3.2.8. Технология мдп сбис полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (мдп сбис ппзу - технология)

ИМС постоянной памяти содержат матричный накопитель, на долю которого приходится около 80 % элементов микросхемы, и устройства управления накопителем (дешифраторы, разрядные формирователи, регистры, усилители считывания и др.). Все устройства должны быть составлены из небольшого числа однотипных элементов, изготовляемых в пределах одного и того же кристалла по одной и той же технологии.

Рассмотрим технологию изготовления СБИС ППЗУ на основе n-канальной МДП - технологии с применением охранных колец и изопланарного толстого окисла. Матричный накопитель сформирован на основе n-канального МДП-транзистора с двумя поликремниевыми затворами, управляющий и плавающий затворы расположены точно один над другим. Схемы управления сформированы на основе обычных n-канальных МДП-транзисторов, один из которых в соответствии с особенностями работы устройства необходимо изготовить с индуцированным каналом, второй - со встроенным каналом. ППК используемая для формирования управляющего затвора в запоминающем элементе, должна одновременно служить и материалом затвора n-канальных МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами.

Технологический процесс должен обеспечить одновременное формирование трех типов МДП - транзисторов с разными уровнями порогового напряжения и. следовательно, с разной концентрацией примесей в области канала: в ячейке памяти накопителя концентрация акцепторной примеси в канале должна составлять N_a=(1…2)·10¹⁶см^-3, в канале транзистора с индуцированным каналом она должна быть ниже указанного значения, т.е. N_a≈5·10¹⁵ см^-3, канал транзистора со встроенным каналом должен быть легирован донорной примесью.

Исходным Материалом для изготовления СБИС ППЗУ является пластина кремния p-типа с ориентацией (100). После подготовительных очистки и химической обработки пластин на них выращивают слой окисла кремния толщиной 0,5 мкм в атмосфере сухого кислорода с добавлением HCl при 1000 ºС. Пары HCl добавляются для уменьшения заряда в окисле. На этот окисел наносится из газовой фазы слой нитрида кремния Si₃N₄ толщиной около 0,1 мкм.

После первой фотолитографии проводят ионное легирование бором областей, не защищенных трехслойной маской фоторезист - нитрид кремния - окисел кремния (рис. 3.29, а). Затем фоторезист удаляется и после химической обработки проводится операция глубокого окисления для выращивания в местах, не защищенных нитридно-окисной маской, слоя окисла толщиной около 1 мкм (влажный кислород, 1000°С, в течение примерно 6 ч). При этом происходит диффузия и перераспределение бора, введенного при ионном легировании. Под толстым окислом располагается высоколегированный p⁺-слой кремния, предохраняющий от образования паразитных каналов в будущей структуре СБИС (рис. 3.29, б).

После удаления окисла, образовавшегося на обратной стороне пластины, производится стравливание нитрида кремния и слоя SiO₂ (0,5 мкм), лежащего под ним. Таким образом, в результате первой фотолитографии по двуслойной маске Si₃N₄+SiO₂ и последующих операций на кремниевой пластине сформированы локальные области толстого изопланарного окисла. Далее, на свободных от толстого окисла участках методом термического окисления при 1000 °С в атмосфере сухого кислорода с добавлением HCl формируется тонкий подзатворный окисел толщиной 0,07 мкм (рис. 3.29, в). Затем проводится ионное легирование кремния бором для формирования каналов в элементе памяти и управляющих МДП - транзнсторов.

