Способ изготовления кмоп ис базовых матричных кристаллов (бмк)

 

Использование: микроэлектроника, способы изготовления КМОП интегральных схем (ИС) базовых матричных кристаллов (БМК) с самосовмещенным поликремниевым затвором и поликремниевой или полицидной разводкой первого уровня, может быть использовано как в цифровых, так и в аналоговых и аналого-цифровых интегральных схемах с низкой себестоимостью изготовления. Техническим результатом изобретения является реализация КМОП ИС БМК с самосовмещенным поликремниевым затвором и поликремниевой или полицидной разводкой первого уровня с минимальной себестоимостью изготовления и финишной специализацией БМК в слоях поликремниевой (или полицидной) и металлической разводок и контактных окон в межслойном диэлектрике, а также обеспечение возможности формирования прецизионных поликремниевых резисторов и изолированных конденсаторов до начала специализации ИС БМК и возможности предварительного контроля работоспособности и характеристик элементом БМК изготовителем базовых слоев БМК до начала его специализации. Сущность изобретения: в способе изготовления КМОП ИС БМК с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками и поликремниевой разводкой первого уровня, включающем формирование на поверхности полупроводниковой подложки слоев полевого и затворного диэлектриков, поликремниевых затворов и самосовмещенных с затворами истоков, стоков МОП транзисторов, слоев поликремниевой и металлической разводок, разделенных межслойным диэлектриком, после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки, одновременно формируя контуры затворов соответствующих МОП транзисторов, формируют ионным легированием самосовмещенные с затвором области истоков, стоков n- и p-типов и далее проводят фотогравировку поликремниевой разводки, причем в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и р- истоков, стоков. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, более конкретно к способам изготовления КМОП интегральных схем (ИС) базовых матричных кристаллов (БМК) с самосовмещенным поликремниевым затвором и поликремниевой или полицидной разводкой первого уровня и может быть использовано как в цифровых, так и в аналоговых и аналого-цифровых интегральных схемах с низкой себестоимостью изготовления.

Известны способы изготовления и конструкции КМОП ИС БМК с самосовмещенным поликремниевым затвором и двухуровневой металлической разводкой, включающие кроме слоя поликремниевой разводки два слоя металлической разводки, отделенных друг от друга и от поликремния двумя слоями межуровневого диэлектрика, при этом специализация (программирование) БМК осуществляется тремя или четырьмя слоями: двумя слоями металлической разводки и одним или двумя слоями контактных окон в межслойных диэлектриках.

Недостатком известных БМК с двумя уровнями металлической разводки является их технологическая сложность, приводящая к высокой себестоимости.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому является способ изготовления КМОП ИС с самосовмещенным поликремниевым затвором и одноуровневой металлической разводкой, описанный в книге: "Электронные схемы с переключаемыми конденсаторами", Ф. Аллен, Э. Санчес-Синенсио, Москва, Радио и связь, 1989 г., стр. 450.

Известный способ изготовления КМОП ИС с самосовмещенным поликремниевым затвором и одноуровневой металлической разводкой включает: формирование в полупроводниковой подложке n-типа проводимости кармана p-типа проводимости; формирование на поверхности полупроводниковой подложки слоев изолирующего и затворного диэлектриков; осаждение слоя затворного поликремния и формирование поликремниевых затворов его фотогравировкой; фотогравировку окон под истоки, стоки p-типа и их формирование ионным легированием; фотогравировку окон под истоки, стоки n-типа и их формирование ионным легированием; формирование межслойного диэлектрика окислением поликремния затворов и контактных окон его фотогравировкой; формирование слоя металла и металлической разводки его фотогравировкой.

Описанный способ изготовления КМОП ИС предполагает только один уровень разводки - металл. Однако вместе с поликремниевыми затворами может формироваться и поликремниевая разводка, при этом формирование самосовмещенных с затворами истоков, стоков (процессы фотогравировки и легирования) проводится уже после формирования поликремниевой разводки.

Следовательно, в случае использования данного технологического процесса для БМК со специализацией (программированием) в трех слоях: слое поликремниевой разводки, слое контактных окон и слое металлической разводки, для реализации этой специализации необходимо кроме трех фотогравировок программирующих слоев (поликремниевой и металлической разводок и контактных окон) дополнительно проводить фотогравировки окон под истоки, стоки n- и p-типов и их формирование ионным легированием.

