Способ изготовления структур больших интегральных кмоп схем

)з) ЬЗ. шатен СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) г 1 ц ОПИСАНИЕ(71) Научно-исследовательский институт электронной техники(73) Научно-исследовательский институт электронной техники(56) Патент США 84385947,кл. Н 01.21/22, 1983.йепгт)ап ФН, йацсйцвв .Е "Нагсегт)пд о 1Согппчегоа СМОЗ РВОМЗ пВ Роувсоп йаЫе пйе" ЕЕЕ Тгапяасбопв оп )цсеаг Ваепсе, чо. й 3-32, И 6, 1985, рр,4036-4039.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КМОП СХЕМ (57) Использование: микроэлектроника, для изготовлейия БИС КМОП, использующих в качестве межсоединений поликремниевые слои, легированные донорными примесями с целью повышения надежности и улучшения воспроизводимости Сущность изобретения: способ включает формирование(51) 6 Н 01 Ь 21 82 2на кремниевой структуре, содержащей полевые и затворные области и первый уровень попикремниевых межсоединений, активных областей и-типа создание изолирующего слоя для второго уровня поликремния путем селективного окисления областей и-типа и поликремния с последующим отжигом, формирование активных областей р в ти, вскрытие контактных окон только к областям и-типа и поли- кремнию с одновременным вскрытием окон на участках контактирования металлизации с областями и-типа и поликремния, формируют разводку второго уровня поликремния, расположенную только над областями п-типа, и поликремния первого уровня с одновременным созданием попикремниевых областей на участках контактирования металлизации с областями и-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 р-типа и поликремнию и наносят металлизацию,30 35 40 50 55 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 метаплизацию, 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 иоликремниевых межсоединений, формируют активные области двух типов проводимости, создают слой изоляции второго уровня попикремния, вскрывают контактные окна для подключения слоя второго уровня поликремниевцх 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 и-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 и - р-переходов активных областей и повышение пробивного напряжения межслойнойизоляции,5 10 15 20 25 Постав,", : ная 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 и-типа формируют перед созданием изолирующего слоя дпя второго уровня поликремния, изолирующий слой для второго уровня поликремния создают селективным окислением областей и-типа и поликремния с последующим отжигом, затем формируют активные области р-типа, вскрывают контактные окна одновременно к областям и- типа, к поликремнию и к участкам контактирования металлизации с областями и-типа и поликремния, проводят подтравливание контактных окон, формируют второй уровень поликремниевой разводки над областями и-типа и поликремния первого уровня, одновременно создавая поли- кремниевые области на участках контактирования металлиэации с областями и-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 и-типа используют примесь мышьяка, так как она позволяет формировать сток-истоковые области малой глубины. При этом для активации внедренной примеси мышьяка необходимо испольэовать высокотемпературный отжиг при температуре около 1000 С. Поэтому, чтобы предотвратить глубокую диффузию примеси бора, легирующую области р-типа (коэффициент диффузии бора значительно превышает коэффициент диффузии мышьяка), активные диффузионные области и-типа формируют до легирования областей р-типа.Изоляцию второго уровня поликремния формируют термическим окислением поли- кремния первого уровня и активных областей и-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 приводитк глубокой диффузии примеси бора, а пол- последующем легировании областей р-тиучение изоляцииравномерной толщины на па, Кроме того, формирование более тонко-поликремниевых и активных областях двух го оксида кремния на областях р-типа типов проводимости затрудняет формиро-необходимо для облегчения одновременнование контактов металлизации при исполь го вскрытия контактных областей металлизовании дополнительныхучастков зации к участкам второго уровня поликремния второго уровня над контакт- поликремния и активных областей р-типа, ными областями. Использование низких Так как на активных областях акцепторной температур окисления приводит к необхо- проводимости изолирующий слой оксида димости проводить выращивание изолиру кремния имеет малую толщину, то полиющего оксида кремния во влажной кремниевыешинывторогоуровнянераспоатмосфере,Однакоприэтомпроисходитде- лагаются над этими участками, чтобы градация проводимости областей и-типа из- исключить замыкания поликремний - обэа включения части легирующей примеси ласть р-типа.