Способ создания интегральных схем микросхем с диодами шоттки, имеющими различную высоту потенциального барьера

(19 м ЕТЕНИЯ г) 05,03.91 .НКастскры Комитет Российской Федер по патентам и товарным знописАние изоБР к авторскому свидетельству(71) Научно-исследовательский институт электронной техники(56) Патент США 1 ч 3349297, кл. 317-234, 1967. Патент США 1 ч 3968272, кл. В 050 5/12, 1976, Запдегз Тд./е 1. а 1. А Н 1 ф Рейоппапсе Зсопку Тгапз 1 зог 1.офс бате Аггау//1 ЕЕЕ Ргоз. Созонов. 1 п 1 е 8 г. Сйе.Соп., 1 чЛ., 1981, р.56-60. Родерик Э.Х.Контакты металл-полупроводник, - Мл Радио, и связь, 1982, сЛ 89.(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ МИКРОСХЕМ С ДИОДАМИ ШОТТКИ; ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА (57) Использование: изобретение относится к производству полупроводников. Сущность: способ включает формирование пас-( сивных и активных элементов вмонокремииевой подлюке п-типа, в Ы 01) 1814432 (1 з) А 1 Н О 1 Ь 21/265 гИ тие в диэлектрическом покрытии контактных окон, нанесение слоя силицидообразующего металла и формирование силицида в контактных окнах, нанесение барьерного и токопроводящего слоев с последующим формированием контактных электродов и Оф межсоединений, одновременное вскрытие контактных окон к областям формирования омических и выпрямляющих .контактов.Перед нанесением сил щидообразующего Вь металла производят ионную имплантацию (,д в кон 1 актные окнав области формирования высокобарьерных диодов Шоттки акцепторной примеси дозой 2101 - б10 см . В качестве силицидообразующего металла используют титан, формируют слой дисилицида в областях омических и выпрямляющих контактов с одновременной электроактивацией акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шогтки. 3 з, п. ф-лы.Изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано при изготовлении биполярных микросхем с диодами Шоттки, имеющими различную высоту потенциального барьера.4 ель изобретения - повышение качества и надежности микросхем и экономичности способа за счет улучшения параметров диодов Шоттки и исключения расхода благородного металла.Поставленная цел 6 достигается тем, что по способу создания интегральных схем с диодами Шоттки, включающему формирование пассивных элементов и активных структур в монокремниевой подложки п-типа, поочередное вскрытие в диэлектрическом покрытии контактных окон, нанесение слоя силицидобразующего металла и формирование силицида в контактных окнах, нанесение барьерного и токопроводящего слоев с последующим формированием контактных электродов и межсоединений, осуществляют одновременное вскрытие контактных окон к областям формирования омических и выпрямляющих контактов, перед нанесением силицидобразующего металла производят йонную имплантацию в контактные окна в области формирования высокобарьерных диодов Шоттки акцепторной примесью с концентрацией ионов в интервале от 2 10 до б 10 см 2, в качестве силицидобразующего металла используют слой титана, после осаждения которого формируют слой дисилицида в областях омических и выпрямляющих контактов с одновременной электроактивацией акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки.. Поставленная цель достигается также тем, что ионную имплантацию в области высокобарьерных диодов Шоттки осуществляют с энергией, обеспечивающей форми. рование максимума акцепторной примеси на границе раздела силицид титана - кремний, имплантацию акцепторной примеси осуществляют ионами бора с конентуацией в интервале от 4 10 до 5 10 см и энергией 25-35 кэВ, формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси осуществляют с помощью облучения некогерентным световым потоком в интерваледлин волн 0,2-1,2 мкм при плотности энергии светового потока 40-60 Дж см, длительности импульса 15- 20 с и давлении ниже 10 мм рт,ст.Одновременное вскрытие всех контактных окон к областям формирования омических контактов и диодов Шоттки обоих типов позволяет снизить дефектность и повысить надежность интегральных микросхем за счет однократного травления диэлектрического покрытия,Низкоэнергетическое подлегирование5 областей формирования высокобарьерныхдиодов Шоттки проводят после вскрытияэтих областей в фоторезистивной маске. Оптимизируя величины концентрации и энергииионов акцепторной примеси, а также вели 10 чину тол щины слоя титана и режим. электроактивационной и силицидобразующейтермообработки, можно получить два типадиодов Шопки на основе дисилицида титанас требуемыми величинами прямого падения15 напряжения и логического перепада.Данный способ создания интегральныхмикросхем с диодами Шоттки позволяет,подбирая реальную дозу легирования акцепторной примесью областей высоко 20 барьерных диодов Шоттки, варьироватьвеличиной логического перепада, определяемой разницей между прямым падениемнапряжения высокобарьерных и низкобарьерных диодов Шоттки, и тем самым нахо 25 дить компромисс между быстродействием ипомехоустойчивостью интегральной микросхемы. Кроме того, в данном способе присоздании слоя дисилицида титана осуществляется одновременное формирование30 обоих типов диодов Шоттки, что исключаетнежелательное взаимовлияние в процессеполучения диода первого типа на уже сформированный диод Шоттки второго типа,Применение титана в качестве силици 35 добразующего металла, кроме исключениярасхода благородного металла, также обусловлено возможностью получения величинлогического перепада более 200 мВ за счетотносительно низкого значения высоты по 40 тенциального барьера к.