Способ изготовления интегральных резисторов и резистивных делителей

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизионрезистивных делителей напряжения, операционных усилителей. Целью изобретения является увеличение годных резисторов и резистивных делителей путем повышения точности воспроизведения отношений сопротивлений резисторов и улучшение термовременной стабильности. Цель достигается путем уменьшения влияни5 флуктуации и временной нестабильности плотности ловушек захвата носителей а границах зерен поликремния на эти параметры за счет пассивации оборванных связей на границах зерен поликремния термическим окислением резистивных участков поликремния во влажной среде. На изолирующую подложку наносят слои поликремния и нитрида кремния. Фотогравировкой формируют резистивные элементы, контактные участки которых защищены нитридом кремния. После легирования резистивных участков проводят на окисление до толщины окисла, удовлетворяющей соотношению 0,5docT/cJHcx doK 2,3 (dncx-0,1), где doK - толщина слоя двуокиси кремния, мкм;; dwcx исходная толщина поликремния, мкм; docT - остаточная толщина поликремния, i мкм. Далее удаляют нитрид кремния с кон- ; тактных участков, проводят их легирование. ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 1 21/82

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР ° (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 4171015/25 (22) 08.10.86 (46) 07.03.93. Бюл. М 9 (72) Ю.В.Аг ич, С,А.Сульжиц,и M.Ì.Èâaí овс и (56) Зарубежная электронная техника. — М."„

ЦНИИ" Электроника", 1984, М 3.

Авторское свидетельство СССР

hh 1003695, кл. Н 01 1 .21/82, 1981.,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ И РЕЗИСТИВНЫХ ДЕЛИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизионных резистивных делителей напряжения, операционных усилителей. Целью изобретения является увеличение годных резисторов и резистивных делителей путем повышения точности воспроизведения от. ношений сопротивлений резисторов и улучИзобретение относится к технике легирования и может быть использовано при изготовлении интегральных схем прецизионных резистивных делителей напряжения (РДН), цифроаналоговых (ЦА) и аналогоцифровых (АЦ) преобразователей, источников опорных напряжений, операционных усилителей, компараторов напряжения.

Целью изобретения является увеличение выхода годных резисторов и реэистивн ых делителей путем повышения однородности структурных характеристик поликремния.

Наличие большого количества структурных дефектов на границах зерен поликремния, являющихся ловушками для свободных

ЫЛ«1412533 А1

4 шение термовременной стабильности. Цель достигается путем уменьшения влияния флуктуаций и временной нестабильности плотности ловушек захвата носителей границах зерен поликремния на эти пара-. метры эа счет пассивации оборванных связей на границах зерен поликремния термическим окислением резистивных участков поликремния во влажной среде. На изолирующую подложку наносят слои поликремния и нитрида кремния. Фотогравировкой формируют резистивные элементы, контактные участки которых защищены нитридом кремния. После легирования резистивных участков проводят на окисление до толщины окисла, удовлетворяющей соотношению 0,54ост/бисх < dpi < 2,3 (бисх-0,1), ГДе

dp — толщина слоя двуокиси кремния; мкм;

d cx — исходная толщина поликремния, мкм;

dpc — остаточная толщина поликремния, мкм. Далее удаляют нитрид кремния с контактных участков, проводят их легирование;

Ю носителей, приводит к существенной вре- (Я менной нестабильности сопротивлений под . (,Д токовой нагрузкой, поскольку при приложе- (1 нии электрического поля и повышении температуры могут заполняться носителями . ловушки, не взаимодействующие с носителями в обычных условиях. Сильная эависиаюЪ мость сопротивления поликремния от его . структурных характеристик (от плотности ловушек захвата носителей на границах зерен) приводит к повышенной невоспроизводимости сопротивления и температурного коэффициента сопротивления (TKC) резисторов, выполненных в идентичных технологических режимах, а также к дополнительной погрешности воспроизве1412533 дения отношения сопротивления и температурных коэффициентов сопротивлений резисторов в делителе, При окислении и+ поликремния в условиях, когда. окисление лимитируется скоростью реакции взаимодействия кремния с окислителем (т.е. концентрация окислителя на поверхности окисляемого кремния не ограничивает окисления), а скорость окисления выше скорости термической диффузии примеси (что имеет место при относительно низкой температуре 850 — 950 С), происж)дит локальное окисление границ зерен, ускоряемое высокой концентрацией примеси на границах. Кремний в объеме зерен, имеющий меньший эффективный уровень легирования из-за сегрегации примеси на границах, окисляется значительно медленнее, поэтому при достаточно длительном окислении возможно полное прокисление границ зерен, имеющих толщину нескольких моноатомных слоев (5 — 20 А).

При замене квазиаморфного кремния границ зерен на туннельно тонкий слой двуокиси кремния за счет пассивации кислородом разорванных связей кремния на границах зерен (связи SI-О-SI, Si-ОН) резко уменьшается плотность ловушек захвата носителей на границах зерен, что снижает высоту потенциального барьера объеди- ) ненных приграничных областей зерен.

