1_1_Modul_Tekhnologichesky_analiz_izdely (1072552), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Кремниевые пластины подвергаются жидкостной очистке и сушатся. С их поверхностей удаляются тонкие пленки естественного оксида (native oxide) SiO₂ толщиной в несколько десятков ангстрем, образующегося на поверхности кремния даже при комнатной температуре под воздействием влаги воздуха.

После этого на кремниевых пластинах наращивается слой защитного жертвенного слоя SiO₂ толщиной 10-15 нм. Он служит для защиты поверхности эпитаксиального слоя от загрязнений и обеспечивает повышение качества последующего ионного легирования.

Создание областей разного типа проводимости (карманов p- и n- типа) выполняется с помощью фотолитографии (рис.1.4).

Рис. 1.4. Этапы формирования карманов p-и n- типа

В фоторезисте формируется защитная маска, через которую последовательно проводится локальное травление оксида а затем - ионное легирование сначала бором (p -тип проводимости), а затем фосфором (n -тип).

После каждого легирования фоторезист удаляется, пластина подвергается жидкостной химической очистке и быстрому термическому отжигу для активации легирующих примесей. В завершение с поверхности пластины удаляется использованный защитный слой и наносится новый, толщиной также 10-15 нм.

С
труктура ИС со сформированными карманами показана на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Карманы p- и n- типа

1.2.2. Формирование изоляции

Для изоляции ИС с топологической нормой менее 180 нм обычно используются мелкие канавки – щели (shallow trenches) шириной 140 нм и глубиной 400 нм, заполненные окисью кремния SiO₂. Операции формирования изоляции приведены на рис. 1.6.

Полученная ранее пленка SiO_{2 ,} помимо защиты поверхности эпитаксиального слоя от загрязнений, выполняет роль прокладочного оксида (pad oxide). Она сглаживает механические напряжения между кремнием и последующим функциональным слоем.

Таким слоем является в данном случае нитрида кремния Si₃N₄ толщиной 100-250 нм, наносимый химическим осаждением из паровой фазы.

Проводится фотолитография: наносится и сушится слой фоторезиста толщиной 0,5-1 мкм, он экспонируется через фотошаблон и проявляется. В результате на поверхности пластины формируется защитная фоторезистивная маска с заданной топологией щелевой изоляции. Через эту маску последовательно травятся пленки Si₃N₄ (реактивным ионным травлением), а затем SiO₂ и непосредственно кремний - во фторсодержащей плазме.

В результате в кремнии формируются канавки под щелевую изоляцию заданной формы. После этого фоторезист удаляют.

Пластина снова подвергается термическому оксидированию при температуре 1000^оС, тонкий слой SiO₂ покрывает стенки образовавшихся канавок, скругляя их углы.

Далее проводится плазмохимическое нанесение SiO₂, при этом канавки заполняются толстым слоем оксида. Последующая химико-механическая полировка поверхности пластины обеспечивает ее планаризацию. При этом слой оксида удаляется вплоть до поверхности Si₃N₄. Нитрид кремния выполняет в данном случае роль стоп-слоя, поскольку скорость его полировки значительно ниже, чем у SiO₂. После планаризации слой Si₃N₄ удаляется жидкостным химическим травлением в горячей фосфорной кислоте H₂PO₄ или в плазме CH₂F₂.

Эскиз	Операции
	Осаждение слоя Si3N4 Нанесение слоя фоторезиста и проведение фотолитографии
	Травление слоя Si3N4 Травление слоя SiO2 Травление мелких канавок в кремнии Удаление фоторезиста
	Наращивание тонкого слоя SiO2 для закругления углов канавок
	Наращивание толстого слоя SiO2 для заполнения канавок
	Химико-механическое полирование SiO2 до слоя Si3N4 - планаризация
	Удаление слоя Si3N4

Рис. 1.6. Операции формирования изоляции

П
олученная после формирования изоляции структура показана на рис. 1.7.