Необходимость формирования истоков, стоков собственно в технологическом цикле специализации (программирования) кристалла БМК имеет следующие существенные недостатки: увеличенная длительность технологического цикла специализации кристалла БМК; невозможность определения характеристик МОП транзисторов на момент начала специализации и, следовательно, отсутствие гарантии качества изготовителя базовых слоев БМК покупателю данных базовых пластин;
необходимость наличия у изготовителя программирующих слоев (заказчика) сложного оборудования, энергоносителей, чистых помещений и других атрибутов технологического процесса для реализации фотогравировок и ионного легирования истоков, стоков;
высокое сопротивление поликремниевой разводки, значительно ухудшающее быстродействие ИС БМК и усложняющее процесс проектирования схем из-за сложности его учета при проектировании.

Кроме того, в известном технологическом процессе невозможно реализовать до начала специализации ИС (до формирования поликремниевой разводки) прецизионные поликремниевые резисторы и изолированные от подложки поликремниевые конденсаторы, необходимые для аналоговых и аналого-цифровых ИС, таких как цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи и схемы на переключаемых конденсаторах.

Недостатком КМОП ИС БМК, выполненных с использованием известного технологического процесса, является также высокое сопротивление поликремниевой разводки (до 50 Ом/квадрат).

Целью настоящего изобретения является реализация КМОП ИС БМК с самосовмещенным поликремниевым затвором и поликремниевой или полицидной разводкой первого уровня с минимальной себестоимостью изготовления и финишной специализацией БМК в слоях поликремниевой (или полицидной) и металлической разводок и контактных окон в межслойном диэлектрике.

Другой целью является обеспечение возможности формирования прецизионных поликремниевых резисторов и изолированных конденсаторов до начала специализации ИС БМК.

Дополнительной целью является обеспечение возможности предварительного контроля работоспособности и характеристик элементов БМК изготовителем базовых слоев БМК до начала его специализации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления КМОП ИС БМК с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками, и поликремниевой разводкой первого уровня, включающем формирование на поверхности полупроводниковой подложки слоев полевого и затворного диэлектриков, поликремниевых затворов и самосовмещенных с затворами истоков, стоков МОП транзисторов, слоев поликремниевой и металлической разводок, разделенных межслойным диэлектриков, после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки, одновременно формируя контуры затворов соответствующих МОП транзисторов, формируют ионным легированием самосовмещенные с затвором области истоков, стоков n- и p-типов и далее проводят фотогравировку поликремниевой разводки, причем в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и p-истоков, стоков.

В способе изготовления КМОП ИС БМК с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками, и поликремниевой разводкой первого уровня после формирования слоя затворного поликремния проводят первую фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки первого типа проводимости, одновременно формируя контуры затворов МОП транзисторов с каналами первого типа, формируют ионным легированием самосовмещенные с затвором области истоков, стоков первого типа, проводят вторую фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки второго типа проводимости, одновременно формируя контуры затворов МОП транзисторов с каналами второго типа, формируют ионным легированием самосовмещенные с затвором области истоков, стоков второго типа, и далее проводят фотогравировку поликремниевой разводки.

Или в способе изготовления КМОП ИС БМК с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками, и поликремниевой разводкой первого уровня после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки n- и p-типов проводимости, одновременно формируя контуры затворов n- и p-канальных МОП транзисторов, формируют ионным легированием через первую фоторезистивную маску самосовмещенные с затвором области стоков, стоков первого типа, формируют ионным легированием через вторую фоторезистивную маску самосовмещенные с затвором области истоков, стоков второго типа и проводят фотогравировку поликремниевой разводки.

В способе изготовления КМОП ИС БМК с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками, и полицидной разводкой первого уровня, включающем формирование на поверхности полупроводниковой подложки слоев полевого и затворного диэлектриков, поликремниевых затворов и самосовмещенных с затворами истоков, стоков МОП транзисторов, слоев полицидной и металлической разводок, разделенных межслойным диэлектриком, после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки n- и p-типов проводимости, одновременно формируя контуры затворов n- и p-канальных МОП транзисторов, последовательно осаждают слой тугоплавкого металла из группы Ti, Ta, V толщиной 0,05 - 0,15 мкм и слой поликристаллического или аморфного кремния толщиной 0,05 - 0,15 мкм, проводят фотогравировку в осажденных слоях металла и кремния окон над истоками, стоками и затворами МОП транзисторов с каналом первого типа и формируют ионным легированием их истоки, стоки, проводят фотогравировку в осажденных слоях металла и кремния окон над истоками, стоками и затворами МОП транзисторов с каналом второго типа и формируют ионным легированием их истоки, стоки и далее проводят фотогравировку полицидной разводки, причем в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и p-истоков, стоков.

