CS248236B1

CS248236B1 - A method of selective implantation of boron into the isolation regions of semiconductor substrates

Info

Publication number: CS248236B1
Application number: CS515285A
Authority: CS
Inventors: Karol Hokky; Marian Kona; Milan Mancel
Original assignee: Karol Hokky; Marian Kona; Milan Mancel
Priority date: 1985-07-10
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Podstata riešenia spočívá vo využití vytvarovaného· motivu vo vrstvě nitridu kremíka ako ochrany aktívnych oblastí polovodičových prvkov pri lokál,nej oxidácii kremíka a súčasne před implantáciou bóru. Časti izolačných oblastí sú maskované vytvarovanou vrstvou svetlocitlivého laku. Do substrátu sú implantované ióny hálogenidov bóru, pričom sa využívá ich malá híbka vniku do masikovacieho materiálu. Vynález je možné využit pri výrobě integrovaných ohvodov najmá v technologii SGCMOS a v technologii výroby polovodičových prvkov pracujúcich s vysokými napátiami.The essence of the solution lies in the use of a shaped motif in the silicon nitride layer as a protection of the active areas of semiconductor elements during local oxidation of silicon and at the same time from boron implantation. Parts of the insulating areas are masked by a shaped layer of photosensitive varnish. Boron halide ions are implanted into the substrate, while their small penetration depth into the masking material is used. The invention can be used in the production of integrated circuits, especially in the SGCMOS technology and in the technology of manufacturing semiconductor elements operating with high voltages.

Description

Vynález rieši sposob selektívnej implantácie bóru do izolačných oblastí polovodičových substrátov v technologii výroby pianérnych polovodičových prvkov využívajúcich lokálnu oxidáciu kremíka. Dóvodom pre sélektívnu implantáciu bóru bývá potřeba lokálně zvýšit izolačně schopnosti polovodičového substrátu na miestach čipu polovodičového prvku, kde pracuje s vyššími napáťovými úrovňami než v zostávajúcej časti prvku.The invention solves a method of selective implantation of boron into the insulating regions of semiconductor substrates in the technology of producing pianlar semiconductor devices using local silicon oxidation. The reason for selective boron implantation is the need to locally increase the insulating ability of the semiconductor substrate at the locations of the chip of the semiconductor element, where it operates at higher voltage levels than in the rest of the element.

V dosial' znárnom postupe selektívneho zvýšenia koncentráoie bóru v izolačných oblastiach polovodičových substrátov planárnych polovodičových prvkov sa využívá proces implantácie cez dve maskovacie úrovne vytvořené dvomi po sebe nanesenými a rozličné vytvarovanými vrstvami svetlocitlivého laku. Dóvodom pre použitie dvoch maskovacích úrovní je velká hlhka vniku iónov atomárneho hóru - do masko vacieho materiálu aj pri minimálnych urýchlujúcich nápatiach doslahnutelných u běžných priemyselných tónových implantátorov. Nevýhody maskovania implantácie dvomi vrstvami svetlocitlivého laku sú:In the hitherto known process of selectively increasing boron concentration in the insulating regions of semiconductor substrates of planar semiconductor elements, the implantation process is utilized through two masking levels formed by two successive and differently formed layers of photosensitive lacquer. The reason for using two masking levels is the high penetration of atomic horium ions - into the masking material, even with minimal accelerating patches reachable with conventional industrial tone implants. The disadvantages of masking implantation with two layers of photosensitive lacquer are:

— v případe vzniku chyby v poradí druhej vrstvy svetlocitlivého laku pri fotolitografickom spracovaní nie je možná oprava odstránením tejto vrstvy a opakováním celého fotolitograf ického procesu, pretože dojde súčasne k odstráneniu prvej vrstvy svetlocitlivého laku, — technologické problémy pri nanášaní v poradí druhej vrstvy svetlocitlivého laku. Nie je možné použit promotory adhézie, pričom druhá vrstva svetlocitlivého laku překonává značné výškové rozdiely, čo výrazné vplýva na homogenitu hrůbky laku. Dósledkom je nekvalitně vykresleme motivu druhej maskovacej úrovně.- in the event of an error in the order of the second photoresist coating in photolithographic processing, correction is not possible by removing this layer and repeating the entire photolithographic process, since simultaneously removing the first photoresist coating, - technological problems in applying the second photoresist coating. It is not possible to use adhesion promoters where the second layer of light-sensitive varnish overcomes considerable height differences, which significantly affects the homogeneity of the lacquer depth. As a result, we render poorly the motif of the second masking level.