1.2.3. Формирование затвора и слаболегированных областей истока и стока

Карманы p- и n- типа – это области размещения ключевых элементов МОП транзистора – истока, стока, затвора. Формирование этих элементов начинается с удаления тонкого слоя SiO₂, остающегося над карманами с предыдущих операций,

Пластины подвергаются очистке, причем для получения ювенильно чистых поверхностей кремния в этих зонах проводится наращивание тонкого жертвенного слоя подзатворного SiO₂. Далее этот слой удаляется травлением в плавиковой кислоте вместе с возможными включениями и дислокациями (рис.1.8)

После очередной очистки на пластины наращивается слой подзатворного окисла SiO₂ толщиной 2-10 нм с неравномерностью по пластине не более ±0,1 нм. После этого следует быстрый термический отжиг в атмосфере оксида азота NO для формирования насыщенного азотом слоя на границе раздела Si - SiO₂. Этот слой способствует подавлению горячих носителей заряда и противодействует диффузии легирующих веществ из поликремниевого затвора в расположенную под ним область канала.

Далее пластина в очередной раз очищается и на нее осаждается слой поликристаллического кремния (поликремний, поли-Si) толщиной 150-300 нм.

Поликристаллический кремний состоит из множества небольших случайно ориентированных кристаллов. Легированный поликремний проводит электрический ток и часто используется как альтернатива металлу при соединении элементов в интегральных схемах. Поликремний покрывается тонким слоем нитрида кремния Si₃N₄, выполняющим роль антиотражающего покрытия при последующем формировании затвора.

После фотолитографии на поверхности пластины остается слой фоторезиста с окнами по форме областей стока-истока. Через эти окна травятся слои Si₃N₄ и поликремния с остановкой на SiO₂. После этого фоторезист и Si₃N₄ удаляются, поликремний оксидируется и на пластину наносится новый слой фоторезиста.

Последующая фотолитография оставляет закрытыми участки пластины с карманами n- типа, полностью открывая участки карманов p- типа.

Далее следует ионное легирование мышьяком на небольшую глубину для формирования слабо легированных n-областей истока-стока. При этом зона легирования ограничена поликристаллическим затвором и изоляцией SiO₂ в мелких канавках. Как поликремний, так и SiO₂ блокируют ионы легирующего вещества, локализуя области его прохождения в кремний. Так реализуется принцип самосовмещения областей стока-истока с затвором.

После формирования в кармане p- типа областей стока-истока n-типа фоторезист удаляется и проводится следующая фотолитография для вскрытия окон на участках карманов n-типа. Ионное легирование бором формирует области истока-стока p- типа. В этом случае, как и в предыдущем, также реализован принцип самосовмещения краев областей истока и стока с краями поликремниевого затвора. Самосовмещение обеспечивает минимальные емкости затвор–сток, затвор-исток и высокое быстродействие транзистора.

В результате ионным легированием без дополнительной маски формируют мелкозалегающие и слаболегированные области стоков и истоков, контактирующие с каналом (LDD - Lightly Doped Drain) (рис.1.9).

Рис. 1.9. Области истока, стока, затвора

1.2.4. Формирование спейсера и глубокое легирование областей стока и истока

При формировании КМОП-структур применяются спейсеры – пристеночные разделители, выполняющие роль самосовмещенной маски при имплантации ионов в области истока и стока.

После очистки пластины на нее осаждают слой Si₃N₄ (рис.1.10, 1.11), который затем подвергают плазменному анизотропному травлению с остановкой на слое SiO₂.

При этом Si₃N₄ удаляется преимущественно с горизонтальных поверхностей и остается на вертикальных стенках затвора. Образующиеся при этом спейсеры расширяют зону маскирования затвора.

С помощью фотолитографии оставляют закрытыми участки пластины с карманами n- типа, полностью открывая участки карманов p-типа. Далее следует ионное глубокое легирование мышьяком в областях истока-стока, при этом зона легирования ограничена не только поликристаллическим затвором и изоляцией SiO₂ в мелких канавках, но и спейсерами.

Характеристики

Список файлов лекций