В способе изготовления КМОП ИС БМК перед формированием слоев изолирующего и затворного диэлектрика могут быть сформированы высоколегированные подконтактные области истоков, стоков первого и второго типов проводимости, отстоящие от затворов на расстоянии, большем суммы величин рассовмещения слоев подконтактных областей истоков, стоков относительно затворов и боковой диффузии примеси в подконтактных областях.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображена последовательность формирования КМОП ИС БМК согласно заявляемому способу.

На фиг. 1 (а, б, в, г) изображена последовательность формирования КМОП ИС БМК с самосовмещенным с истоками, стоками поликремниевым затвором, поликремниевой разводкой и высоколегиронными подконтактными областями истоков, стоков по пп. 1, 2, 5 формулы.

На фиг. 2 (а, б, в, г) изображена последовательность формирования КМОП ИС БМК с самосовмещенным с истоками, стоками поликремниевым затвором, полицидной разводкой и формированием изолирующего диэлектрика локальным окислением с маской нитрида кремния по п. 4 формулы.

На фиг. 3 изображен вид в плане фрагмента поверхности КМОП ИС, иллюстрирующий принцип формирования истоков, стоков, поликремниевых затворов и разводки в заявляемом способе формирования КМОП ИС.

На фиг. 1, 2 приведены возможные варианты технологического процесса изготовления КМОП ИС БМК в соответствии с изобретением: с поликремниевой или полицидной разводкой первого уровня, а также с изолирующим диэлектриком, сформированным обычным окислением или локальным окислением, причем эти варианты технологических процессов могут быть использованы в любой комбинации и показаны для иллюстрации их применимости в заявляемом способе.

Последовательность изготовления КМОП ИС БМК в соответствии с заявляемым способом при использовании стандартных технологических процессов следующая:
По первому способу (п. 1, 2, 5 формулы) в полупроводниковой подложке (1) первого типа проводимости с карманом второго типа проводимости (2) известными методами формируют высоколегированные подконтактные области истоков, стоков, не примыкающие к местам расположения затворов, и области подлегирования подложки и кармана первого и второго типов (3, 4), а на поверхности подложки формируют слои изолирующего (5) и затворного (6) диэлектриков, а также слой затворного поликремния (7) (фиг. 1а).

Или по второму способу (п. 4 формулы) в полупроводниковой подложке (1) первого типа проводимости с карманом второго типа проводимости (2) известными методами формируют технологическую маску нитрида кремния, формируют фоторезистивные маски и проводят ионное легирование областей подлегирования подложки и кармана первого и второго типов (3, 4), а на поверхности подложки формируют локальным окислением слой изолирующего (5) диэлектрика, удаляют нитридную маску и формируют на ее месте слой затворного диэлектрика (6), далее осаждают слой затворного поликремния (7) (фиг. 2а).

Далее по первому способу (п. 1, 2 формулы) проводят первую фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки первого типа проводимости, одновременно формируя контуры затворов МОП тразисторов с каналами первого типа (8), формируют ионным легированием самосовмещенные с затвором области истоков, стоков первого типа (9) (фиг. 1б), проводят вторую фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки второго типа проводимости, одновременно формируя контуры затворов МОП транзисторов с каналами второго типа (10), формируют ионным легированием самосовмещенные с затвором области истоков, стоков второго типа (11) (фиг. 1в).

Или по второму способу (п. 4 формулы) проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки n- и p-типов проводимости, одновременно формируя контуры затворов n- и p-канальных МОП транзисторов (8), последовательно осаждают слои тугоплавкого металла из группы Ti, Ta, V толщиной 0,05 - 0,15 мкм и поликристаллического или аморфного кремния толщиной 0,05 - 0,15 мкм (9), проводят фотогравировку в осажденных слоях металла и кремния окон над истоками, стоками и затворами МОП транзисторов с каналом первого типа и формируют ионным легированием их истоки, стоки (10) (фиг. 2б), проводят фотогравировку в осажденных слоях металла и кремния окон над истоками, стоками и затворами МОП транзисторов с каналом второго типа и формируют ионным легированием их истоки, стоки (11) (фиг. 2в).

