Способ изготовления полевых транзисторов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН О,.ЩЫ В 1 4 Н 01 Ь 21 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ гирование примероводимости приполупроводникотверстия в третьлое, нанесениеческого слоя из ких слоев, первое фью второго типа поверхностного сло вои .подложки. черезем диэлектрическомчетвертого диэлектр двуокиси крем проводниковой слоя из полик на поверхност диэлектрически из него полик на поверхность полуки, нанесение проистал ического кремнияего и четвертогов и формированиеой шины, второе сло ние имости приповерхн водниковой подло про стного слоя жки с частичликремниевой й с я тем,полупр ным пе крытием краев т л и ч а ю щ шины,что,работьпервым целью увеличенияполевого транзилегированием пр ежнос ора, передесью второг типа проводимости на по лупроводниковой подложк диэлектрического слоя н слой фоторезиста с отве ерхность по и т ьего аносят вто стиями над иковой под я легирова слой фотоповерхностью полупроводложки, а после проведенния через эти отверстиярезиста удаляют. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫХТРАНЗИСТОРОВ, включающий нанесение наповерхность полупроводниковой подложки первого типа проводимости первогои второго диэлектрических слоев издвуокиси и нитрида кремния и первогослоя фоторезиста, формирование в нихотверстий, легирование через отверстия примесью первого типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки, удаление первогослоя фоторезиста, нанесение третьегодиэлектрического слоя из двуокисикремния на поверхность полупроводниковой подложки в отверстия в первоми втором диэлектрических слоях, удаление первого и второго диэлектричесегирование примесью второго типИзобретение относится к технологии изготовления полевого транзистора с обеднением и интегральных схем. Оно может быть использовано при изготовлении узкоканальных ЩП-транзис-торов с обеднением для передачи высокого уровня напряжения при малой потребляемой ими мощности и меньшей величине порогового напряжения.Известен способ изготовления поле Ового транзистора, в котором за счет использования дополнительной фотолитографической операции диффузионный (антипаразитный) слой первого типа проводимости удален от края отверстия в диэлектрическом слое и диффузионного слоя второго типа проводимости (встроенного канала). Использо-. вание этого способа позволяет исключить влияние диффузионного слоя перво- го типа проводимости на проводимость диффузионного слоя второго типа проводимости (коэффициент влияния под ложки на пороговое напряжение и на75 величину порогового напряжения) .Недостатком этого способа является низкая воспроиэводимость ширины канала из-за уходов размеров отверс-. тия в диэлектрическом слое при его травлении, Заряд на границе раздела диэлектрических слоев разной толщины влияет на проводимость диффузионного слоя второго типа проводимости, Большая площадь, занимаемая диффузионным слоем первого типа проводимости, сни- З 5 жает степень интеграции полупроводниковых схем. Наличие крутой Зысокой ступеньки в отверстии диэлектрического слоя приводит к разрывам токовецу" щих шин."Ф )Наличие положительного заряца награнице диэлектрического слоя с полупроводниковой подложкой р-типа проводимости может привести к инверсии приповерхностного слоя полупроводни ковой подложки, к 1 гунтлровянию к 1 полевого транзистора Наиболее близким техническим решением является способ изготовления по-;а.