Способ изготовления интегральных схем с диодами шоттки, имеющими различную высоту потенциального барьера
Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления интегральных биполярных схем с диодами Шоттки. Цель - повышение надежности интегральных схем и улучшение воспроизводимости параметров диодов Шоттки. Для этого после создания в подложке активных и пассивных элементов ИС, маскированных диэлектрической пленкой, в ней вскрывают окна к невыпрямляющим контактам и высокобарьерным диодам Шоттки, формируют во вскрытых окнах силицид платины, наносят дополнительную барьерную пленку, затем фотографически вскрывают окна под низкобарьерные диоды Шоттки, используя ионноплазменное травление для удаления в окнах фоторезистивной маски барьерной пленки и частичного подтравливания диэлектрической пленки с последующим жидкостным дотравливанием диэлектрической пленки и боковым подтравом дополнительной барьерной пленки под фоторезистивную маску на 1-3 мкм. Затем проводят очистку подложки в окнах, наносят основную барьерную пленку и токопроводящую пленку. В заключение фотолитографией формируют рисунок разводки ИС. Процесс вскрытия окон под низкобарьерные диоды Шоттки обеспечивает оптимальный профиль боковых стенок окон и совершенство поверхности кремния для обеспечения необходимых характеристик диодов Шоттки. Дополнительная барьерная пленка обеспечивает защиту высокобарьерных диодов Шоттки от воздействия травителей при очистке поверхности подложки в окнах под низкобарьерные диоды Шоттки. 7 з. п. ф-лы.
Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления интегральных биполярных схем с диодами Шоттки. Цель изобретения повышение надежности интегральных схем и улучшение воспроизводимости параметров диодов Шоттки. В исходной кремниевой подложке типа КДБ-10 (111) создают низкоомные области n+-скрытого слоя, наращивают эпитаксиальный слой n-типа толщиной 3-5 мкм и удельным сопротивлением 0,3 Ом 
cм. Методами фотолитографических обработок, окисления, диффузии и ионной имплантации формируют активные элементы интегральных микросхем. Затем вскрывают области омических контактов и высокобарьерных диодов Шоттки, в которых формируют силицид платины. После удаления непрореагировавшей платины с поверхности диэлектрического покрытия и химической обработки наносят слой нитрида титана ионно-плазменным методом путем реактивного распыления титана в присутствии азота при рабочем давлении азота 7 10-5 мм рт.ст. и суммарном рабочем давлении 6 10-4 мм рт.ст. Толщина слоя нитрида титана 50 нм. Затем осуществляют вскрытие областей формирования низкобарьерных диодов Шоттки с использованием фоторезиста ФП-383 при скорости вращения пластин 3500 об/мин. Толщина фоторезистивной маски 1,3-1,4 мкм. Слой нитрида титана травят ионно-химическим методом в гексафториде серы со скоростью 5-6 нм/мин. Нижележащий слой термического оксида кремния подтравливают до толщины 0,1 мкм плазмохимическим методом в смеси газов CF4, C3F8 и N2 в установке "Плазма-125И" с диодным реактором при суммарном давлении 450 Па (P
=30 Па, P
=80 Па) и мощности 750 Вт. Затем проводят жидкостное дотравливание слоя термического оксида кремния в буферном травителе, в который входят плавиковая кислота, фтористый аммоний и вода в соотношении 5: 3:1. Дотравливание слоя нитрида титана под маску фоторезиста осуществляют в перекисно-аммиачном растворе, время травления 4-6 мин. Удаление фоторезистивного слоя проводят в концентрированной азотной кислоте. После гидромеханической обработки пластины обрабатывают в растворе плавиковой кислоты в ацетоне в соотношении 1:10 в течение 100 с. Затем наносят второй барьерный слой титана вольфрама толщиной 100 нм и токопроводящий слой алюминия, легированного кремнием. Наконец, проводят фотолитографическую обработку по обоим слоям. Нанесение первого барьерного слоя перед вскрытием областей формирования низкобарьерных диодов Шоттки позволяет осуществить пассивацию областей формирования высокобарьерныхд диодов Шоттки. В противном случае во время проведения очистки поверхности кремния, которая необходима для удаления оксидного слоя из областей формирования низкобарьерных диодов Шоттки, может произойти вскрытие кремниевых областей по периметру контактных окон высокобарьерных диодов Шоттки. Последующее нанесение барьерного слоя приведет к образованию контакта Шоттки между кремнием и барьерным слоем по периметру контактов высокобарьерных диодов Шоттки, что повлечет за собой снижение высоты потенциального барьера и увеличение токов утечки обратной ветви. Перед нанесением первого барьерного слоя можно проводить направленную анизотропную очистку поверхности силицида платины, которая не приведет к вскрытию кремниевых областей по периметру высокобарьерных диодов Шоттки. Проведение такой очистки при вскрытых областях формирования низкобарьерных диодов Шоттки аморфизирует поверхность кремния, что приводит к деградации параметров низкобарьерных диодов Шоттки (увеличение токов утечки обратной ветви, увеличение прямого падения напряжения). Наличие первого барьерного слоя также препятствует стравливанию с поверхности диэлектрического покрытия верхних слоев фосфоросиликатного стекла во время проведения