Способ изготовления интегральных резисторов и резистивных делителей

(56) Зарубежная электронная техника. - М.". ЦНИИ" Электроника", 1984, М 3.Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1003695, кл. Н 01 ) . 21/82, 1981.,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ И РЕЗИСТИВНЫХ ДЕЛИТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизионных резистивных делителей напряжения, операционных усилителей. Целью изобретения является увеличение годных резисторов и резистивных делителей путем повышения точности воспроизведения от. ношений сопротивлений резисторов и улучИзобретение относится к технике легирования и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизионных резистивных делителей напряжения (РДН), цифроаналоговых (ЦА) и аналогоцифровых (АЦ) преобразователей, источников опорных напряжений, операционных усилителей, компараторов напряжения.Целью изобретения является увеличение выхода годных резисторов и реэистивных делителей путем повышения однородности структурных характеристик поликремния.Наличие большого количества структурных дефектов на границах зерен поликремния, являющихся ловушками для свободных 1412533 А 1 шение термовременной стабильности. Цель достигается путем уменьшения влияния флуктуаций и временной нестабильности плотности ловушек захвата носителей границах зерен поликремния на эти параметры эа счет пассивации оборванных связей на границах зерен поликремния термическим окислением резистивных участков поликремния во влажной среде. На изолирующую подложку наносят слои поли- кремния и нитрида кремния. Фотогравировкой формируют резистивные элементы, контактные участки которых защищены нитридом кремния. После легирования резистивных участков проводят на окисление до 3 толщины окисла, удовлетворяющей соотношению 0,5 дост/бисхбок2,3 (с)исх,1), где бок - толщина. слоя двуокиси кремния; мкм; . босх - исходная толщина поликремния, мкм; Оост т остаточная толщина поликремния, мкм. Далее удаляют нитрид кремния с контактных участков, проводят их легирование; носителей, приводит к существенной вре- (Я менной нестабильности сопротивлений под (,Д токовой нагрузкой, поскольку при приложе- ( ) нии электрического поля и повышении температуры могут заполняться носителями .ловушки, не взаимодействующие с носите- ф лями в обычных условиях. Сильная эависиавааЪ мость сопротивления поликремния от его структурных характеристик (от плотности ловушек захвата носителей на границах зерен) приводит к повышенной невоспроизводимости сопротивления и температурного коэффициента сопротивления (ТКС) резисторов, выполненных в идентичных технологических режимах, а такжедополнительной погрешности воспроиэдения отношения сопротивления и температурных коэффициентов сопротивлений резисторов в делителе,При окислении и+ поликремния в условиях, когда, окисление лимитируется скоростью реакции взаимодействия кремния с окислителем (т.е. концентрация окислителя на поверхности окисляемого кремния не ограничивает окисления), а скорость окисления выше скорости термической диффузии примеси (что имеет место при относительно низкой температуре 850 - 95 С), происж)- дит локальное окисление границ зерен, ускоряемое высокой концентрацией примеси на границах. Кремний в объеме зерен, имеющий меньший эффективный уровень легирования из-за сегрегации примеси на границах, окисляется значительно медленнее, поэтому при достаточно длительном окислении возможно полное прокисление границ зерен, имеющих толщину нескольких моноатомных слоев (5 - 20 А).При замене квазиаморфного кремния границ зерен на туннельно тонкий слой двуокиси кремния за счетпассивации кислородом разорванных связей кремния на границах зерен (связи 31-0-31, 31-ОН) резко уменьшается плотность ловушек захвата носителей на границах зерен, что снижает высоту потенциального барьера объеди-ненных приграничных областей зерен, Таким образом, термоэмиссионный механизм переноса носителей через потенциальный барьер объединенных приграничных областей зерна заменяется на туннельный перенос сквозь тонкий слой окисла,П р и м е р. Согласно изобретению были изготовлены тестовые ИС резистивных делителей напряжения следующим образом.