кремнию и-типа и,кроме того, формирования шин полицидныхмежсоединений с высокой электропроводностью (йз3 Ом/квадрат) в рамках само- .совмещенной технологии.45 Совмещение операций образования дисилицида титана и электроактивации акцепторной примеси в областях формированиявысокобарьерных диодов Шоттки позволяетне только упростить способ и исключить од 50 ну высокотемпературную обработку, но и. улучшить воспроизводимость параметроввысокобарьерных диодов Шоттки.Испольвование силицидного слоя дляформирования низкобарьерных диодов55 Шоттки позволяет исключить проблемы деградации параметров диодов в результатепоследующих термообработок или токовыхнагрузок и повысить воспроизводимость параметров диодов Шоттки.дится в интервале 350-400 мВ, что ухудшает динамические характеристики интеграль. ных микросхем. Кроме того, возможна перекомпенсация поверхности эпитаксиального 5 слоя и формирование р-п-перехода.Применение имплантации акцепторнойпримеси ионами бора с концентрацией от 4 10 до 5 10 см позволяет получать оптимальные величины логического перепа да в диапазоне 250-300 мВ при стандартныхуровнях удельного сопротивления эпитаксиальной пленки (0,3-0,5 Ом см).Снижение энергии ионов бора до значений менее 25 кэВ приводит к ухудшению 15 воспроизводимости параметров высокобарьерных диодов Шоттки и величин логического перепада. Использование имплан 20. диодов Шоттки при одновременном сниже 30 стин инфракрасной составляющей спектраи облучения поверхности структур ультрафиолетовой составляющей спектрального 35 50. слоя. и затрудняют реализацию самосовме, щенной технологии,Проведение облучения некогерентным световым потоком при давлении выше 10мм рт,ст. не позволяет воспроизводимо 55 Выполнение условия формирования максимума акцепторной примеси на границе раздела силицид титана - кремний позволяет обеспечить такое распределение концентрации примеси, чтобы обедненная область при нулевом смешении точно соответствовала сильнолегированному слою. В этом случае удается получить максимальный эффектувеличения высоты потенциального барьера высокобарьерных диодов Шоттки при минимальных токах утечки обратной ветви. Известно, что в процессе образования дисилицида титана на 1 нм . толщины слоя титана расходуется 2,27 нм толщины кремния. Таким образом, на взаимодействие, например, 45 нм титана расходуется 103 нм слоя кремния, что требует применения ионной имплантации бором с энергией 30 кэВ.Реализация самосовмещенной технологии формирования дисилицида титана с помощью одностадийной импульсной фотонной обработки в указанных режимах позволяет получать величины максимального логического перепада при минимальном 2 уровне легирования акцепторной примесью за счет большей степени электроактивации,. более резкого профиля распределения концентрации и меньшего перераспределения атомов акцепторной примеси, Кроме того, использование данного способа формирования дисилицида титана наиболее актуально для интегральных структур с уровнем легирования областей контактов к кремнию р-типа менее 10 см для исключения проблем с функционированием интегральных микросхем в минусовом диапазоне температур вследствие завышения контактного сопротивления.Таким образом, совокупность и после довательность технологических операций и выбор оптимальных режимов создания диодов Шоттки с различной высотой потенциального барьера позволяет улучшить параметры и воспроизводимость парамет ров диодов обоих типов, снизить привносимую дефектность диэлектрического покрытия и себестоимость изготовления интегральных микросхем.Имплантация акцепторной п 1 оимеси с концентрацией ионов менее 2 10 см не позволяетобеспечитьвеличинулогического перепада более 150 мВ ни при каких режи- мах электроактивации примеси и образования дисилицида, что, в свою очередь,не позволяет обеспечить требуемую помехоустойчивость интегральных микросхем, При увеличении концентрации ионов до величин более 6 10 см 2 логический перепад нахотации с энергиями ионов бора более 35 кэВ увеличивает токи утечки высокабарьерных нии величин логического перепада.В качестве материала акцепторной примеси использовали ионы бора и алюминия.Формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси с помощью облучения некогерентным световым потоком в интервале длин волн 0,2-1,2 мкм ускоряет процесс силицидобразования за счет разогрева пладиапазона. Крометого, указанныйдиапазон длин волн обусловлен использованием ксеноновых ламп типа ИНП-220.При облучении с плотностью энергии светового потока менее 40 Дж см или длительности импульса менее 15 с не происходит образования конечной фазы дисилицида титана Т 512, что приводит к снижению воспроизводимости параметров диодов Шоттки обоих типов и величины логического перепада. Кроме того, наблюдается увеличение сопротивления полицидныхмежсоединений. Плотность энергии светового потока более 60 Дж см или длительность импульсов более 20 с увеличивают токи утечки обратной ветви обоих типов диодов Шоттки, сопротивление полицидного формировать конечную фазу дисилицида титана вследствие загрязнения границы взаимодействия силицид-кремний примесными атомами (кислород, углерод) в процессе силицидобразования, Нижняя граница давле-55 10 мм рт.