мышьяка в объем быстрорастущего оксида 15 Поликремний второго уровня разводки кремния и накопления атомов мышьяка на легирован(полностью или частично) фосфогранице оксид-кремний с переходом этих ром, поэтому контактные окна для подклюатомов в неактивное состояние. Например, чения второго уровня поликремния при окислении активных областей, легиро- формируют только к областям и-типа и по- ванных ионами мышьяка дозой 1000 20 ликремнию первого уровня, При этом конмкКул/см при 800 С в атмосфере влажного тактные окна вскрывают также и на участках2 окислорода в течение 90 мин, поверхностное подключения алюминиевой металлизации к сопротивление легированных областей со- областям и-типа и поликремнию первого ставляет 80 Ом/квадрат при толщине окси- уровня и формируют над этими контактныда кремния 0,3 мкм. При формировании ми окнами буферные участки слоя поли- оксида кремния такой же толщины при кремния второго уровня, Создание таких 1000 С поверхностное сопротивление обла- областей проводится одновременно с форстей и - типа равно 40 Ом/квадрат, мированием разводки второго уровня поли Поэтому создание межслойной изоля- кремния. Таким образом, контактирование ции второго уровня поликремния проводит- металлизации с областями и-типа и полися перед легированием областей р-типа с кремния первого уровня осуществляется использованием селективного низкотемпе- только через буферный слой второго слоя ратурного окисления в атмосфере влажного поликремния, При этом исключается прожикислорода с последующим высокотемпера- гание алюминием мелких переходов облатурным отжигом для снижения сопротивле стей п-типа и упрощается технологический ния областей п-типа, Например, при отжиге процесс вскрытия контактных окон, так как при температуре 1000 С в течение 30 мин, устраняется требование высокой селективв атмосфере сухого кислорода. после выра- ности травления изоляции металлизации по щивания оксида кремния толщиной 0,3 мкм отношению к легированным кремнию и попри 800 С сопротивление легированных 40 ликремнию и необходимость поддержания мышьяком областей снижается с 80 до 40 - точного времени травления и/или высокой 45 Ом/квадрат. равномерности по толщине диэлектричеРежим выращивания изолирующего ок- ской изоляции. Слой поликремния второго сида кремния и последующего оксида крем- уровня легирован фосфором, поэтому прония и последующего отжига областей исходит дополнительное легирование дои-типазависитотконкретныхтребованийк норной примесью областей и-типа и электрофизическим параметрам слоя изо- поликремнияйервогоуровня вучасткахконляции и диффузионных областей(пробивно- тактирования, что снижает сопротивление го напряжения, сопротивления, глубины контактов, Для повышения воспроизводи- перехода, допустимого времени травления 50 мости контактов и дополнительного снижеконтактных окон и т.п.), а также режимов ния их Сопротивления непосредственно легирования диффузионных областей. перед осаждением второго слоя поликремПри этом выращивание изолирующего ния производят кратковременное (2 - 15 с) оксида кремния необходимо проводить се- травление оксида кремния в контактных оклективно, получая на легированных донор нах, образование которого возможно при ной примесью активных областях и выполнении технологических операций (наполикремнии слой оксида кремния толщи- . пример, удаление фоторезиста), следующих ной около 0,3 мкм, а на легированных актив- за операцией травления изоляции второго ных областях - 0,05 - 0,08 мкм, чтобы уровня поликремния.Дополнительноетрэвисключить маскирование ионов бора при ление производят в травителе на основеплавиковой кислоты. Так как время травления мало, то ухудшения изолирующихсвойств межслойного диэлектрика практически не происходит,Формирование буферных областей второго уровня поликремния на контактных окнах подключения металлизации ивыполнение операции кратковременногоподтравливания контактных окон позволяетповысить качество омических контактов.Формирование изоляции металлизациис помощью последовательного созданияслоев оксида кремния (такой слой возможносформировать как с помощью термическогоокисления, так и с помощью пиролитического осаждения) и фосфорно-силикатногостекла позволяет повысить диэлектрические защитные свойства изоляции. Крометого, изолирующий слой оксида кремния позволяет исключить неконтролируемую дифФузию Фосфора из слоя Ф,СС припроведении его термических обработок (например, оплавления) в элементы БИС, несодержащие фосфора (например, в областир-типа или в нелегированные участки поликремния второго уровня, которые используются в качестве высокоомных нагрузочныхрезисторов в ячейках памяти БИС статических ОЗУ).