывку в деионизованной воде. Такую обработку проводят непосредственно перед осаждением поликремния второго уровня для удаления остаточного оксида кремния в контактных окнах, что повышает качество и воспроизводимость контактов. Осаждают слой поликремния второго уровня толщину 0,3 мкм. Осаждение проводят в реакторе пониженного давления путем разложения моносилана. С помощью фоторезистивной маски селективно легируют участки поликремния второго уровня фосфором с дозой 1000 мкКул/см² и энергией 100 кэВ (легирование поликремния возможно проводить также без использования маски фоторезистов, в зависимости от функционального назначения поликремниевой разводки, а в качестве легирующей примеси возможно использовать и другие донорные примеси), снимают фоторезист и после химобработки проводят активацию примеси при 950^оС в течение 30 мин в атмосфере кислорода. При этом происходит дополнительное легирование участков областей n-типа и поликремния первого уровня, расположенных в местах контактов. Далее формируют фоторезистивную маску и плазмохимическим травлением создают межсоединения второго уровня поликремния и буферные области над контактами металлизации, которые не являются шинами поликремниевой разводки второго уровня. Поликремниевые области не располагаются над областями р-типа, так как они защищены только оксидом толщиной около 0,05 мкм, а травление поликремния ведется в течение времени, превышающего время, достаточное для вытравливания поликремниевого слоя. Это необходимо для устранения замыканий в слое поликремния второго уровня из-за остатков поликремния в углублениях поверхностного рельефа структур. Снимают фоторезист, проводят химобработку и осаждают слой пиролитического оксида кремния толщиной 0,2 мкм. Далее осаждают слой пиролитического фосфорно-силикатного стека толщиной 0,7 мм и проводят его оплавление при 1000^оС в течение 10 мин в атмосфере кислорода. При этом слой оксида кремния защищает области р-типа и нелегированные участки слоя поликремния второго уровня от диффузии фосфора из слоя ФСС. Слой оксида кремния также повышает пробивное напряжение изоляции металлизации. Формируют фоторезистивную маску и вскрывают контактные окна для подключения металлизации. Травление оксида кремния и ФСС проводят плазмохимическим методом с селективностью по отношение к кремнию 4:1-5:1. При этом формируются контактные окна к областям р-типа и буферным поликремниевым областям. Так как на областях р-типа расположен, кроме слоев оксида кремния и ФСС, слой термического оксида кремния толщиной 0,05 мкм, образовавшийся в процессе селективного выращивания изоляции поликремния второго уровня, то при травлении контактные окна к областям поликремния вскрываются раньше, чем к областям р-типа. Это предотвращает затравливание кремниевых областей. Однако, так как толщина изоляции над областями поликремния лишь незначительно меньше, чем над областями р-типа, то затравливание поликремниевых участков также практически не происходит. Далее снимают фоторезист и стандартными методами формируют алюминиевую металлизацию. Предложенный способ, благодаря формированию изоляции второго уровня поликремния с помощью селективного окисления областей n-типа и поликремния первого уровня с последующим высокотемпературным отжигом позволяет получать величину пробивного напряжения изолирующего диэлектрика больше 40 В и активные диффузионные области с поверхностным сопротивлением не более 50 Ом/квадpат. Создание дополнительных буферных участков поликремния второго уровня над контактными областями металлизации к активным областям n-типа и поликремнию первого уровня позволяет исключить прожигание алюминиевой металлизации n-р-переходов активных областей. Формирование изоляции металлизации с помощью слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла позволяет получать величину пробивного напряжения изоляции более 60 В и исключить неконтролируемую диффузию фосфора из слоя ФСС в нижерасположенные топологические элементы БИС.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КМОП СХЕМ, включающий формирование на кремниевой структуре, содержащей полевые, затворные области и первый уровень поликремниевых межсоединений, активных областей двух типов проводимости, создание изолирующего слоя для второго уровня поликремния, вскрытие контактных окон, формирование второго уровня поликремниевой разводки, создание изолирующего слоя для металлизации, повторное вскрытие контактных окон и формирование металлизации, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения воспроизводимости параметров БИС за счет исключения прожигания алюминиевой металлизацией n-p-переходов активных областей и повышение пробивного напряжения межслойной изоляции, активные области n-типа формируют перед созданием изолирующего слоя для второго уровня поликремния изолирующий слой для второго уровня поликремния создают селективным окислением областей n-типа и поликремния с последующим отжигом, затем формируют активные области p-типа, вскрывают контактные окна одновременно к областям n-типа, к поликремнию и к участкам контактирования металлизации с областями n-типа и поликремния, проводят подтравливание контактных окон, формируют второй уровень поликремниевой разводки над областями n-типа и поликремния первого уровня, одновременно создавая поликремниевые области на участках контактирования металлизации с областями n-типа и поликремния, изолирующий слой для металлизации создают состоящим из слоев оксида кремния и фосфорно-силикатного стекла, а повторное вскрытие контактных окон проводят только к областям p-типа и поликремнию второго уровня.

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: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000