Способ получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах
Владельцы патента RU 2474919:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (Минобороны России) (RU)
Учреждение Российской академии наук Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (НИИСИ РАН) (RU)
Изобретение относится к технологии изготовления интегральных схем на основе комплементарных транзисторов со структурой металл - окисел - полупроводник (КМОП ИС). Изобретение обеспечивает сохранение электрофизических и конструктивных параметров активных и пассивных элементов в интегральных схемах на основе комплементарных транзисторов со структурой металл - окисел - полупроводник при формировании силицида титана. Сущность изобретения: способ получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах заключается в формировании активных и пассивных элементов КМОП ИС на основе областей n и р типа проводимости в кремниевой подложке и слое поликристаллического кремния, осаждении блокирующего слоя, формировании фоторезистивной маски, травлении блокирующего слоя, удалении фоторезистивной маски, очистке поверхности кремния, нанесении слоя титана на поверхность кремния и блокирующего слоя, отжиге слоя титана в азоте, удалении не прореагировавшего с кремнием титана и дополнительно отжиге в азоте. В качестве блокирующего слоя используют пленку нитрида титана толщиной 5-20 нм, полученную путем физического распыления титановой мишени в атмосфере азота, а блокирующий слой удаляют в процессе удаления не прореагировавшего с кремнием титана. 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к технологии изготовления интегральных схем на основе комплементарных транзисторов со структурой металл - окисел - полупроводник (КМОП ИС), с использованием слоев силицида титана.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является известный способ получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах, заключающийся в формировании активных и пассивных элементов интегральных схем на основе комплементарных транзисторов со структурой металл - окисел - полупроводник (КМОП ИС) и областей n и р типа проводимости в кремниевой подложке и слое поликристаллического кремния, осаждении блокирующего слоя, формировании фоторезистивной маски, плазмохимического селективного травления блокирующего слоя, удалении фоторезистивной маски, очистке поверхности кремния, нанесении слоя титана на поверхность кремния и блокирующего слоя, отжиге слоя титана в азоте, удалении не прореагировавшего с кремнием титана и дополнительном отжиге в азоте (Патент US №7358574, кл. Н01L 31/00, опубл. в 2008 г.).
Описанный выше способ получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах имеет ряд недостатков:
- При использовании в качестве блокирующего слоя пленки диоксида кремния SiO2 толщиной 100-200 нм при анизотропном селективном травлении до поверхности кремния на последней происходит высаживание полимера, который препятствует образованию силицида, что требует дополнительной химической обработки.
- При анизотропном травлении диоксида кремния SiO2, нитрида кремния Si3N4 происходит дополнительное увеличение толщины спейсера SP, что приводит к сокращению поверхности образования силицида в областях исток-стока структуры металл - окисел - полупроводник (МОП) транзисторов и, как следствие, к увеличению последовательного сопротивления исток-стока, что ухудшает вольтамперную характеристику транзисторов на основе структуры металл - окисел - полупроводник (ВАХ МОП).
- Локально оставшийся нитрид кремния Si3N4 может затруднить формирование дополнительных структур на высокоомных областях (например, диодов Шоттки, варакторов на основе структуры металл - окисел - полупроводник) МОП варакторов и т.п.
- При высокотемпературном отжиге пленки титана в азоте титан взаимодействует с кремнием блокирующего слоя с образованием силицида титана, который может частично оставаться на поверхности блокирующего слоя даже после обработки в перекисно-аммиачном растворе. Это приводит к появлению токов утечки по поверхности и, как следствие, шунтированию (снижению сопротивления) высокоомных резисторов.
Ожидаемый технический результат от использования данного изобретения состоит в сохранении электрофизических и конструктивных параметров активных и пассивных элементов в интегральных схемах на основе комплементарных транзисторов со структурой металл - окисел - полупроводник (КМОП ИС) при формировании силицида титана за счет устранения вышеперечисленных недостатков.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах, заключающемся в формировании активных и пассивных элементов КМОП ИС на основе областей n и р типа проводимости в кремниевой подложке и слое поликристаллического кремния, осаждении блокирующего слоя, формировании фоторезистивной маски, плазмохимическом селективном травлении блокирующего слоя, удалении фоторезистивной маски, очистке поверхности кремния, нанесении слоя титана на поверхность кремния и блокирующего слоя, отжиге слоя титана в азоте, удалении не прореагировавшего с кремнием титана и дополнительном отжиге в азоте, в качестве блокирующего слоя используют пленку нитрида титана толщиной 5-20 нм, полученную путем физического распыления титановой мишени в атмосфере азота, а блокирующий слой удаляют в процессе удаления не прореагировавшего с кремнием титана.
Изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг.1 представлен этап нанесения блокирующего слоя нитрида.
На фиг.2 - этап нанесения фоторезистивной маски.
На фиг.3 - этап локализации слоя нитрида титана в местах, необходимых для предотвращения образования силицида.
На фиг.4 - этап образования силицида титана высокоомной фазы в кремниевой подложке и слое поликристаллического кремния и нитрида титана на поверхности титановой пленки.