Далее и по первому, и по второму способам проводят фотогравировку поликремниевой (или полицидной) разводки, оставляя участки разводки (12), причем в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и p-истоков, стоков, формируют межслойный диэлектрик и известными методами проводят фотогравировку контактных окон и формируют металлическую разводку (фиг. 1г, 2г).

На фиг. 3 изображен вид в плане фрагмента поверхности КМОП ИС, иллюстрирующий принцип формирования истоков, стоков, поликремниевых затворов и разводки в заявляемом способе формирования КМОП ИС, а именно при проведении фотогравировки поликремниевой разводки в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и p-истоков, стоков, для обеспечения их защиты фоторезистивной маской при вытравливании поликремния (или полицида) разводки.

Использование в заявляемом способе изготовления КМОП ИС в качестве разводки первого уровня полицида (то есть поликремния, шунтированного по его верхней поверхности слоем силицида металла), в соответствии с п. 4 формулы, позволяет повысить быстродействие ИС за счет снижения слоевого сопротивления разводки первого уровня с 20 - 50 до 0,5 - 2 Ом/квадрат, а также улучшить точностные характеристики аналоговых схем в аналого-цифровых ИС и бывает полезно, хотя это и ведет к некоторому усложнению технологии изготовления ИС. Верхний слой аморфного или поликристаллического кремния формируют в едином цикле со слоем металла в бескислородной среде или в вакууме для защиты металла от окисления в процессе последующих технологических обработок. Толщина слоя металла 0,05 - 0,15 мкм ограничена сверху общей толщиной слоя полицидной разводки, а снизу необходимостью обеспечения достаточно низкого слоевого сопротивления.

Дополнительное упрощение технологического процесса может быть достигнуто использованием в качестве межслойного диэлектрика термического окисла, полученного термическим окислением поликремния разводки, аналогично прототипу, однако этот ведет к ухудшению скоростных характеристик ИС из-за увеличения паразитных емкостей между двумя уровнями разводки.

Заявляемый технологический процесс позволяет формировать изолирующий диэлектрик как обычным окислением, так и использованием локального окисления с маской нитрида кремния, при этом технология локального окисления более сложна, но позволяет улучшить быстродействие ИС. Следует отметить, что при использовании технологии локального окисления, области подлегирования подложки могут быть выполнены только под изолирующим окислом и не могут быть сильно легированными, что может быть существенным ограничением для аналоговых и аналого-цифровых ИС. Напротив, использование изолирующего диэлектрика, полученного обычным окислением, с последующей фотогравировкой в нем окон под активные области МОП транзисторов, предполагает предварительное формирование областей подлегирования подложки (кармана), которые могут быть как под изолирующим, так и под затворным диэлектриком и могут быть высоколегированными, следовательно, вместе с областями подлегирования подложки (кармана) могут быть созданы дополнительные высоколегированные области истоков, стоков, не примыкающие к затворам, в соответствии с п. 5 формулы.

Дополнительные высоколегированные области подлегирования подложки и истоков, стоков, не примыкающие к затворам, могут использоваться в качестве дополнительного уровня разводки, например, для подведения питания, обеспечивая существенную экономию площади кристалла как в цифровых, так и в аналого-цифровых ИС.

Следует отметит, что заявляемый способ изготовления КМОП ИС БМК совместим с технологией изготовления высококачественных поликремниевых резисторов по заявкам N 93039176 и N 96114384 и позволяет формировать прецизионные поликремниевые резисторы и изолированные от подложки конденсаторы до начала процесса специализации ИС, что необходимо для аналоговых и аналого-цифровых ИС БМК.

Таким образом, заявляемый способ позволяет реализовать КМОП ИС БМК с поликремниевым затворов, самосовмещенным с истоками, стоками, поликремниевой или полицидной разводкой первого уровня и финишной специализацией БМК в слоях поликремниевой (полицидной) и металлической разводок и контактных окон при минимальной себестоимости изготовления (без применения дополнительных слоев и фотогравировок). При этом за счет того, что процесс специализации ИС БМК осуществляется, в отличие от аналогичных известных технологий, уже после полного формирования КМОП транзисторов, процесс специализации ИС БМК максимально упрощен и имеет минимальную длительность, кроме того появляется возможность проверки работоспособности уже сформированных КМОП элементов на тестовых структурах и, следовательно, гарантировать для заказчика базового кристалла работоспособность и характеристики КМОП элементов.