химических обработок и очистки поверхности кремния. Кроме того, первый барьерный слой оказывает благоприятное влияние на воспроизводимость и термостабильность параметров низкобарьерных диодов Шоттки. При использовании жидкостной очистки поверхности кремния (HF+H2O, HF + ацетон) на пластинах без первого барьерного слоя наблюдается невоспроизводимое увеличение прямого падения напряжения низкобарьерных диодов Шоттки, особенно после проведения термообработки. Такое увеличение обусловлено наличием промежуточного слоя между кремнием и барьерным слоем, сформированного продуктами взаимодействия травящей смеси и диэлектрического слоя. Совокупность и последовательность операций, применяемых при вскрытии областей формирования низкобарьерных диодов Шоттки, направлена на получение пологого, без отрицательных углов профиля стенок контактных окон и ненарушенной, очищенной от продуктов реакции поверхности кремния. Получение оптимального профиля стенок контактных окон низкобарьерных диодов Шоттки достигается за счет использования после анизотропного ионно-плазменного травления первого барьерного и диэлектрического слоев жидкостного дотравливания диэлектрического слоя до поверхности кремния и жидкостного дотравливания барьерного слоя с уходом на 1-3 мкм от размеров фоторезистивной маски. После жидкостного дотравливания диэлектрического слоя наблюдается его растравливание в боковых направлениях, что приводит к образованию нежелательного "козырька" из барьерного слоя, нависающего над диэлектрическим слоем. Для устранения "козырька" вводится операция жидкостного дотравливания барьерного слоя в сторону под фоторезистивную маску. Величина бокового подтравливания барьерного слоя определяется временем травления и выбирается из следующих соображений. При растравливании на величину менее 1 мкм в сторону по отношению к размеру фоторезистивной маски не исключается возможность образования "козырька" из барьерного слоя над диэлектрическим, что может приводить к обрывам наносимых затем второго барьерного и токопроводящего слоев и отсутствию электрического контакта. Растравливание же на величину более 3 мкм приводит к затравливанию первого барьерного слоя над расположенным рядом высокобарьерными диодами Шоттки. Кроме того, при такой продолжительности травления возможно стравливание фоторезистивной маски и затравливание первого барьерного слоя по всей поверхности пластины. При проведении ионно-плазменого травления сначала первого барьерного слоя, а затем диэлектрического слоя до поверхности кремния получается нежелательный вертикальный профиль стенок контактных окон, а также наблюдается увеличение прямого падения напряжения низкобарьерных диодов Шоттки, обусловленное нарушениями поверхности кремния и наличием продуктов реакции между кремнием и вторым барьерным слоем, образовавшихся в процессе ионно-плазменного травления первого барьерного и диэлектрического слоев. Введение операций жидкостного дотравливания диэлектрического и первого барьерного слоев позволяет исключить плазменное воздействие на поверхность кремния и удалить продукты взаимодействия травящей смеси газов с барьерным и диэлектрическим слоями. Очистка поверхности кремния перед нанесением второго барьерного слоя, проводимая с целью удаления естественного оксидного слоя с поверхности областей формирования низкобарьерных диодов Шоттки, может быть как жидкостной, так и плазмохимической, так как используемые для этого травящие растворы и газы (HF+H2O, HF + ацетон, гексафторид серы, углеродфторгалогены) не подтравливают первый барьерный слой в отработанных режимах травления. Возможно осуществление подтравливания поверхностных слоев кремния с целью заглубления контакта Шоттки по отношению к границе раздела кремний диэлектрическое покрытие, что позволяет снизить токи утечки обратной ветви низкобарьерных диодов Шоттки. Использование в качестве первого барьерного слоя нитрида титана позволяет наряду с улучшением барьерных свойств расширить возможности на этапе удаления фоторезистивной маски после вскрытия областей формирования низкобарьерных диодов Шоттки, поскольку нитрид титана меньше подвержен окислению, чем, например, титан-вольфрам, и фоторезист с его поверхности можно удалять в кислородной плазме. Применение на этапе вскрытия низкобарьерных диодов Шоттки фоторезистивной маски толщиной менее 1,2 мкм приводит к затравливанию фоторезистивного слоя и подтравливанию первого барьерного слоя во время его жидкостного дотравливания. Травление первого барьерного слоя ионно-химическим методом в гексафториде серы позволяет исключить образование осадка в процессе последующего ионно-плазменного травления диэлектрического слоя вследствие образования летучих продуктов реакции в процессе травления первого барьерного слоя и их эффективного удаления из зоны взаимодействия, чего не наблюдается при использовании жидкостного или плазмохимического травления барьерного слоя. При необходимости вытравливать менее 80% исходной толщины диэлектрического слоя ионно-плазмннымм методом при его жидкостном дотравливани может получиться слишком большой клин травления в диэлектрическом слое, что не позволит затем растравить первый барьерный слой за пределы этого клина или приведет к затравливанию барьерного слоя над высокобарьерными диодами Шоттки. При вытравливании более 90% исходной толщины диэлектрического слоя возникает опасность плазменого воздействия на поверхность кремния. Удаление фоторезистивного слоя в концентрированной азотной кислоте исключает возможность подтравливания первого барьерного слоя, поскольку она является нейтральной и наиболее часто применяемым барьерным материалом (титан-вольфрам, нитрид титана). Использование раствора состава НF:ацетон=1:10 для очистки поверхности кремния перед нанесением второго барьерного слоя позволяет исключить подтравливание диэлектрического покрытия под первый барьерный слой из-за малой скорости травления диэлектрического слоя (