После химической обработки пластин, наносится первый слой поликристаллического кремния толщиной 0,25...0,30 мкм, который легируют фосфором с использованием метода диффузии при 900 ºС в течение 20 мин. По пленке легированного поликремния проводится фотолитография (вторая в технологическом маршруте), в результате которой формируются участки поликремния, расположенные над областью канала запоминающей ячейки. Травление пленки поликремния осуществляется плазмохимическим методом. Далее, для создания встроенных каналов нагрузочных МДП - транзисторов проводится ионное легирование кремния фосфором. Для этого проводится третья фотолитография, вскрываются в тонком окисле окна над будущими встроенными каналами транзисторов и проводится операция ионного легирования фосфором, при которой маской служит фоторезист (рис. 3.29, г). Затем фоторезист удаляется и со всей пластины кроме участков, покрытых поликремнием, стравливается тонкий окисел. После химической обработки пластины проходят операции термического окисления в течение 50 мин при 1000 °С в атмосфере сухого O₂ с добавлением HCl. При этом на открытых участках кремниевой пластины наращивается вторично подзатворный окисел толщиной 0,07 мкм, а на пленке поликремния формируется межзатворный окисел толщиной 0,11 мкм. Одновременно при проведении этой операции, направленной на создание «свежего» подзатворного окисла на участках каналов транзисторов управления с индуцированными каналами, происходит перераспределение ранее введенных ионным легированием атомов бора, создание в канальных областях концентрации N_a=(5…7)·10¹⁵ см^-3, за счет чего достигается необходимое значение порогового напряжения для этих транзисторов.

Следующей операцией фотолитографии создают окна для скрытых контактов во втором подзатворном диэлектрике (рис. 3.29, д). После химической обработки пластин из газовой фазы наносится второй слой поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, который диффузионным путем легируется фосфором, а затем окисляется в сухом кислороде при 950 ºС в течение 40 мин, в результате чего на поверхности пленки поликремния нарастает тонкий слой окисла. На следующем этапе производства МДП СБИС ППЗУ формируется поликремниевая разводка и затворы для всех типов транзисторов (рис. 3.29, е).

Для этого после пятой фотолитографии и формирования фоторезистивной маски проводят комбинированное травление многослойных структур. После стравливания в буферном травителе в течение 1 мин пленки окисла плазмохимическим методом проводится локальное травление второго слоя поликремния. Затем, после одновременного стравливания межзатворного и подзатворного окисла в буферном травителе в течение 2 мин проводится химическое травление нижнего слоя поликристаллического кремния в течение 20 с. После снятия

Рис. 3.29. Последовательность технологических операций производства МДП СБИС ППЗУ: 1 – фоторезист; 2 – нитрид кремния; 3 – окисел; 4 – толстый изопланарный окисел; 5 – первый подзатворный окисел; 6 – первый слой поликристаллического кремния; 7 – межзатворный окисел; 8 – второй подзатворный окисел; 9 – второй слой поликремний; 10 - алюминиевая разводка; 11 – межуровневый диэлектрик (ФСС); 12 - защитный диэлектрик (ФСС)

фоторезиста удаляется слой окисла толщиной 0,1 мкм. Участки второго слоя поликремния, лежащие над областями тонкого окисла, служат маской при последующей ионной имплантации фосфора (доза 200 микрокулон на см², энергия 40 кэВ) для формирования n⁺ - областей (рис. 3.29, е). После химической обработки полученная структура подвергается окислению при 950 °С в сухом кислороде для получения на открытых участках поверхности кремния и боковых участках поликремниевых дорожек и затворов окисла толщиной почти 0,1 мкм. В дальнейшем в два этапа формируются контакты ко второму слою поликремния и к n⁺ - областям. Вначале путем проведения шестого фотолитографического процесса вскрываются окна в пленке окисла. После снятия фоторезиста и химической обработки пластин наносится из газовой фазы слой фосфоросиликатного стекла (ФСС) толщиной 1,5 мкм для межуровневой изоляции, разделяющей поликремниевую и алюминиевую разводку. Для создания сглаженного рельефа ФСС оплавляется при 1000 °С в течение 10 мин. Далее с использованием того же шестого фотошаблона вскрываются контактные окна в ФСС и на пластину напыляется пленка сплава Al+1 % Si толщиной 1.2 мкм; на основе которой создается верхний уровень металлической разводки (седьмая фотолитография). В последующем наносится защитный слой ФСС (рис. 3.29, ж), в котором вскрываются окна к алюминиевым контактным площадкам (восьмая фотолитография).