я левых транзисторов, включающий нане-. сение на поверхность полупроводнико вой подложки первого типа провоцимости первого и второго диэлектрических слоев из двуокиси и нитрида кремния и первого слоя фоторезиста, формирование в них отверстий, легировяние через отверстия примесью первого типа проводимости. приповерхностного СЛОЯ ПОЛ 1 ПРОВОДНИКОВОИ ПОДЛОЖКИ УДЯ ление первого слоя фоторезиста, нанесение третьего диэлектрического слоя из двуокиси кремния ня поверхность полупроводниковой подложки в отверсПервом и Втром цизлектри 1 еских слоях, удаление первого и Второго цизлектрических слоев, первое легирование примесью Второго типа про - ВодыГости припонерхностного слоя полупрсводниковой подложки через отверстия в третьем диэлектрическом слое, нанесение четвертого диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность Н)лупровоцниковой подложки, нанесение слоя из поликристаллического кремния ня поверхности третьего и четвертого диэлектрических слоев и формирование из него поликремниевой шины, Второе легирование примесью второго типа проводимости припав верхностного слоя полупроводниковойпоцложки с частичным перекрытием краев поликремниевой шины. Дифузионный слой первого типапроводимости является антииярязитным, третий диэлектрический слой - полевым окислом, четвертый диэлектрическийслои - подзятворным диэлектриком, поикремниевая шинаего зятВОром.лисоГизионный 0510 Й Втб,")Ого типа прО ВоцтаМО ТИ " 1 ТРОЕ ННЫМ КЯНаЛОМ, ДИф фузионные слои второго типа проводи- МОГ.и - стоком и истоком 1 ДП-транзистора с обеднением.Недостатком способе из Отовления1 тОПРВО"0 срапзисторз яв:1 лется низкая ня,ежность его работь: из-зя Влияния диффузионнОГО слОя, :срядя ня "рянице диэлектрических слОеВ невсс 1 рОиз" Воцимости размеров отверс;ия В третьем диэлектрическом спое, изменениятолщины дизлектрическо;с с)Оя ня границе примыкающей к диэлектрическомуслою ня параметры проводимости встроенного канала особенно при передаче через него ВМГ оких напряжени,.ато Щ)1 ВГ)ЦЕТ К ГЗЕПИЧЕНИЮ МСШНОС ти, потреб;.немой по:1 евым транзистором к увеличению его температуры за счет про)екяния тока стока черезучастки встроенного кяняня гримыкаюЩИЕ К 1 РИУЗНОННО)1 У СПОЮ ПЕРВОПС тнпя проводимости при низком напряжении между затВОром истОУОмЛоплОжк 1)й, При передаче ВысокоО напряжения из - за ограничения распрс странения Г)бсьст ь .Г 1 ) О с т ) Нн с т В е н н 0 ГО . я р 51а е 1 а б 0:1 ь -108543, шое расстояние через эти участки канала ток стока не протекает. Т.е.эти участки не участвуют в передаче высокого напряжения, а только потребляют мощность. 5Целью изобретения является увеличение надежности работы полевого транзистора.Цель достигается тем, что в способе изготовления полевых транзисторов,10 включающем нанесение на поверхность полупроводниковой подложки первого типа проводимости первого и второго диэлектрических слоев из двуокиси и нитрида кремния и первого слоя Фото резиста, формирование в них отверстий, легирование через отверстия примесью первого тина проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки, удаление первого слоя Фоторезиста, нанесение третьего диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой подложки в отверстия в первом и втором диэлектрических слоях, удаление пер вого и второго диэлектрических слоев, первое легирование примесью второго типа проводимости приповерхно тного слоя полупроводниковой подложки через отверстия в третьем диэлек-рическом слое, нанесение четвертого диэлектрического слоя из двуокиси кремния на поверхность полупроводниковой подложки, нанесение слоя из поликристаллического кремния на поверхности третьего и четвертого диэлектрических слоев и формирование из него поликремниевой шины, второе легирование примесью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки с частичным перекрытием краев поликремниевой шины, перед первым легированием примесью второго типа проводимости на поверхность полупроводниковой подложки и 45 третьего диэлектрического слоя наносят второй слой фоторезиста с отверстиями над поверхностью полупроводниковой подложки, а после проведения легирования через эти отверстия слой 50 Фоторезиста удаляют. На фиг. 1 показана полупроводниковая подложка первого типа проводимости после нанесения на ее поверхность 55 первого диэлектрического слоя из двуокиси кремния, второго диэлектрического слоя на нитриде кремния, первого слоя фоторезиста, формирования в этих слоях отверстий и легирования через них примесью первого типа проводимости для образования