Так как над всеми контактами к участкам и-типа и первому поликремнию расположены области поликремния второгоуровня, то контакты алюминиевой металлизации вскрывают только к областям р-типаи поликремнию второго уровня. При этомтолщина изоляции металлизации над областями р-типа на 0,03 - 0,08 мкм (в зависимости от режимов селективного окисленияи-областей) превышает толщину изоляциинад участками второго слоя поликремния,Однако по сравнению с общей толщинойизоляции (0,7 - 1,0 мкм) такое увеличениетолщины диэлектрика мало и практическине приводит к перетравливанию слоя поликремния второго уровня,Таким образом, формирование изоляции металлизации с помощью слоев кремния и фосфорно-силикатного стеклаповышает надежность и улучшает воспроизводимость параметров БИС.Ниже приводится конкретный примеросуществления способа,На кремниевой подложке, содержащейобласти р-типа для формирования активныхобластей р-типа, стандартным способомформируют полевые затворные области ипервый уровень поликремниевых межсоединений, легированных фосфором.Создают Фоторезистивную маску, закрывающую активные облэсти р-типа, и ле 50 типа и поликремния первого уровня для соединения буферных участков поликремния второго уровня с областями, легированными донорной примесью, При этом такие контакты не .участвуют в Формированиимежсоединений слоя второго уровня поли- кремния, Снимают фоторезист и после химобрэботки проводят дополнительное вытравливэние оксида кремния в областях контактов в растворе плэвиковой кислоты (1;20) в течение 2 с и последующую промывгируют аконые области п-типа ионами мышьяка энергией 100 кэВ и дозой 1000 мкКул/см . Снимают фоторезистивную мас 2ку, проводят химобработку, выполняют 5 предварительную активацию примесимышьяка при 950 С в течение 30 мин и выращивают изолирующий оксид кремния при 800 С в течение 90 мин в среде водяного пара с кислородом, При этом происходит 10 селективное окисление областей и-типа иполикремния с образованием оксида кремния толщиной 0,3 мкм. При этом на нелегированных областях, в которых в последующем формируются области р-типа, 15 образуется оксид кремния толщиной около0,05 мкм, который является проницаемым для ионов бора, легирующих активные области р-типа, После выращивания изолирующего оксида кремния сопротивление 20 диффузионных областей и-типа составляетоколо 80 Ом/квадрат. Для снижения поверхностного сопротивления областей и-типа и уплотнения низкотемпературного оксида кремния, который изолирует поликремний 25 второго уровня от активных областей и-типаи поликремния первого уровня, проводят отжиг при 1000 С в течение 30 мин в атмосФере кислорода. При этом окончательно Формируются активные диффузионные об ласти п-типа, а поверхностное сопротивление этих областей снижается до 40 - 45 Ом/квадрат, формируют фоторезистивную маску, закрывающую области и-типа и легируют ионами бора с энергией 40 кэВ и дозой 35 200 мкКулсм области р-типа,Далее, после снятия фоторезиста и химобрэботки Формируют фоторезистивную маску для вскрытия контактных областей и проводят травление изолирующего оксида 40 кремния. При этом формируются контактные окна только к областям и-типа и поли- кремния первого уровня. Контактные окна служат для подключения второго слоя поли- кремния к областям поликремния первого 45 уровня и активным областям п-типа, т,е, дляформирования разводки поликремния второго уровня, Контактные окна также вскрывают на всех участках подключения металлизации к диффузионным областям и10 1790316 Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я 55 левые, затворные области и первыйСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР уровень поликремниевых межсоедине БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МОП. ний, активных областей двух типов про- СХЕМ, включающий формирование на водимости, создание изолирующего слоя кремниевой структуре, содержащей по для второго уРовня поликремния,кувдеионизованной воде, Такуюобработку второго уровня от диффузии фосфора из проводят непосредственно перед осажде-слоя ФСС, Слой оксида кремния также понием поликремния второго уровня для уда- вышает пробивное напряжение изоляции ления остаточного оксида кремния вметаллизации. Формируют фоторезистивконтактных окнах, что йовышает качество и 5 ную маску и вскрывают контактные окна для воспроизводимость контактов. Осаждают подключению металлизации, Травление окслой поликремния второго уровня толщину сида кремния и ФСС проводят плазмохими,3 мкм. Осаждение проводят в реакторе ческим методом с селективностью по пониженного давления путем разложения отношение к кремнию 4:1-5:1, При этом моносилана. 