Патент на изобретение №2321920

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к микроэлектронике, используется для изготовления поликристаллических кремниевых затворов полевых транзисторов и межсоединений компонентов в больших интегральных схемах, а также в качестве эмиттеров биполярных транзисторов, резисторов и в качестве материала фотоприемников. Слой кремния наносят посредством магнетронного распыления кремниевой мишени в вакууме. Материал имеет более совершенную аморфную структуру, не содержащую поликристаллических включений. После высокотемпературного легирования фосфором или бором, которое осуществляют при Т=850-900°С, аморфный слой кремния превращается в поликристаллический. Выделение конфигурации конструктивных элементов, например затворов и межсоединений, осуществляют посредством фотолитографии. Предложенный способ изготовления позволяет повысить надежность, безопасность и уровень интеграции МОП СБИС.

Изобретение относится к микроэлектронике, используется для изготовления поликристаллических кремниевых затворов полевых транзисторов и межсоединений компонентов в больших интегральных схемах, а также в качестве эмиттеров биполярных транзисторов, резисторов и в качестве материала фотоприемников.

Известен способ изготовления затвора и разводки кремниевых сверхбольших интегральных схем (СБИС) на основе полевых транзисторов со структурой металл-окисел-полупроводник (МОП) посредством разложения моносилана при пониженном давлении с последующим легированием фосфором или бором и фотолитографическим выделением нужной конфигурации элементов схемы /1/.

Недостатком известного способа является крупнозернистость структуры поликристаллического кремния (поликремния). Размер зерна составляет (0,3-0,4)мкм, что приводит в производстве МОП СБИС к ряду негативных явлений.

1. При последующем легировании поликремния фосфором диффузант скапливается в межзеренных пространствах и не участвует в проводимости, ухудшая тем самым электрические характеристики МОП-транзисторов. Этот эффект усиливается с увеличением размера зерна.

2. При сопоставимости размера зерна с линейным размером поликремниевого элемента схемы ухудшаются эксплуатационные характеристики СБИС и возможны разрывы затвора или разводки.

3. Увеличивается неоднородность рельефа поверхности поликремния, что приводит к возникновению локальной напряженности поля и может вызвать закоротку поликремниевого элемента с верхним уровнем металлизации.

4. Крупнозернистость поликремния препятствует увеличению уровня интеграции СБИС.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ создания поликремниевого затвора и разводки, заключающийся в том, что разложение моносилана осуществляют при пониженной температуре (Т<570°С) /2/ с последующим легированием пленки и выделением элементов методом фотолитографии.

При разложении моносилана при пониженном давлении и температуре растет аморфная кремниевая пленка. В процессе легирования происходит твердофазная рекристаллизация материала и аморфный кремний превращается в поликристаллический, содержащий зерна столбчатого вида с кристаллографической ориентацией /110/ и /100/ /2/. Недостатками данного способа являются:

– невоспроизводимость результатов;

– в 5-10 раз большая длительность процесса;

– несовершенство структуры.

Общим недостатком всех методов-аналогов является использование токсичного и пожароопасного моносилана.

Задачей изобретения является повышение надежности, безопасности и повышение уровня интеграции МОП СБИС.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления конструктивных поликристаллических кремниевых элементов интегральных схем, включающем процесс нанесения слоя кремния, его легирования фосфором или бором и фотолитографического выделения конфигурации элементов, процесс нанесение слоя кремния осуществляют магнетронным распылением кремния в вакууме.

Сущность изобретения заключается в том, что материал конструктивных элементов, например затворов и межсоединений в МОП СБИС, нанесенный посредством магнетронного распыления кремниевой мишени в вакууме, имеет более совершенную аморфную структуру, не содержащую поликристаллических включений. После высокотемпературного легирования фосфором или бором, который осуществляют при температуре 850-900°С, аморфный слой кремния превращается в поликристаллический. Последующее выделение конфигурации конструктивных элементов, например затворов и межсоединений, осуществляют посредством фотолитографии.

Большее структурное совершенство поликремния с размером зерна, в 5-10 раз меньшим, чем у слоев, полученных термическим разложением моносилана, позволяет:

– увеличить уровень интеграции кремниевых СБИС посредством уменьшения размеров затворов и межсоединений;

– повысить надежность и увеличить процент выхода годных СБИС в результате уменьшения количества проколов межслойной изоляции;

– упростить и обезопасить процесс изготовления кремниевых СБИС, исключив применение моносилана.

Литература

1. Т.Сугано, Т.Икома, Е.Такэиси. Введение в микроэлектронику. Москва. «Мир».1988, стр.180-182, 257.

2. Т.Сугано, Т.Икома, Е.Такэиси. Введение в микроэлектронику. Москва. «Мир». 1988, стр.181.

Формула изобретения

Способ изготовления конструктивных поликристаллических кремниевых элементов интегральных схем, включающий процесс нанесения слоя кремния, его легирование фосфором или бором, и фотолитографическое выделение конфигурации элементов, отличающийся тем, что процесс нанесения слоя кремния осуществляют магнетронным распылением кремниевой мишени в вакууме.