0,1 нм/мин). Кроме того, после применения этого раствора не требуется дополнительная жидкостная обработка для удаления органических соединений с поверхности пластин (как в случае с раствором НF в Н2О), которая может привести к затравливанию первого барьерного слоя, а также к подкислению поверхности кремния в областях формирования низкобарьерных диодов Шоттки. Обработка в указанном растворе позволяет получать минимальные токи утечки обратной ветви низкобарьерных диодов Шоттки по сравнению с другими видами очистки поверхности кремния. Назначение первого барьерного слоя пассивация высокобарьерных диодов Шоттки и всей поверхности диэлектрического покрытия, для чего достаточна пленка толщиной 35-65 нм. Толщина второго барьерного слоя должна быть достаточной для предотвращения взаимодействия материала токопроводящего слоя с кремнием в областях низкобарьерных диодов Шоттки. Суммарная толщина обоих барьерных слоев не будет превышать 170 нм. Данный способ создания интегральных микросхем с разнобарьерными диодами Шоттки позволяет получать воспроизводимые качественные и термостабильные параметры диодов Шоттки обоих типов с требуемым перепадом прямого падения напряжения 300 мВ в диапазоне рабочих токов 10 нА 1 мА, что дает возможность изготавливать интегральные микросхемы, выполненные в ШТЛ-базисе, которые имеют увеличенное быстродействие (1,5 нс/вент), в 2-3 раза превышающее быстродействие интегральных микросхем с транзисторно-транзисторной логикой с диодами Шоттки (ТТЛШ) и интегральной Шоттки логикой (ИШЛ).
Формула изобретения
1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С ДИОДАМИ ШОТТКИ, ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО БАРЬЕРА, включающий создание в полупроводниковой подложке активных и пассивных элементов интегральной схемы, маскированных диэлектрической пленкой, вскрытие в ней окон к невыпрямляющим контактам и высокобарьерным диодам Шоттки, формирование на поверхности подложки во вскрытых окнах силицида платины, формирование фоторезистивной маски с окнами под низкобарьерные диоды Шоттки, вскрытие в окнах фоторезистивной маски поверхности полупроводниковой подложки, удаление фоторезистивной маски, нанесение барьерной и токопроводящей пленок и фотолитографию по ним для создания рисунка разводки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности интегральных схем и улучшения воспроизводимости параметров диодов Шоттки, перед формированием фоторезистивной маски с окнами под низкобарьерные диоды Шоттки на поверхность структуры наносят дополнительную барьерную пленку, вскрытие поверхности полупроводниковой подложки в окнах фоторезистивной маски под низкобарьерные диоды Шоттки осуществляют путем ионно-плазменного удаления дополнительной барьерной пленки и частичного удаления диэлектрической пленки с последующим жидкостным дотравливанием диэлектрической пленки и жидкостным боковым подтравом дополнительной барьерной пленки под фоторезистивную маску на 1 - 3 мкм, а перед нанесением барьерной и токопроводящей пленок проводят очистку поверхности полупроводниковой подложки в окнах диэлектрической пленки под низкобарьерные диоды Шоттки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала дополнительной барьерной пленки используют нитрид титана. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при вскрытии в диэлектрической пленке окон под низкобарьерные диоды Шоттки используют фоторезистивную маску толщиной не менее 1,2 мкм. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ионно-плазменное травление дополнительной барьерной пленки проводят в гексафториде серы. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионно-плазменное частичное удаление диэлектрической пленки в окнах фоторезистивной маски под низкобарьерные диоды Шоттки проводят на 80 - 90% от ее толщины. 6. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что удаление фоторезистивной маски с окнами под низкобарьерные диоды Шоттки проводят в концентрированной азотной кислоте. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку поверхности полупроводниковой подложки перед нанесением барьерной и токопроводящей пленок проводят в растворе HF:(CH3)2CO в соотношении 1:10. 8. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что барьерную пленку наносят толщиной 90 - 100 нм, а дополнительную барьерную пленку - толщиной, составляющей 40 - 60% от толщины барьерной пленки.MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
