Развитие технологии МОП ИС

Процесс локального окисления аналогичен процессу, используемому для изоляции биполярных транзисторов, за исключением того, что при изоляции МОП ПТ локальный окисел не должен пронизывать всю толщину эпитаксиального слоя. Наряду с хорошими изолирую­щими свойствами, достоинством LOCOS-метода является преимуще­ственное заглубление окисла в подложку, так что поверхность остает­ся почти плоской (это важно при проведении процессов фотолитогра­фии). В дополнение, для более эффективной изоляции методом LOCOS можно формировать области, ограничивающие распростране­ние инверсного канала (рис. 3.2). Доза имплантации при легировании ограничительных областей обычно составляет ; энергия имплантации выбирается достаточной для глубокого проникновения примеси с учетом частичного окисления слоя.

3.3 Легирование области канала

Обычно проводится для регули­ровки величины порогового напряжения МОП ПТ. В зависимости от режима работы транзистора имплантируют ионы бора или фосфора. Для получения транзисторов, работающих в режиме обеднения, им­плантируют ионы фосфора (n-канал), для режима обогащения - ионы бора (р - канал). Имплантацию проводят через тонкий слой окисла (рис. 3.3). Дозу и энергию имплантации выбирают, исходя из требуе­мой величины порогового напряжения с учетом толщины окисла. В связи с тенденцией уменьшения длины канала в технологии СБИС применяют более глубокую имплантацию ионов с большей дозой (или двухстадийную имплантацию с различными дозами и энергиями): это позволяет избежать перекрытия обедненных исток - стоковых облас­тей.

Рисунок 3.3 – Легирование области канала для регулировки величины порогового напряжения МОП ПТ

Вместе с тем увеличение концентрации примеси в области канала приводит и к нежелательным последствиям, т. к. сопровождается уменьшением подвижности носителей заряда.

3.4 Формирование затвора

Производят путем осаждения поликристаллического кремния (поли-Si) в соответствующую область транзистора, при этом при осаждении поли-Si легируют фосфором до высокой концентрации носителей. Выбор поли – Si обусловлен его способностью хорошо выдерживать высокотемпературную термообработку, а также одинаковой величиной работы выхода, что упрощает регулировку пороговых напряжений МОП ПТ. Вместе с тем сопротивление поли Si (>10 Ом) достаточно велико, что может приводить к значительной задержке сигнала, проходящего по таким шинам, особенно при большой их длине (например, общая шина для большого количества МОП – транзисторов). Поэтому в последнее время формируют многослойные затворы с применением слоёв силицидов тугоплавких металлов (рис. 3.4). Многослойный полицидный затвор имеет низкое слоевое сопротивление при сохранении электронных свойств границы раздела поли Si – SiO2. Области истока и стока формируют высокодозной имплантацией ионов As в условиях их самосовмещения с каналом; при этом слои LOCOS – изоляции и затвора играют роль маскирующего покрытия, которое обеспечивает локальность легирования.

Рисунок 3.4 – Формирование двухслойного затвора и исток – стоковых областей МОП – полевого транзистора

К преимуществам метода, при котором используется нанесение силицидов на поверхность легированного поли – Si (такая структура называется полицид), относится снижение поверхностного сопротивления до 1-3 при сохранении хорошо изученной границы раздела поли Si – SiO2.

3.5 Формирование областей истока и стока.

Для создания исток - стоковых областей более других подходит мышьяк, который позволя­ет получать мелкие p-n-переходы с минимальной диффузией в гори­зонтальном направлении. Доза имплантируемой примеси обычно дос­таточно высока и лежит в диапазоне , что обеспечивает формирование низкоомных областей истока и стока. Энергия имплан­тируемых ионов должна быть достаточно высокой, чтобы они смогли проникнуть через пленку подзатворного окисла (см. рис. 3.4), но в то же время достаточно низкой для предотвращения их проникновения через пленку поликремния и области локального окисления. Форми­руемые таким образом области истока и стока самосовмещаются с за­твором. Такое самосовмещение способствует минимизации перекры­тия затвора с областями истока и стока, из которых примесь диффун­дирует в поперечном направлении. Тем самым обеспечивается сниже­ние емкостей связи. После легирования областей истока и стока проводят отжиг имплантационных дефектов, для которого используют окисляющую сре­ду. При этом, наряду с отжигом дефектов и электрической активацией примеси, происходит рост термического окисла, в том числе на по­верхности и боковых стенках поликремневого затвора. Слой окисла служит для электрической изоляции исток -стоковых областей от за­твора, а также для защиты областей истока и стока от проникновения фосфора из осаждаемого на последующих стадиях фосфорно - силикатного стекла.

3.6 Нанесение и оплавление фосфорно-силикатного стекла (ФСС)

Слой ФСС получают осаждением окисла из парогазовой сме­си (методом CVD или LPCVD) с одновременным легированием фос­фором до концентрации 6-8 ат %. При таких концентрациях фосфора окисел приобретает свойство размягчаться вплоть до оплавления при его нагреве до температуры 1000-1100 °С (при меньшей концентра­ции процесс растекания затруднен, а концентрация фосфора выше 8 ат % может вызвать коррозию алюминиевой металлизации кислот­ными продуктами реакции фосфора с атмосферной влагой).

В интегральных схемах фосфорно-силикатное стекло выполняет несколько функций. Фосфор в таком стекле защищает лежащую под ним структуру прибора от подвижных ионов (Na+) и, кроме того, он делает стекло вязким, облегчая его оплавление при повышенной тем­пературе (этот высокотемпературный процесс может быть также ис­пользован для дополнительного активирования и разгонки примеси, имплантированной в области истока и стока). Оплавление фосфорно силикатного стекла сглаживает рельеф, что улучшает воспроизведение ступенчатого рельефа при его покрытии металлической плёнкой и способствует облегчению формирования топологического рисунка слоя металлизации. Наконец, слой ФСС изолирует металлический слой от поликремниевых шин.

Для создания контакта между ними в слое ФСС вскрывают окна, после чего для сглаживания крутых боковых стенок окон проводят повторное оплавление ФСС: такие структуры пригодны для нанесения металлизации.

3.7 Металлизация

На последнем этапе проводят осаждение металлического слоя для изготовления контактов к областям истока, стока и затвора, а также межэлементных проводящих соединений внутри интегральных схем. При этом контакт к слою поликристаллического кремния обычно выполняют вне активных областей транзистора. Это связано с тем, что за счёт быстрой диффузии алюминия через слой поликристаллического кремния (диффузия по границам зёрен, усиленная электрическим полем в области контакта) атомы алюминия могут достигать слоя подзатворного диэлектрика и приводить к частичному раскислению SiO2. Слой подзатворного диэлектрика делают обычно тонким, поэтому даже небольшое его повреждение приводит к существенному изменению характеристик МОП – полевых транзисторов, вплоть до их полного повреждения.

1	2	3	4	5	6	7