диффузионного слоя в приповерхностном слое полупроводниковой подложки; на фиг.2 третий диэлектрический слой, нанесенный на поверхность полупроводниковой подложки после удаления первого слоя фоторезиста в отверстиях в первом и втором диэлектрических слоях, после удаления первого и второго диэлектрических слоев; на фиг. 3 - дополнительное нанесение второго слоя фоторезиста и Формирование в нем отверстия над поверхностью полупроводниковой подложки после легирования примесью второго типа проводимости для формирования диффузионного слоя; на фиг, 4 - то же сечение после нанесения слоя диэлектрика и поликристаллического кремния; на фиг. 5 - продольное сечение полевого транзистора после дополнительного легирования примесью второго типа проводимости приповерхностного слоя полупроводниковой подложки для формирования диффузионного слоя с частичным перекрытием краев поликремниевой шины.Принятые обозначения: полупроводниковая подложка первого типа проводимости 1, двуокись кремния 2, нитрид кремния 3, слой фоторезиста 4, диффузионный слой 5, третий диэлектрический слой 6, второй слой фоторезиста 7, диффузионный слой 8, диэлектрический слой 9, слой поликристаллического кремния 10, диффузионные слои 11, 12. Способ изготовления полевого транзистора заключается в следующем.На поверхность полупроводниковой подложки 1 первого типа проводимости (фиг. 1) наносят первый диэлектрический слой 2 из двуокиси кремния, второй диэлектрический слой 3 из нитрида кремния и первый слой Фоторезиста 4. В этих слоях формируют отверстия, проводят легирование примесью первого типа проводимости для образования диффузионного слоя 5 в .приповерхностном слое полупроводниковой подложки 1. После чего первый слой фоторезиста 4 удаляют.На поверхности полупроводниковой подложки 1 выращивают третий диэлектрический слой б из двуокиси кремния. Поскольку нитрид кремния является маской, предотвращающей окисление по 108 ч 4слоя сосорсгоОсят ПРУГсйаП лшиною РЕВСТИЕ ШИмкм) спре транзистора этом слоеверкности полупроводниковой подложки окисел 6 (фиг. 2) выращивается толь. - ко в отверстиях. После чего удаляют первый и второй диэлектрические слои 2, 3.ЭНа поверхность полупроводниковой подложки 1 и третьего диэлектрического слоя 6 наносят второй слой фоторезиста 7 и Формируют в нем отверстия над поверхностью полупроводниковой под- Ю ложки (Фиг. 3), после легирования примесью второго типа проводимости для формирования диффузионного слоя 8 второй слой фоторезиста 1 удаляют.На поверхности полупроводниковой подложки 1 выращивают четвертыи диэлектрический слой 9 из двуокиси кремния, на поверхности третьего и четвертого диэлектрических слоев 6, 9 наносят слой поликристаллического 20 кремния 10 (фиг, 4). После формирования поликремниевой шины 10 легируют примесью второго типа проводимостк для образования диффузионных слоев 11, 12 с частичным перекрытием поли кремниевой шины 10 (Фиг, 5).Пример изготовления полевого тсанзистора.Полевой транзистор может быть изготовлен на кремниевой пслупроводнк- ксВОЙ подложке типа КДБ 20 Ориента= ции (100).Первый диэлектрический слой из двуокиси кремния выращивают толщиной 500 А при температуре 1100"С н атмосФере сухого кислорода в течение 50 мин на установке типа. АДС. Второй д:;. - электрический слой из нитрида кремния толщиною 1350 А выращивают в мо-. дернизированном реакторе пониженного давлений типа СДО/3-12 при температуре 900 С в течение 20 мин прк взаимодействии аммиака с тетрахлоркдом кремния при соотношении реагентов 50: 1.Слой Фоторезиста типа 383 ФП толщиною 1 мкм наносят на поверхность д электрического слоя из нитрида кремния, формируют отверстие н слое Фото= =,0 резиста и диэлектрических слоях. После чего легируют припсверхностный слой полупроводниковой подложки бором пу=.