На фиг.5 - этап удаления с поверхности структуры не прореагировавшего с кремнием слоя титана и нитрида титана с поверхности титановой пленки.
Способ получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах осуществляется следующим образом.
На поверхности структуры 1 методом физического осаждения (обычно метод реактивного магнетронного распыления титановой мишени в атмосфере азота) наносится слой нитрида титана 2 толщиной 5-20 нм, обычно 10 нм (фиг.1).
Методами фотолитографии на слое нитрида титана 2 формируется фоторезистивная маска 3 (фиг.2).
Используя процесс анизотропного селективного плазмохимического травления нитрида титана по отношению к диоксиду кремния SiO2 (обычно содержащих газовую смесь CL2+N2), слой нитрида титана 2 локализуется в местах, необходимых для предотвращения образования силицида (фиг.3).
После очистки поверхности монокристаллического и поликристаллического кремния на поверхность структуры наносится слой титана, который затем отжигается в атмосфере азота при Т=685°C с образованием силицида титана высокоомной фазы 4 в монокристаллическом и поликристаллическом кремнии и нитрида титана 5 на поверхности титановой пленки (фиг.4).
Не прореагировавший с кремнием слой титана и нитрид титана на поверхности пленки титана 5 и нитрид титана блокирующего слоя 2 удаляется с поверхности структуры в аммиачно-перекисном растворе при температуре Т=65°C (фиг.5).
Высокоомная фаза силицида титана переводится в низкоомную в результате дополнительного высокотемпературного отжига в инертной атмосфере при температуре Т=850°C.
Реализованная таким образом структура, представленная на фиг.5, характеризуется отсутствием блокирующего слоя 2 и более протяженным слоем низкоомного силицида титана 4, шунтирующего области исток-стока МОП транзистора.
В таблице 1 представлены параметры тестовых структур, сформированных с использованием описанного метода и различных значений толщин пленок нитрида титана в качестве блокирующего слоя. В качестве критериев рассматриваются:
Ток насыщения МОП транзистора - Iнас.
Поверхностное сопротивление поликремниевой шины затвора, шунтированное силицидом титана- Rs затвора.
Поверхностное сопротивление резистора, сформированного на основе поликремниевой шины, закрытой блокирующим слоем нитрида титана при формировании силицида титана - Rs резистор поли.
Поверхностное сопротивление области исток-стока МОП транзистора, шунтированное силицидом титана Rs стока.
Поверхностное сопротивление резистора на основе области исток-стока МОП транзистора, закрытое блокирующим слоем нитрида титана при формировании силицида титана - Rs резистор стока.
| Таблица 1 | ||||||
| № варианта | Толщина слоя TiN, нм | Параметры тестовых структур | ||||
| Iнас, мкА/мкм | Rs затвора, м/кв | Rs резистор поли, Ом/кв | Rs стока, Ом/кв | Rs резистор стока, Ом/кв | ||
| 1 | 4,5 | 530 | 5,2 | 100 | 3,1 | 100 |
| 2 | 5,0 | 532 | 5,0 | 145 | 3,2 | 131 |
| 3 | 10 | 535 | 5,1 | 150 | 3,0 | 130 |
| 4 | 20 | 531 | 5,2 | 152 | 3,1 | 132 |
| 5 | 20,5 | 530 | 5,9 | 151 | 4,0 | 130 |
При значениях толщин TiN меньше 5,0 нм титан при отжиге частично взаимодействует с кремнием с образованием силицида, что приводит к уменьшению сопротивления высокоомных резисторов Rs резистор поли и Rs резистор стока.
При значениях толщин TiN больше 20,0 нм необходимо большее время для его удаления, что приводит к частичному травлению силицида, сформированного на поверхности поли- и монокремния. Как следствие, это приводит к возрастанию сопротивления областей Rs затвора и Rs стока.
Ток насыщения МОП транзистора практически не меняется во всем диапазоне рассматриваемых толщин TiN.
Таким образом, с точки зрения сохранения электрофизических параметров активных и пассивных элементов КМОП оптимальным является толщина пленки TiN в диапазоне 5-20 нм.
Способ получения локальных низкоомных областей силицида титана в интегральных схемах, заключающийся в формировании активных и пассивных элементов интегральных схем на основе комплементарных транзисторов со структурой метал - окисел - полупроводник (КМОП ИС) и областей n и p типа проводимости в кремниевой подложке и слое поликристаллического кремния, осаждении блокирующего слоя, формировании фоторезистивной маски, плазмохимическом селективном травлении блокирующего слоя, удалении фоторезистивной маски, очистке поверхности кремния, нанесении слоя титана на поверхность кремния и блокирующего слоя, отжиге слоя титана в азоте, удалении непрореагировавшего с кремнием титана и дополнительном отжиге в азоте, отличающийся тем, что в качестве блокирующего слоя используют пленку нитрида титана толщиной 5-20 нм, полученную методом физического распыления титановой мишени в атмосфере азота, а блокирующий слой удаляют в процессе удаления непрореагировавшего с кремнием титана.