Uvedené nedostatky odstraňuje spósob selektívnej implantácie bóru do izolačných oblastí polovodičových substrátov v technologii polovodičových prvkov s lokálnou oxidáciou kremíka, ktorého podstata spočívá v tom, že do polovodičového substrátu sa cez dve rozdielne vytvarované maskovacie úrovně implantujú ióny hálogenidov bóru, pričom jedna maskovacia úroveň je tvořená vytvarovanou vrstvou nitridu kremíka a druhá maskovacia úroveň je tvořená vytvarovanou vrstvou svetlocitlivého laku.These disadvantages are overcome by the method of selective boron implantation into the insulating regions of semiconductor substrates in semiconductor element technology with localized silicon oxidation, which consists in the implanting of boron halogen ions into the semiconductor substrate through two differently shaped masking levels, forming a masking level the silicon nitride layer and the second masking level are formed by a formed layer of light-sensitive varnish.

Zmenšenie híbky vniku implantovaných iónov pri hodnotách bežne používaných urýchlujúcich naipatí tónových implantátorov je dosiahnuté zvýšením ich hmotnosti. Ako zdroj bóru sa pri implantáciách bóru najčastejšie používajú halogenidy bóru ako fluorid boritý BF3 alebo chlorid boritý BCÍ3. Použitím molekulárnych iónov hálogenidov bóru sa hmotnosť implantovaných iónov podstatné zvačší, například tón floridu boritého BF2+ má přibližné 4,5 krát a ión chloridu borítého BCl2⁺ 7,5 krát váčšiu hmotnosť ako ión atomárneho bóru, a úměrně tomu klesá híbika vniku iónov. Umožní to vynechat prvú vrstvu svetlocitlivého laku a namiesto nej použit vrstvu nitridu kremíka, ktorá sa používá na ochranu aktívnych oblastí polovodičových substrátov pri loikálnej oxidácii kremíka.The reduction in the implant penetration depth at the values of commonly used accelerating naipathies of the tone implants is achieved by increasing their weight. Boron halides such as boron trifluoride BF3 or boron trichloride BC13 are most commonly used as boron sources in boron implants. By using molecular boron halide ions, the weight of the implanted ions is substantially greater, for example, the boron floride tone BF2 + is approximately 4.5 times and the boron trichloride ion BCl2 ⁺ 7.5 times the mass of the atomic boron ion, and the ion infiltration mushroom decreases accordingly. This makes it possible to omit the first layer of photosensitive lacquer and to use instead a layer of silicon nitride, which is used to protect the active regions of semiconductor substrates in the localized oxidation of silicon.

Výhodou selektívnej implantácie podfa vynálezu je využitie vytvarovaného motivu vo vrstvě nitridu kremíka ako ochrany aktívnych oblastí polovodičových substrátov před lokálnou oxidáciou kremíka a súčasne ako maskovacej úrovně pre selektívnu implantáciu bóru do izolačných oblastí. Hrůbky vrstiev kysličníka křemičitého· a nitridu kremíka používané v technológii lokálnej oxidácie kremíka nie je potřebné upravovat.The advantage of selective implantation according to the invention is to use the shaped motif in the silicon nitride layer as protection of the active regions of the semiconductor substrates against local oxidation of the silicon and at the same time as a masking level for the selective implantation of boron into the isolation regions. The thicknesses of the layers of silica and silicon nitride used in the local silicon oxidation technology need not be adjusted.

Vzhladom na možnost použitia promotora adhézie svetlocitlivého laku a zníženie výškových rozdlelov v reliéfe polovodičovej štruiktíúry sa odstránia technologické problémy s adhéziou a vykreslením motivu fotolitografickej masky vo vrstvě 'svetlocitlivého laku. V případe vzniku poruchy svetlocitlivého laku pri fotolitografickom spraotívaní je možná jej oprava odstránením vrstvy svetlocitlivého laku a opakováním celej fotolitografickej operácie.Due to the possibility of using a photosensitive lacquer adhesion promoter and reducing the height differences in the relief of the semiconductor structure, technological problems with adhesion and rendering of the photolithographic mask motif in the photosensitive lacquer layer are eliminated. In the event of a photosensitive lacquer failure in photolithographic spraining, it can be repaired by removing the photosensitive lacquer layer and repeating the entire photolithographic operation.

