Развитие технологии МОП ИС

Для металлизации используют преимущественно алюминий (чистый или в сочетании с другими металлами – например, добавление меди в алюминий уменьшает вероятность электромиграции и связанных с этим эффектом обрывов металлических дорожек). Существенное уменьшение контактного сопротивление может быть достигнуто применением плёнок платины или вольфрама. В частности, при отжиге структуры плёнка платины – кремний (поликремний) формируется слой силицида платины, который позволяет снижать поверхностное сопротивление областей истока, стока и затвора с 50 до 3 , что является особенно важным для СБИС с высокой степенью интеграции. Последним на поверхность подложки осаждают сплошной слой плазмохимического нитрида кремния (SiN), который герметизирует подложку и предохраняет её от загрязнений и механических повреждений. В тех местах, где необходимо сделать внешние (проволочные) выводы к слою металлизации, в защитном покрытии встраивают контактные окна [2].

4 Особенности технологии КМОП БИС

Технология комплементарных МОП - структур (КМОП) является в настоящее время одной из самых распространенных технологий СБИС. Технология КМОП заключается в формировании n- и р - канальных МОП - транзисторов в одном кристалле и по сравнению с n-канальными МОП ИС они потребляют значительно меньшую мощ­ность. Особенностью технологии КМОП ИС является формирование на пластине кремния больших областей с типом проводимости, отли­чающимся от типа проводимости подложки. Такие области с другим типом проводимости называются карманами. В настоящее время су­ществуют технологии с р - карманами (на пластинах n-типа проводи­мости), с n-карманами (на пластинах р - типа) и с n-и р - карманами (на почти компенсированном кремнии); примеры таких КМОП-структур приведены на рисунке 4.1. Недостатком интегральных схем с одним кар­маном является необходимость перекомпенсации, т. е. введения при­меси с противоположным типом проводимости в концентрации, по­зволяющей изменить тип проводимости кремния. Для уверенной пе­рекомпенсации и, следовательно, малого разброса параметров по пла­стине, концентрация примеси в кармане должна быть в 5-10 раз выше, чем в основной пластине. Как следствие, возникают нежелательные эффекты (увеличение обратного смещения, увеличение емкости меж­ду областями истока-стока и карманом). Технология с двумя отдель­ными карманами (рисунок 4.1 в) свободна от этих недостатков, однако требует подложек кремния с очень низким уровнем легирования n - Si (-типа) или p - Si (-типа). В этих случаях, возможно, получать профи­ли и уровни легирования в каждом кармане независимо. За исключе­нием процедуры изготовления карманов, а также некоторых особен­ностей регулировки пороговых напряжений, синтеза изоляции и ак­тивных областей, при формировании КМОП СБИС используются те же технологические процессы (в сходных технологических режимах), как и в случае n-МОП.

Рисунок 4.1 – КМОП-структуры с p- каналом (а), n – каналом (б), двойным карманом (в)

На рисунке 4.2 показаны этапы технологии изготовления КМОП структур. Далее описаны более подробно каждый из этапов.

1. Исходный материал - слаболегированный эпитаксиальный слой - типа, выращенный на сильнолегированной n+ - подложке. Такая структура в сочетании с соответствующим методом формирования элементов позволяет избежать так называемого эффекта защелкива­ния (тиристорного эффекта).

2. Формирование n и р - карманов проводят по варианту самосо­вмещения. На поверхность пластины наносят двухслойную плёнку SiO2 + Si3N4, в которой путём фотолитографии вытравливают области n – кармана, после чего проводят имплантацию ионов фосфора с энергией, достаточной для легирования, но недостаточной для прохождения через плёнку SiO2+Si3N4.

Рисунок 4.2 - Схема изготовления КМОП-ИМ на одной пластине с р - карманами:

а - термическое оксидирование, первая фотолитография; б — локальная диффузия: в - вторая фотолитография; г — локальная диффузия; д — третья фотолитография: е — локальная диффузия; ж — четвертая фотолитография; з — выращивание тонкого подзатворного оксида и пятая фотоли­тография; и — формирование затворов и металлизации

При постимплантационном термическом окислении n - кармана на поверхности открытых областей происходит рост окисла, тогда как остальная часть подложки, защищённая слоем Si3N4, не окисляется. Затем методом селективного травления удаляют слой Si3N4 и во вновь открытых областях подложки формируют p - карман имплантацией ионов бора. Бор проникает в подложку через тонкую пленку Si02, в то время как области n-карманов защищены более толстым слоем окисла. После имплантации весь окисел удаляют и проводят диффузионную разгонку примеси в карманах.

3. Для изоляции транзисторов в КМОП - технологии можно ис­пользовать метод LOCOS, однако особенностью является необходи­мость изоляции двух различных типов транзисторов, локализованных в различных карманах вблизи границы их соприкосновения. Для того, чтобы удержать пороговые напряжения возникающих при этом пара­зитных транзисторов на высоком уровне, необходимо размещать n - и р - канальные транзисторы довольно далеко от границы кармана.

4. Особенностью регулировки порогового напряжения в КМОП - технологии является то, что величина Um должна быть почти одинаковой для обоих типов транзисторов и составлять менее 1 В. Однако если для различных транзисторов использовать затвор одного типа (высоколегированный поликристаллический кремний -типа), то разность работ выхода электронов будет отличаться для р- и n-канальных транзисторов, что приводит к асимметрии пороговых на­пряжений обоих типов транзисторов. Подлегирование бором канала в р - кармане уменьшает величину Uпор. Наоборот, подлегирование бором канала в n - канальном транзисторе увеличивает величину Uпор. Таким образом при соответствующем выборе уровня легирования р - и n - областей можно использовать только один неселективный (без до­полнительной фотолитографии) процесс ионной имплантации бора для управления (сближения) величин Uпор каждого типа транзистора.

На последующих этапах проводят осаждение n+ - поликремния и формирование затворов.

5. Ионная имплантация областей истока и стока. Для уменьше­ния числа фотолитографий сначала проводят имплантацию бора без маскирования в истоки и стоки как n -, так и р - канальных транзисторов.

Затем локально, после проведения фотолитографии, выпол­няют ионную имплантацию фосфора в области истока и стока n - канальных транзисторов с более высокой дозой, достаточной для перекомпенсации находящегося там бора.

1	2	3	4	5	6	7