Таким образом, заявляемый способ изготовления КМОП ИС БМК с самосовмещенным поликремниевым затвором и поликремниевой (полицидной) разводкой обладает новизной, может быть реализован и позволяет обеспечить специализацию кристалла с использованием слоя поликремниевой (или полицидной) разводки после завершения формирования КМОП структур и при необходимости прецизионных поликремниевых резисторов и конденсаторов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления КМОП ИС базовых матричных кристаллов (БМК) с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками и поликремниевой разводкой первого уровня, включающий формирование на поверхности полупроводниковой подложки слоев полевого и затворного диэлектриков, поликремниевых затворов и самосовмещенных с затворами истоков, стоков МОП транзисторов, поликремниевой и металлической разводок, разделенных межслойным диэлектриком, отличающийся тем, что после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки, одновременно формируя контуры затворов соответствующих МОП транзисторов, формируют ионным легированием самосовмещенные с затворами истоки, стоки n- и p-типов и далее проводят фотогравировку поликремниевой разводки, причем в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и p-истоков, стоков.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после формирования слоя затворного поликремния проводят первую фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки первого типа проводимости, одновременно формируя контуры затворов МОП транзисторов с каналами первого типа, формируют ионным легированием самосовмещенные с затворами истоки, стоки первого типа, проводят вторую фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки второго типа проводимости, одновременно формируя контуры затворов МОП транзистора с каналами второго типа, формируют ионным легированием самосовмещенные с затворами истоки, стоки второго типа и далее проводят фотогравировку поликремниевой разводки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки n- и p-типов проводимости, одновременно формируя контуры затворов n- и p-канальных МОП транзисторов, формируют ионным легированием через первую фоторезистивную маску самосовмещенные с затворами истоки, стоки первого типа, формируют ионным легированием через вторую фоторезистивную маску самосовмещенные с затворами истоки, стоки второго типа и проводят фотогравировку поликремниевой разводки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед формированием слоев изолирующего и затворного диэлектриков, формируют высоколегированные подконтактные области истоков, стоков первого и второго типов проводимости, отстоящие от затворов на расстоянии, большем суммы величин рассовмещения слоев подконтактных областей истоков, стоков относительно слоя затворов и боковой диффузии примеси в подконтактных областях.

5. Способ изготовления КМОП ИС базовых матричных кристаллов (БМК) с поликремниевыми затворами, самосовмещенными с истоками, стоками и полицидной разводкой первого уровня, включающий формирование на поверхности полупроводников подложки слоев полевого и затворного диэлектриков, поликремниевых затворов и самосовмещенных с затворами истоков, стоков МОП транзисторов, полицидной и металлической разводок, разделенных межслойным диэлектриком, отличающийся тем, что после формирования слоя затворного поликремния проводят фотогравировку в затворном поликремнии окон под истоки, стоки n- и p-типов проводимости, одновременно формируя контуры затворов n- и p-канальных МОП транзисторов, последовательно осаждают слой тугоплавого металла из группы Ti, Ta, V толщиной 0,05 - 0,15 мкм и слой поликристаллического или аморфного кремния толщиной 0,05 - 0,15 мкм, проводят фотогравировку в осажденных слоях металла и кремния окон над истоками, стоками и затворами МОП транзисторов с каналом первого типа и формируют ионным легированием их истоки, стоки, проводят фотогравировку в осажденных слоях металла и кремния окон над истоками, стоками и затворами МОП транзисторов с каналом второго типа и формируют ионным легированием их истоки, стоки и далее проводят фотогравировку полицидной разводки, причем в рисунке разводки выполняют фигуры, перекрывающие уже сформированные поликремниевые затворы на величину более максимального рассовмещения слоя разводки относительно слоев n- и p-истоков, стоков.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что перед формированием слоев изолирующего и затворного диэлектриков формируют высоколегированные подконтактные области истоков, стоков первого и второго типов проводимости, отстоящие от затворов на расстоянии, большем суммы величин рассовмещения слоев подконтактных областей истоков, стоков относительно слоя затворов и боковой диффузии примеси в подконтактных областях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3