Способ изготовления приборов с зарядовой связью с виртуальной фазой

 

Изобретение относится к способам изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве интегральных схем и полупроводниковых приборов различного назначения. Сущность: способ включает операции окисления, фотолитографии, ионного легирования и термического отжига. При этом после окисления наносят высокоомный поликремний, в котором последовательно вскрывают окна над легируемыми областями, начиная с области с максимальным уровнем легирования. После каждого вскрытия окон проводят ионное легирование, затем проводят одновременный термический отжиг легированных областей. После этого формируют проводящий слой, вскрывают окна над областью виртуальной фазы и легируют примесью противоположного типа проводимости с последующим активирующим отжигом. Технический результат: повышение эффективности производства при одновременном упрощении процесса изготовления, увеличении степени интеграции и процента выхода годных. 1 ил.

Изобретение относится к способам изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве интегральных схем и полупроводниковых приборов различного назначения.

Известен способ формирования приборов с переносом заряда, включающий операции окисления, фотолитографии и ионного легирования [1].

Недостатками этого способа являются низкие радиационная стойкость, степень интеграции и процент выхода годных, сложность процесса изготовления приборов. Связано это с использованием легированного поликремния в многослойной технологии с большим числом операций, связанных с термообработками и многократными совмещениями в процессе формирования структуры прибора.

Известен способ формирования прибора с переносом заряда, включающий операции окисления, фотолитографии и ионного легирования [2].

Недостатками этого способа являются низкие радиационная стойкость, степень интеграции и процент выхода годных, сложность процесса изготовления приборов. Низкая стойкость к воздействиям радиационных излучений обусловлена использованием при создании электродной структуры сильнолегированного поликремния. Неконтролируемые растравы при нормировании многослойной структуры приводят к увеличению технологических допусков и существенно снижают степень интеграции. Сложность совмещения, неконтролируемость растравов, значительное число операций, связанных с термообработками, существенно усложняют процесс изготовления и приводят к снижению вероятности получения годных приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования прибора с виртуальной фазой, включающий операции окисления, фотолитографии и ионного легирования [3].

К недостаткам его относятся низкая радиационная стойкость из-за использования в структуре прибора сильнолегированного поликремния; ограничения по степени интеграции, связанные с большими технологическими допусками и низкой точностью совмещения; сложность процесса изготовления и низкий процент выхода из-за большого числа операций, связанных с термообработками, многократных нанесений маскирующих слоев, не несущих функциональных свойств в приборе, и большого числа совмещений при формировании сложного профиля легирования в подложке.

Целью изобретения является повышение радиационной стойкости при одновременном повышении степени интеграции, выхода годных и упрощении процесса изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования прибора с виртуальной фазой, включающем операции окисления, фотолитографии и ионного легирования, после формирования изолирующего слоя наносят высокоомный материал, в котором последовательно вскрывают окна над легируемыми областями и осуществляют ионное легирование сначала последовательно в области структуры с максимальными уровнями легирования, затем одновременно во все легируемые области, причем дозы последующих легирований кратны дозе первого, и в завершение проводят термический отжиг, совмещенный с геттерированием, после чего формируют проводящий, слой, вскрывают окна над областью виртуальной фазы с последующим легированием примесью другого типа проводимости и фотонным отжигом.

Повышение радиационной стойкости, помимо использования высокоомного полупроводника при формировании электродной структуры, обеспечивается изменением порядка выполнения операций за счет того, что все операции, связанные с высокотемпературными обработками, выполняются в начале процесса изготовления, до геттерирования. Все последующие теормообработки проводятся при более низких температурах и не вносят дефектов, являющихся причиной деградации характеристик прибора при радиационных воздействиях. Степень интеграции повышается вследствие отсутствия ограничений по точности совмещения и растраву материалов электродов. Сокращение числа операций, связанных с термообработками, снижение их температуры, исключение операций контроля уровней легирования в связи с повышенной воспроизводимостью легирования при отжиге всех слоев однотипной примеси в едином процессе и введение фотонного отжига для активации акцепторной примеси в области виртуальной фазы существенно упрощают процесс изготовления и увеличивают выход годных.

