Высокоомный поликремниевый резистор

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к конструкции высокоомных поликремниевых резисторов, и может быть использовано как в качестве дискретных приборов, так и в качестве элемента при создании больших и сверхбольших интегральных схем различного назначения. Поликремниевый резистор содержит область поликремния на изолирующем ее от подложки и элементов интегральной схемы диэлектрике, высоколегированные области контактов резистора, легированный слой в теле резистора, полученный после формирования металлизации, отожженный при сравнительно низкой температуре (250°С÷850°С) и поэтому имеющий ограниченную глубину, меньшую, чем толщина поликремниевого слоя. Заявляемая конструкция позволяет получать большие поверхностные сопротивления поликремниевых резисторов с высокой точностью за счет того, что легирование тела резистора и отжиг его при сравнительно невысокой температуре проводятся после формирования металлизации, то есть легированный слой тела резистора имеет глубину, меньшую, чем толщина поликремниевого слоя. 6 ил.

 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к конструкции высокоомных поликремниевых резисторов, и может быть использовано как в качестве дискретных приборов, так и в качестве элемента при создании больших и сверхбольших интегральных схем различного назначения.

Известна конструкция резистора [1], содержащая подложку p-типа со сформированным на ней эпитаксиальным слоем n-типа, разделенным на островки изолирующей областью p-типа, со сформированными в этих островках диффузионным резистором p-типа и областями подпитки n-типа с высокой концентрацией примеси.

Однако из-за необходимости изоляции резисторов от других элементов в интегральной схеме и по причине наличия в структуре резисторов p-n перехода эта конструкция обладает следующими недостатками:

1) резисторы занимают большую площадь;

2) в резисторах появляется большая паразитная емкость;

3) максимально достижимое поверхностное сопротивление резисторов ограничено концентрацией примеси в эпитаксиальной пленке.

Известна конструкция поликремниевого резистора [2], включающая резистивный окисленный слой поликремния определенной толщины на поверхности подложки, с оксидом кремния, разделяющим границы зерен внутри поликремниевого слоя. Данному техническому решению присущ следующий недостаток:

1) Сопротивление поликремниевого резистора сильно зависит от размера зерен, который может различаться в каждом процессе осаждения поликристаллического кремния, и от градиента температуры на подложке в окислительном процессе. В результате такая конструкция не обеспечивает точного получения высоких поверхностных сопротивлений поликремниевого слоя.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является конструкция поликремниевого резистора в составе интегральной схемы [3], имеющая поликремниевый слой, легированный примесью n-типа, полученный в одном процессе с формированием затворов NMOD транзисторов с последующим отжигом. Такому техническому решению присущи следующие недостатки:

1) Наличие последующих за формированием поликремниевого резистора высокотемпературных обработок не позволяет получать высокие поверхностные сопротивления резисторов с высокой точностью и воспроизводимостью;

2) Наличие последующих за формированием поликремниевого резистора высокотемпературных обработок может привести к проникновению легирующей поликремний примеси через диэлектрик в область кремния, что может негативно повлиять на функционирование схемы, элементом которой является данный резистор.

Заявляемое изобретение решает задачу получения больших поверхностных сопротивлений поликремниевых резисторов с высокой точностью и воспроизводимостью.

Поставленная задача решается тем, что в поликремниевом резисторе, содержащем область поликремния на изолирующем ее от подложки и элементов интегральной схемы диэлектрике и высоколегированные области контактов резистора, слаболегированный слой в теле резистора создан после формирования металлизации и отожжен при сравнительно низкой температуре (250°С÷850°С), в результате слаболегированный слой в теле резистора получается ограниченной глубины, меньшей, чем толщина поликремниевого слоя. Использования идентичного или сходного конструктивного признака не обнаружено.

Изготовление поликремниевого резистора до формирования металлизации приводит к тому, что до окончания технологического маршрута структура резистора может подвергаться воздействию высокотемпературных (850°С÷1200°С) обработок. В результате глубина легированного слоя в теле резистора приближается к толщине слоя поликремния и может сравняться с ней и даже превысить ее. Кроме того, анализ вольт-амперных характеристик поликремниевых резисторов, имеющих конструкцию прототипа и заявляемую конструкцию, показывает, что различие в поверхностном сопротивлении резисторов между разными партиями пластин в первую очередь определяется размером зерна поликристаллического кремния. Размер зерна поликристаллического кремния увеличивается с ростом температуры термических обработок, в результате чего к концу технологического маршрута сопротивление поликремния заметно снижается. Указанные причины делают трудно выполнимой задачу получения резисторов с большим поверхностным сопротивлением, с высокой точностью. В случае, когда ионное легирование тела поликремниевого резистора и его отжиг при сравнительно низкой температуре проводят после формирования металлизации, возможно использование достаточно больших легкоконтролируемых доз легирующей примеси. За счет того, что ионное легирование тела резистора и его отжиг проводят после формирования металлизации при сравнительно низкой температуре, после выполнения всех высокотемпературных операций, легирующая примесь проникает в слой поликремния лишь на ограниченную глубину (меньшую, чем толщина поликремниевого слоя). Применение достаточно больших легкоконтролируемых доз легирующей примеси при ионном легировании тела резистора и низкотемпературного отжига, позволяющих уменьшить степень влияния размера зерна поликремния на поверхностное сопротивление, и ограниченная толщина легированного слоя в поликремнии дают возможность повысить точность и воспроизводимость значения поверхностного сопротивления. Например, для получения поликремниевого резистора толщиной 0,2 мкм с поверхностным сопротивлением 200 кОм/кв доза бора или фосфора при ионном легировании составит 1Е14 и 1,1Е14 ион/см² соответственно. Таким образом, применение достаточно больших доз при ионном легировании тела резистора и отжиг его при сравнительно низкой температуре позволяют повысить точность получения заданного номинала резистора.