На изолирующую подложку методом разложения моносилана в реакторе пониженного давления при 620 С осаждался слой поликремния толщинами 0,18 мкм; 0,23 мкм 0,3 мкм (три варианта), Поверх поли- кремния осаждался слой нитрида кремния толщиной 0,1 мкм. Методом фотогравировки и плазмохимического травления нитрид кремния удалялся с резистивных участков поликремния, причем нитрид оставался на будущих контактных участках. Методом фотогравировки, плазмохимического травления нитрида кремния и поликремния формировались резисторы делителя; формировалась фоторезистивная маска, защищающая краевые области резистивных участков поликремния и проводилось ионное легирование центральной незащищенной части резистивных участков фосфором энергией 100 кэВ и дозами 250 - 4 400 кмКл/см . После удаления фоторезистивхной маски проводилось термическое окисление незащищенных нитридом кремнияорезистивных участков при 860 С во влаж 5 ном кислороде в течение 105, 150 и 190 1 триварианта), при этом на поликремнии образовался окисел толщиной 0,10; 0,30; 0,36мкм соответственно. После плазмохимического удаления нитрида кремния контакт"0 ные участки резисторов, незащищенныеокислом, легировались диффузией фосфораОиз РОС 1 при 900 С до поверхностного сопротивления 20 - 40 Ом/а.Далее известными методами формиро 15 вались алюминиевые пленочные выводы резисторов.С возрастанием параметровбок бисхпроисходит существенное уменьбосшение усредненной исходной погрешностисогласования сопротивлений резисторов вделителе и снижение усредненного дрейфаотношения сопротивлений нагруженного иненагруженного резисторов (т,е. повышение термостабильности отношения сопротивлений). Наиболее резкое улучшениеисходной точности согласования сопротивлений и термогтабильности отношения сопротивления происходит приД к бисхи 0,5 - 0,6 мкм, что соответствуетоостолщине окисного слоя на резистивных участках поликремния (0,5 - 0,6) 0", а приС 1 исхдальнейшем росте толщины окисла прослеживается тенденция к насыщению исходной точности сопротивлений итермостабил ьности отношения соп ротивлений, Однако абсолютный дрейф сопротивления под нагрузкой при повышеннойтемпературе начинает сильно возрастатьпри остаточной толщине поликремния 0,1мкм и менее, что и определяет верхнюю4 Ьграницу толщины окисного слоя при заданной исходной толщине поликремния с учетом того, что толщина окисного слоя в 2,3раза больше толщины слоя поликремния,перешедшего в окисел,Аналогичные закономерности зависимостей усредненных исходной точности согласования сопротивлений и усредненноговременного дрейфа сопротивлений и отношения сопротивлений под термотоковойнагрузкой проявляются и при окислении ре зистивных участков поликремния при950 С. Однако при 950 С наиболее резкоеповышение исходной точности согласования сопротивлений резисторов и уменьшение их временного дрейфа проявляется при1412533 Составитель В.УстиновТехред М.Моргентал КорректорО.Густи Редактор Т,Федотов Заказ 1956 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно.-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 несколько больших толщинах окисла, соответствующих 0,8-1,1 отношения остаточной толщины поликремния к исходной его толщине.Сдвиг области резкого повышения исходной точности согласования спротивлений резисторов в сторону больших толщин окислов (0,8-1,1 отношения остаточной толщины поликремния к исходной) при окисленииреэистивных участков поликремния при 950 С обусловлен худшими условиями для прокисления границ зерен по сравнению сокислением при 860 С, так как при повышении температуры ускоряется диффузия примеси (фосфора) от границы обаема зерна и скорость окисления лимитируется не скоростью взаимодействия окислителя с кремнием, а скоростью диффузии окислителя через растущий слой окисла.Можно ожидать, что при снижении температуры окисления менее 860 С прокисление гоаниц зерен поликремния будет происходить при меньших толщинах окис= лов, однако при 750-800 С требуется значительное время окисления, Уменьшить время окисления и необходимую для достижения прокисления границ толщину окисла можноокислением при 750 - 800 С и повышенномдавлении.Ф о рмул а из обре те н и я5 Способ изготовления интегральных резисторов и резистивных делителей, включающий формирование. на изолирующейподложке поликремниевых реэистивныхэлемен ов, легирование их контактных и ре 10 зистивных участков донорной примесью итермическое окисление поликремния, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения. выхода годных и повышения надежностирезисторов и реэистивных делителей путем15 повышения однородности структурных характеристик поликремния, на легированныхрезистивных участках поликремния термическим окислением во влажной среде формируют слой двуокиси кремния толщиной20 бост0,5бок2,3(бисх - 0,1),бисхгде бох - толщина двуокиси кремния, мкм;бисх - исходная толщина поликремния,мкм;о25 бост - , остаточная толщина поликремния, мкм.