10 формируются контактные окна к областямС помощью фоторезистивной маски се- р-типа и буферным поликремниевым облалективно легируют участки поликремния стям, Так как на областях р-типа располовторого уровня фосфором с дозой 1000 жен, кроме слоев оксида кремния и ФСС, мкКул/см и энергией 100 кэВ(легирование слой термического оксида кремния толщиполикремния возможно проводить также 15 ной 0,05 мкм, образовасшийся в процессе без использования маски фоторезистов, в селективного выращивания изоляции поли- зависимости от функционального назначе- кремния второго уровня, то при травлении ния поликремниевой разводки, а в качестве контактные окна к областям поликремния легирующей примеси возможно использо- вскрываются раньше, чем к областям р-тиватьи другие донорные примеси), снимают 20 па, Это предотвращает затравливание фоторезисти после химобработки проводят кремниевых областей. Однако, так как толактивацию примеси при 950 С в течение 30 щина изоляции над областями поликремния мин в атмосфере кислорода. При этом про- лишь незначительно меньше, чем над облаисходит дополнительное легирование уча- стями р-типа, то затравливание поликремстков областей и-типа и поликремния 25 ниевых участков также практически не первого уровня, расположенных в местах происходит. Далее снимают фоторезист и контактов, стандартными методами формируют алюДалее формируют фоторезистивную ма- миниевую металлизацию.ску и плазмохимическим травлением созда- Предложенный способ, благодаря форют межсоединения второго уровня 30 мированию изоляции второго уровня полиполикремния и буферные области над кон- кремния с помощью селективного тактами металлизации, которые не являют- окисления областей и-типа и поликремния ся шинами поликремниевой разводки первого уровня с последующим высокотемвторого уровня. пературным отжигом позволяет получатьПоликремниевые области не располага величину пробивного напряжения изолируются над областями р-типа, так как они за- ющего диэлектрика больше 40 В и активные щищены только оксидом толщиной около диффузионные области с поверхностным 0,05 мкм, а травление поликремния ведется сопротивлением не более 50 Ом/квадрат. в течение времени, превышающего время, Создание дополнительных буферных участдостаточное для вытравливания поликрем ков поликремния второго уровня над конниевогослоя. Это необходимодляустране- тактными областями металлизации к ния замыканий в слое поликремния второго активным областям п-типа и поликремнию уровня из-за остатков поликремния в углуб- первого уровня позволяет исключить про- лениях поверхностного рельефа структур. жигание алюминиевой металлизации и-рСнимают фоторезист, проводят химобра переходов активных областей, ботку и осаждают слой пиролитического ок- Формирование изоляции металлизации с сида кремния толщиной 0,2 мкм. Далее помощью слоев оксида кремния и фосфор- осаждают слой пиролитического фосфорно- но-силикатного стекла позволяет получать силикатного стека толщиной 0,7 мм и прово- величину пробивного напряжения изоляции дят его оплавление при 1000 С в течение 10 50 более 60 В и исключить неконтролируемую мин в атмосфере кислорода. При этом слой диффузию фосфора из слоя ФСС в нижерасоксида кремния защищает области р-типа и положенные топологические элементы нелегированные участки слоя поликремния БИС,1790316 12Составитель Н.Мещеряков Техред М.Моргентал, Корректор М.Куль Редактор О.Стенина Заказ 919 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 вскрытие контактных окон, формирование второго уровня поли кремниевой разводки, создание изолирующего слоя для металлизации, повторное вскрытие. 5 контактных окон и формирование ме-; таллизации, отпиюаащийся тем, что, с" - целью повышения надежности и улуч-,.шения воспроизводимости параметров.- БИС за счет исключения прожигания10алюминиевой металлизацией п-р-перехо-, дов активных областей и повышение пробивного напряжения межслойной изоляции, активные области и-типа формируют перед созданием изолирующего 15 слоя для второго уровня поликремнияизолирующий слой для второго уровня, поликремния создают селективным окис- лением областей и-типа и поликремния 1с последующим отжигом, затем формируют активные области р-типа, вскрывают контактные окна одновременно к областям п-типа, к поликремнию и к участкам контактирования металлизации с областямии-типа и поликремния, проводят подтравливание контактных окон, формируют второй уровень поли- кремниевой разводки над областями и- типа и поликремния первого уровня, одновременно создавая поликремниевые области на участках контактирования металлизации с областями и-типа и поликремния, йзолирующий 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 поликремнию второго уровня,