Na pripojenom výkrese je znázorněný sposob selektívnej implantácie bóru do izolačných oblastí polovodičových substrátov podta vynálezu.The attached drawing shows a method of selective implantation of boron into the insulating regions of semiconductor substrates according to the invention.

Na polovodiičovom substráte 1 je vrstva kysličníka křemičitého 2, na ktorej je vytvarovaná vrstva nitridu kremíka 3. Aktivně oblasti 4 sú před implantáciou molekulárných iónov hálogenidov bóru chráněné vrstvou nitridu kremíka 3 a časti izolačných oblastí 5 chráněné vrstvou svetlocitlivého laku 6. Molekulárně ióny hálogenidov bóru sú implantované len do častí izolačných oblastí polovodičového substrátu 7.On the semiconductor substrate 1 there is a layer of silica 2 on which a layer of silicon nitride 3 is formed. Active areas 4 are protected by a layer of silicon nitride 3 and parts of the insulating areas 5 protected by a light-sensitive lacquer layer 6 prior to implantation of molecular boron halide ions. implanted only into portions of the insulating regions of the semiconductor substrate 7.

Sposob selektívnej implantácie bóru do izolačných oblastí substrátov polovodičových prvkov podfa vynálezu sa urobí tak, že na polovodičový substrát 1 sa termickou oxidáciou narastie vrstva kysličníka křemičitého 2 o hrúbke požadovanej pre technológiu lokálnej oxidácie kremíka.The method of selective implantation of boron into the insulating regions of the substrates of the semiconductor elements of the present invention is accomplished by growing on the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation a layer of silica 2 of the thickness required for the local silicon oxidation technology.

Ďalej sa narastie vrstva nitridu kremíka 3 o minimálnej hrúbke 90 nm, ktorá sa vytvaruje pomocou svetlocitlivého laku. Po vytvarovaní sa vrstva svetlocitlivého laku odstráni a nanesie sa nová vrstva svetlocitlivého laku 6, ktorá sa vytvaruje pomocou nasledujúcej fotolitografickej masky. Takto sa vytvoří štruktúra pre implantáciu potrebnej dávky molekulárnych iónov halogenidov bóru.Further, a layer of silicon nitride 3 having a minimum thickness of 90 nm is grown, which is formed by a light-sensitive varnish. After shaping, the light-sensitive lacquer layer is removed and a new layer of light-sensitive lacquer 6 is applied, which is formed by the following photolithographic mask. This creates a structure for implanting the necessary dose of molecular boron halide ions.

Tento spósob selektívnej implantácie bóru do izolačných Oblastí substrátov polovodičových prvkov je možné použit v technologickom postupe výroby integrovaných obvcdov ako aj disikirétnych prvkov, pričom je možné využit vrstvy kysličníka křemičitého aj nitridu kremíka bez změny hrúbok po248238 užívaných v technologii lokálnej oxidácie kremíka so štandardnou 5 μΐη litografiou. Zvlášť vhodné je využitie v technologii výroby uniipolárnych integrovaných obvodov s komplementárnymi tranzistormi s hradlom z polýkryštalického kremíka (SGCMOS) a integrovaných obvodov pracujúcich s vysokými napatiaml.This method of selective boron implantation into the Insulating Areas of Semiconductor Element Substrates can be used in the process of manufacturing both integrated coatings and disicircular elements, utilizing both the silica and silicon nitride layers without changing the po248238 thicknesses used in the standard l5 . Particularly suitable is the use in the technology of manufacturing uniipolar integrated circuits with complementary polycrystalline silicon gate transistors (SGCMOS) and high voltage integrated circuits.

Claims

A method of selectively implanting boron into the insulating regions of semiconductor substrates in planar semiconductor element technology using silicon oxidation-based planar semiconductor elements, characterized in that the invention of the semiconductor substrate, through two differently shaped opacifying layers formed by a silicon nitride layer and a single layer of silicon nitride halogen halides.