тем его имплантации с энергией 100 кэВ и дозой 5 МКК/см 2 на установке типа и нВезувий для образования диффузион-: ного слоя первого типа проводимости с концентрацией примеси примерно(2-6) 10 ф смПосле удаления слоя Фотсрезкста проводят локальное окисление пслупроВоднкковой подложки пгк температуре1000 С в парах воды н течение :.2 чна установке ткпа АДС: Толщина третьего цкэлектрическсготавляет 1,.4-,.8 мкм,После удаления пернс го диэлектрических слоев нан слой Фоторезиста типа 383мкм, Формируют в нем ст рина которого (например 3 деляет ширину канала ГДП- с Обеднением. Отверстие в фоторезкста размещают на расстоянии3-4 мкм От краев третьего диэлектрическогс слоя.После легирсванкя припснерхнсстнсго слоя пслпроводнкконой псдлсжки мышьяком с энергкей 100 кэВ и дозой 024 МКК/см- на установке типа "Везувии" удаляют слой Фотсрезиста. Наносят на псвРрхнссть пслупрсВсдниксВОЙ подложки четвертый диэлектрический слой из двуокиси кремния толщиноюо800-900 А путем ее окисления при тем 0пературе 1100 С в сухом ккслорсде при наличии 3% НС 1 в течение 8 мин на установке,типа СДО/3-15,Слой поликристаллического кремния тол;цкною 0 5 мкм наносят на поверх- .С ТЬ :РЕтЬЕГО И ЧЕ ВЕСТСО Г.И,ЛЕК -тнкческих ссев в реакторе понггженнсданленкя (310 - мм рт,.ст,.) при ТРмпРратуре 6.50 С В течение, ОО мин путем пиралкгического осаждения крем - из мснссклана,пегкруют его Фосфо-;,Ом кз РС. пои темпратуре 950з течение 15 мин для полученкя пс-. Верхнсс;ного сопротивления менее30 Ом/П . Формируют шину кз слоя ле 1 ВСГ НАНО Г ПС ЛИКРТ+Ста П ью.-рлт, О, еъ ;: эемеия (напркмср шириною 00 мкм)с.ц;.Вделяющей длину канала МДП - транзистспа с обеднением.егкрую Г пркпс 1 вепхнос;1 ный г Лои нс;,уносводнкковсй подложки ионной им= пггантапкеи Фасрсра с энергиек 1 ио кэВ к п-,пй 1 ООО мкКП/сд О в ,т в тр 1,;, с атмосфесе кислорода гри темпе ат,.реего диэлектрического слоя на расстояние, превышающее максимальную ширину распространения области пространственного заряда диффузионного слоя второго типа проводимости в полупроводниковую подложку, исключено влияние диффузионного слоя первого типа проводимости, заряда на границе раздела третьего и четвертого диэлектрических слоев, неоднородности толщины 10 четвертого диэлектрического слоя на пороговое напряжение и коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение, на проводимость встроенного канала. Так как ширина канала опреде ляется шириной отверстия во втором слое фотореэиста, а не шириной отверстия в третьем диэлектрическом слое и в первом слое фоторезиста, то это позволяет повысить воспроизводи мость ширины канала. Это позволяет сократить мощность, потребляемую транзистором, использовать транзисторы с меньшей шириной канала и меньшей концентрацией примеси встроенного канала при передаче через транзистор высокого напряжения, что повышает надежность работы полевого транзистора.За базовый объект принят способ ЗО изготовления полевых транзисторов с обеднением схемы обрамления электрически программируемого постоянногозапомииающего устройства типа573 РФ 2, который одновременно является и прототипом.По отношению к базовому объекту ипрототипу основным преимуществом является повышение надежности работыполевого транзистора с обеднением засчет уменьшения потребляемой им мощности разогрева кристалла, увеличения воспроизводимости ширины канала,из-за исключения влияния диффузионного слоя первого типа проводимости,заряда на границе раздела диэлектрических слоев разной толщины, неоднородности толщины подэатворного диэлектрика на пороговое напряжение икоэффициент влияния подложки на пороговое напряжение,Экспериментально на тестовых структурах показано, что за счет использования данного способа при удалении встроенного канала на 3-4 мкм пороговое напряжение уменьшается на 0,5 3, коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение уменьшается с 1,2 ВОй до 0,55 Вп, что позволило сократить мощность, потребляемую высоковольтными полевыми транзисторами на полупррводниковой подложке КДБ 20, в 2,4 раза при передаче напряжения 25 В.1085437 Корректор С, Шекмар Редактор П. Горькова Техред И.Ходанич Заказ 1328/2 Тираж 699 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. д, 4/5