Таким образом, термоэмиссионный механизм переноса носителей через потенциальный барьер объединенных приграничных областей зерна заменяется на туннельный перенос сквозь тонкий слой окисла.

Пример. Согласно изобретению были изготовлены тестовые ИС резистивных делителей напряжения следующим образом.

На изолирующую подложку методом разложения моносилана в реакторе пониженного давления при 620 С осаждался слой поликремния толщинами 0,18 мкм; 0,23 мкм 0,3 мкм (три варианта). Поверх поликремния осаждался слой нитрида кремния толщиной 0,1 мкм. Методом фотогравировки и плазмохимического травления нитрид кремния удалялся с резистивных участков поликремния, причем нитрид оставался на будущих контактных участках. Методом фотогравировки, плазмохимического травления нитрида кремния и поликремния формировались резисторы делителя; формировалась фоторезистивная маска, защищающая краевые области резистивных участков поликремния и проводилось ионное легирование центральной незащищенной части резистивных участков фосфором энергией 100 кэВ и дозами 250 — 4 400 кмКл/см . После удаления фоторезистив2 ной маски проводилось термическое окисление незащищенных нитридом кремния о резистивных участков при 860 С во влажном кислороде в течение 105, 150 и 190 1три варианта), при этом на поликремнии образовался окисел толщиной 0,10; 0,30; 0,36 мкм соответственно. После плазмохимического удаления нитрида кремния контактные участки резисторов, незащищенные окислом, легировались диффузией фосфора

0 из POCI при 900 С до поверхностного сопротивления 20 — 40 Ом/а.

Далее известными методами формировались алюминиевые пленочные выводы резисторов.

С возрастанием параметров оок < исх происходит существенное умень<1ос шение усредненной исходной погрешности согласования сопротивлений резисторов в делителе и снижение усредненного дрейфа отношения сопротивлений нагруженного и ненагруженного резисторов (т,е. повышение термостабильности отношения сопротивлений). Наиболее резкое улучшение исходной точности согласования сопротивлений и термогтабильности отношения сопротивления происходит при

330 0doK dNcx

0,5-0,6 мкм, что соответствует

< ос толщине окисного слоя на резистивных участках поликремния (0,5 — 0,6) ", а при

С1 исх . дальнейшем росте толщины окисла прослеживается тенденция к насыщению исходной точности сопротивлений и термостабил ьности отношения соп ротивлений, Однако абсолютный дрейф сопротивления под нагрузкой при повышенной температуре начинает сильно возрастать при остаточной толщине поликремния 0,1 мкм и менее, что и определяет верхнюю

4Ü границу толщины окисного слоя при заданной исходной толщине поликремния с учетом того, что толщина окисного слоя в 2,3 раза больше толщины слоя поликремния, перешедшего в окисел, Аналогичные .закономерности зависимостей усредненных исходной точности согласования сопротивлений и усредненного временного дрейфа сопротивлений и отношения сопротивлений под термотоковой нагрузкой проявляются и при окислении резистивных участков поликремния при

950 С. Однако при 950 С наиболее резкое повышение исходной точности согласования сопротивлений резисторов и уменьшение их временного дрейфа проявляется при

1412533

Составитель В.Устинов

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор Т.Федотов

Заказ 1956 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно.-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 несколько больших толщинах окисла, соответствующих 0,8-1,1 отношения остаточной толщины поликремния к исходной его толщине.

Сдвиг области резкого повышения исходной точности согласования с противлений резисторов в сторону больших толщин окислов (0,8-1,1 отношения остаточной толщины поликремния к исходной) при окислении реэистивных участков поликремния при

950 С обусловлен худшими условиями для прокисления границ зерен по сравнению с окислением при 860 С, так как при повышении температуры ускоряется диффузия примеси (фосфора) от границы объема зерна и скорость окисления лимитируется не скоростью. взаимодействия окислителя с кремнием, а скоростью диффузии окислителя через растущий слой окисла.

Можно ожидать, что при снижении температуры окисления менее 860 С прокисление гоаниц зерен поликремния будет происходить при меньших толщинах окис= лов, однако при 750-800 С требуется значительное время окисления. Уменьшить время окисления и необходимую для достижения прокисления границ толщину окисла можно окислением при 750 — 800 С и повышенном давлении.

Формула изобретения

5 Способ изготовления интегральных резисторов и резистивных делителей, включающий формирование. на изолирующей подложке поликремниевых реэистивных элеменов, легирование их контактных и ре10 зистивных участков донорной примесью и термическое окисление поликремния, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения . выхода годных и повышения надежности резисторов и реэистивных делителей путем

15 повышения однородности структурных характеристик поликремния, на легированных резистивных участках поликремния термическим окислением во влажной среде формируют слой двуокиси кремния толщиной

20 биост

0,5 < бок < 2,3(бисх - 0,1), оисх где бск — толщина двуокиси кремния, мкм; бисх — исходная толщина поликремния, мкм; о

25 бсст, остаточная толщина поликремния, мкм.