Также легирование и отжиг поликремниевого слоя после формирования металлизации дают возможность быстро провести контрольный процесс и определить необходимую дозу легирования для конкретной партии пластин, имеющей конкретный размер зерна поликремния, что также позволяет получать поверхностное сопротивление поликремниевого резистора с очень высокой точностью.

На фиг.1 показана структура резистора, полученная на эпитаксиальной пленке 1, имеющая слой диэлектрика 2, который изолирует поликремниевый слой 4 от эпитаксиальной пленки; высоколегированные области 5 резистора; металлические контакты к высоколегированным областям 7; слаболегированный слой в теле резистора 8.

На фиг.2-6 приведена последовательность операций формирования поликремниевого резистора, полученного в процессе производства. На фиг.2 показана эпитаксиальная пленка 1 с нанесенными на нее слоями оксида кремния (SiO₂) 2, нитрида кремния (Si₃N₄) 3 и поликремния 4; на фиг.3 - структура, изображенная на фиг.2, но с высоколегированными областями 5 в слое поликремния; на фиг.4 приведена структура со сформированной областью поликремния, в которой получают резистор; на фиг.5 - структура со сформированной областью поликремния, покрытая слоями титана-вольфрама (TiW) 6 и алюминия (Al) 7; на фиг.6 - структура с поликремниевым резистором со сформированными металлическими контактами к высоколегированным областям резистора, со слаболегированным слоем в теле резистора 8.

Предложенная конструкция структуры, изображенной на фиг.1, была использована для получения поликремниевого резистора с поверхностным сопротивлением (200±30) кОм/кв. На эпитаксиальной пленке p-типа выращивают тонкий окисел, на который наносят слой нитрида кремния, на который в свою очередь наносят слой поликремния толщиной 0,2 мкм (фиг.2). При помощи отдельной фотолитографии путем ионного легирования фосфором дозой D=500 мкКл/см² с энергией Е=60 кэВ в слое поликремния формируют высоколегированные области (фиг.3). Область поликремния, в которой получают резистор, формируют соответствующей фотолитографией при помощи анизотропного плазмо-химического травления слоя поликремния (фиг.4). Далее на всю структуру напыляют слой TiW толщиной 0,18 мкм и слой Al толщиной 1,1 мкм, как показано на фиг.5. После чего соответствующей фотолитографией формируют металлические контакты к высоколегированным областям поликремниевого резистора и выполняют операцию ионного легирования фосфором дозой D=17 мкКл/см² (1,1Е14 ион/см²) и энергией Е=30 кэВ, затем выполняют операцию отжига при температуре 510°С в среде азота в течение 15 минут (фиг.6). В результате был получен поликремниевый резистор с поверхностным сопротивлением (200±30) кОм/кв с ограниченной (<0,2 мкм) толщиной легированного слоя в поликремнии.

Таким образом, заявляемая конструкция поликремниевого резистора позволяет получать резисторы с высоким поверхностным сопротивлением, значение которого можно регулировать с большой точностью, что в конечном итоге позволяет повысить процент выхода годных резисторов в дискретном исполнении с высоким сопротивлением, а также процент выхода годных микросхем, элементом которых может являться резистор с заявляемой конструкцией, более чем на 50%.

Предложенная конструкция поликремниевого резистора позволяет получать поликремниевые резисторы с большим поверхностным сопротивлением, с высокой точностью и, как следствие, обеспечивать получение высокоомных резисторов в дискретном исполнении и обеспечивать требуемую работу интегральной схемы, элементом которой может являться данный резистор.

Источники информации

1. Патент США №5661332, МКИ H01L 29/00. Опубликован 26.08.1997.

2. Патент США №5235312, МКИ H01C 1/012. Опубликован 26.08.1997.

3. Патент США №4110776, МКИ H01L 29/78. Опубликован 29.08.1978.

Высокоомный поликремниевый резистор, содержащий область поликремния на диэлектрике, изолирующем ее от подложки и элементов интегральной схемы, высоколегированные области контактов резистора, легированный слой в теле резистора, отличающийся тем, что легированный слой в теле резистора имеет ограниченную глубину, меньшую, чем толщина поликремниевого слоя.