Известен способ изготовления приборов с переносом заряда, в котором для обеспечения повышенной радиационной стойкости высокотемпературные обработки проводят в начале технологического маршрута /4/. Однако это приводит лишь к повышению устойчивости к определенным видам воздействия, вызывающим деградацию границы раздела подложка-изолятор, и не обеспечивают достижения уровня стойкости, присущего структурам с металлическими затворами, не говоря уже об отсутствии возможности повышения степени интеграции, упрощения процесса изготовления и повышения выхода годных.

Способ изготовления с использованием в электродной структуре высокоомного полупроводника в этом отношении существенно отличается от известных и, следовательно, обеспечивает достижение новых технических свойств.

На чертеже показан способ изготовления прибора с виртуальной фазой.

Прибор с виртуальной фазой изготавливается с использованием известных (стандартных) технологических методов, приемов и режимов.

Рассмотрим пример реализации технологического цикла способа изготовления прибора с виртуальной фазой. Исходным материалом служит кремний с концентрацией акцепторов 10¹⁵-5·10 ¹⁶ см^-3. В приповерхностной области формируется скрытый n-канал, а также р⁺-стоп-каналы. Затем путем термического окисления выращивают подзатворный окисел толщиной 0,06-0,1 мкм. На поверхность окисла наносят слой нелегированного поликремния, в котором методами фотолитографии и химического травления последовательно вскрывают окна над областями с максимальными уровнями легирования и после каждого вскрытия осуществляют ионное легирование фосфором энергии ионов в этих процессах 100 кэВ, доза 10¹² см^-2 и 5·10¹¹ см^-2 (0,16 мкКл/см² и 0,08 мкКл/с² ), соответственно (позиции а, б). Затем вскрываются окна над всеми легируемыми областями и проводится ионное легирование фосфором - 180 кэВ, 5·10¹¹ см (0,08 мкКл/см^-2 ) (позиция в). После чего проводится термообработка (разгонка) примесей в сочетании с геттерированием.

В завершение наносят слой алюминия, в котором вскрывают окна над областью виртуальной фазы, и проводят ионное легирование бором - 31 кэВ, 1,2·10 ¹³ см^-2 (около 1 мкКл/см²) (позиция г). Для активации акцепторной примеси проводится фотонный отжиг. Одновременно выполняются операции по изготовлению входных и выходных диффузионных областей.

Описанный способ изготовления позволяет получать приборы с переносом заряда с виртуальной фазой, близкие по радиационной стойкости к КМОП интегральным схемам с металлическими затворами.

Технико-экономическая эффективность способа формирования прибора с виртуальной фазой заключается, помимо упрощения процесса изготовления и снижения стоимости производства, в улучшении эксплуатационных характеристик аппаратуры и телевизионных систем за счет повышения степени интеграции и радиационной стойкости, в расширении их функциональных возможностей и, следовательно, областей применения.

Экономический эффект в настоящее время оценить не представляется возможным из-за отсутствия базы для сравнения, так как приборы с виртуальной фазой в нашей стране не выпускаются.

Источники информации

1. К.Секен, М.Томпсет. Приборы с переносом заряда. М.: Мир, 1978, с.39-41.

2. А.Н.Марков, Г.Я.Пригожин, В.И.Смирнова. Матричная фоточувствительная схема с зарядовой связью типа К1200ЦМ2, Электронная промышленность 7, 1982, с.13-17.

3. Патенты США № 2021313, 10.05.78, НКИ H 01 L 29/78.

4. Приборы с зарядовой свзью, под ред. Д.Ф.Барба, М.: Мир, 1982, с.225-228.

Формула изобретения

Способ изготовления приборов с зарядовой связью с виртуальной фазой, включающий операции окисления, фотолитрографии, ионного легирования и термического отжига, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности производства при одновременном упрощении процесса изготовления, увеличения степени интеграции и процента выхода годных, после окисления наносят высокоомный поликремний, в котором последовательно вскрываются окна над легируемыми областями, начиная с области с максимальным уровнем легирования, после каждого вскрытия окон проводят ионное легирование, затем проводят одновременный термический отжиг легированных областей, после чего формируют проводящий слой, вскрывают окна над областью виртуальной фазы и легируют примесью противоположного типа проводимости с последующим активирующим отжигом.

РИСУНКИ