ст, Силицидобразующую и электроактивационную термообработки можно проводить также, например, посред-.ством термовакуумного отжига при темпе ратуре 670 С в течение 30 мин придавлении 10 6 мм рт.ст. Затем после удаления слоя титана с поверхности диэлектрического покрытия осуществляют нанесение слоя с последующей фотолитографической 10 обработкой с формированием контактныхэлектродов и межсоединений.Изобретение позволяет получить воспроизводимые и термостабильные параметры диодов Шоттки обоих типов с 15 уменьшенными токами утечки обратной ветви менее 0,1 нА/мкм у высокобарьерных и менее 0,5 нА/мкм у низкобарьерных диогдов, с регулируемой величиной логического перепада в интервале 100-400 мВ, в 20 диапазоне токов 10 нАмА; что дает возможность реализовать интегральные микросхемы в схемотехническом базисе Шоттки - транзисторной логике, которые . обладают повышенным быстродействием 25 ( 1,5 нс/вентиль) без увеличения потребляемой мощности и при снижении помехоустойчивости в диапазоне температур - 60-125 С. Особо следует отметить актуальность применения способа в технологии из готовления матричных биполярных БИС сполицидной разводкой в нижнем уровне межсоединений и с расширенной возможностью трассировки, обусловленной проводимостью полицидного слоя. Способ 35 использован в технологическом маршрутеполучения МА БИС на 10000-50000 вентилей. Формула изобретения1, СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕГ РАЛЬНЫХ СХЕМ МИКРОСХЕМ С ДИО-. ДАМИ ШОТТКИ, ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА, включающий формирование пассивных и активных элементов в моно кремниевой подложке п-типа, вскрытие в диэлектрическом покрытии контактных окон в областям омических и выпрямляющих контактов, нанесение слоя силицидобразующего металла и 50 . формирование областей омических и выпрямляющих контактов, нанесение барьерного и токопроводящего слоев с последующим формированием контактных электродов и межсоединений, от 55 пичающийся тем, что, с целью повышения надежности микросхем за счет улучшения параметров диодов Шоттки, повышения их воспроизводимости и исключения расхода благородного металния лимитируется характеристиками откачных средств и не оказывает отрицательноговоздействия на параметры диодов Шотткии интегральных микросхем. Изобретение осуществляется следующим образом.В исходной кремниевой подложке КДБ создают низкоомные области +п -скрытого слоя, наращиваютэпитаксиальн ый слой КЭ М-О,З ( И) толщиной 1,5-2,0 мкм, Методами фотолитографических обработок, окисления, диффузии и ионной имплантации формируют активные и пассивные элементы интегральных микросхем, Контактные окна в диэлектрическом покрытии вскрывают к . областям омических контактов и диодов Шоттки обоих типов методом плазмохимического травления на установке "Плазма 125 ИМ".После удаления фоторезиста осуществляют фотолитографическую обработку со вскрытием областей формирования высоко- барьерных диодов Шоттки и проводят ионную имплантацию бором с энергией 30 кэВ иконцентрациейионов 4,5 10 смг, Затем после удаления фоторезиста и химической обработки наносят слой титана магнетронным распылением с удельным сопротивлением 40-50 мкОМ см и толщиной 45 нм. Формирование дисилицида титана с одновременной электроактивацией ионов бора осуществляют с помощью облучения некогерентным световым потоком ксеноновых ламп при плотности мощности 50 Дж см г, длительности импульсов 18 с и давлении ла, вскрытие контактных окон к областям формирования омических и выпрямляющих контактов осуществляют одновременно, перед нанесением силицидообразующего металла производят ионную имплантацию в контактные окна в области формирования высоко- барьерных диодов Шоттки акцепторной примеси дозой 210 - 610 см гв качестве силицидообразующего ме-, талла. используют слой титана, а формирование областей омических и выпрямляющих контактов осуществляют из дисилицида титана с одновременной электроактивацией акцепторной примеси в областях формирования высокобарьерных диодов Шоттки,2, Способ по п.1, отличающийся тем, что ионную имплантацию в области высокобарьерных диодов Шоттки осуществляют энергией, обеспечивающей формирование максимума акцептор1814432 10 Составитель С. Корольков,Техред М,Моргентал, Корректор М, Петрова Редактор Ж. Рожкова Тираж- Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 127 производственно издвтзл ьскид комбинвт ьпвтент", г. ужгород, ул. Гвгэ рина, 101ной примеси на границе раздела тем, что формирование дисилицида тидисилицид титана - кремний. тана с одновременной электроактива 3, Способ по йп 1 и 2, отличвюцией акцепторной примеси осуществлющийся тем, что имплантацию акцептор ют путем облучения некогерентным ной примеси осуществляют ионами импульсным световым потоком с длиной бора доэод 4101 - б10 ж смэ и волны 0,2 . 1,2 мкм, при плотности энергией 25 - 35 кэВ, ;энергии светового потоке (40 - 60) Дж4, Способ по п.1, о асм, длитель ости импульса (15 - 20)10 с и давлении ниже 104 мм