DE10322588B4 - Method for producing a resistance layer - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Herstellen einer Widerstandsschicht (38) auf einem Substrat
(30, 31), mit folgenden Schritten:
Aufbringen (10) einer polykristallinen
Schicht (32) mit einer Kristallstruktur auf dem Substrat, wobei
die Kristallstruktur ein Kristallit-Korngefüge mit einer ersten mittleren
Korngröße aufweist;
zumindest
teilweises Zerstören
(12) der Kristallstruktur in einem ersten Bereich (35) der polykristallinen
Schicht (32), wodurch in dem ersten Bereich ein amorphes Material
erhalten wird;
nach dem Schritt des Zerstörens (12), Durchführen (13a) einer
Implantation, so dass ein zweiter Bereich der in dem Schritt (10)
aufgebrachten polykristallinen Schicht, der sich von dem ersten
Bereich (35) unterscheidet, in dem die Kristallstruktur zerstört ist,
auf ein vorbestimmtes Niveau dotiert wird; und
nach dem Schritt
des Durchführens
(13a) einer Implantation, Tempern (14) des ersten Bereichs (35),
bis der erste Bereich (35) ein vorbestimmtes Kristallit-Korngefüge hat, das
eine zweite mittlere Korngröße hat,
die sich von der ersten mittleren Korngröße unterscheidet, wodurch die
Widerstandsschicht...Method for producing a resistance layer (38) on a substrate (30, 31), comprising the following steps:
Depositing (10) a polycrystalline layer (32) having a crystal structure on the substrate, the crystal structure having a crystallite grain structure having a first average grain size;
at least partially destroying (12) the crystal structure in a first region (35) of the polycrystalline layer (32), whereby an amorphous material is obtained in the first region;
after the step of destroying (12), performing (13a) an implantation such that a second area of the polycrystalline layer deposited in the step (10) different from the first area (35) in which the crystal structure is destroyed, is doped to a predetermined level; and
after the step of performing (13a) implantation, annealing (14) the first region (35) until the first region (35) has a predetermined crystallite grain structure having a second mean grain size different from the first mean grain size which makes the resistance layer ...
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungen und insbesondere auf die Herstellung von Widerständen bei integrierten Schaltungen.The The present invention relates to integrated circuits and in particular to the manufacture of resistors in integrated circuits.
In einer analogen integrierten Schaltungen spielen Widerstände mit guten elektrischen Eigenschaften eine entscheidende Rolle. In der Siliziumtechnologie werden diese Widerstände beispielsweise aus Polysiliziumschichten mit geeigneter Dotierung hergestellt. Wesentliche elektrische Parameter hängen jedoch nicht nur vom Dotierstoff und dessen Konzentration, sondern auch vom Korngefüge, und insbesondere von der mittleren Größe der Kristallite ab. Ein wichtiger Parameter ist das sogenannte Matching. Unter Matching versteht man die Breite der Verteilung der Widerstandswerte benachbarter Widerstände aufgrund statistischer Schwankungen der Anzahl der Kristallite in einem gegebenen Widerstand.In an analog integrated circuits play with resistors Good electrical properties are crucial. In the Silicon technology, these resistors, for example, from polysilicon layers produced with suitable doping. However, significant electrical parameters are dependent not only of the dopant and its concentration, but also from the grain structure, and especially from the average size of the crystallites. One important parameter is the so-called matching. Under matching one understands the width of the distribution of the resistance values of neighboring ones resistors due to statistical fluctuations in the number of crystallites in a given resistance.
Ein zweiter wichtiger Parameter ist der kleinstmögliche spezifische Widerstand, der auch durch eine weitere Erhöhung der Dotierstoffkonzentration nicht vermindert werden kann, und der im folgenden als Sättigungswiderstand bezeichnet sei.One second important parameter is the smallest possible specific resistance, which also by a further increase the dopant concentration can not be reduced, and the in the following as saturation resistance is designated.
Ein gutes Matching ist für diverse Analogschaltungen, z.B. Differenzverstärker oder A/D-Wandler, wichtig. Niedrige spezifische Widerstände sind andererseits für niederohmige Verbindungen und Anschlüsse, aber auch für die Realisierung von präzisen Widerständen mit kleinen Werten, wie z.B. 50-Ohm-Abschlußwiderständen, in der HF-Schaltungstechnik wichtig.One good matching is for various analog circuits, e.g. Differential amplifier or A / D converter, important. Low specific resistances on the other hand are for Low-resistance connections and connections, but also for the realization of precise resistors with small values, e.g. 50 ohm terminators, in RF circuit technology important.
Ein integrierter Polysiliziumwiderstand wird üblicherweise dadurch realisiert, dass eine Polysiliziumschicht mit einem bestimmten Kristallgefüge auf einem isolierenden Substrat aufgebracht wird. Damit hat man bereits eine Widerstands schicht erzeugt, deren spezifischer Widerstand ohne weitere Maßnahmen für die meisten Anwendungen jedoch zu hoch ist (>100 Ohm cm) und zu stark schwankt. Zur Absenkung und genaueren Einstellung des spezifischen Widerstands und damit des Schichtwiderstands wird daher mittels Ionenimplantation eine Dotierung des Polysilizium vorgenommen. Hierauf wird in einem Ausheil- oder Temper-Schritt, der auch als "Annealing" bezeichnet wird, eine Ausheilung des durch die Implantation beeinträchtigten Kristallgefüges des Polysilizium durchgeführt, um die Dotieratome zu "aktivieren".One integrated polysilicon resistance is usually realized by that a polysilicon layer with a certain crystal structure on a insulating substrate is applied. You already have one Resistor layer generated, their specific resistance without further activities for the However, most applications are too high (> 100 ohm cm) and fluctuates too much. to Lowering and more precise adjustment of the specific resistance and hence the sheet resistance is therefore by means of ion implantation made a doping of the polysilicon. This is followed in a healing or annealing step, which is also referred to as "annealing", an annealing of the affected by the implantation crystal structure of polysilicon, to "activate" the doping atoms.
Bei der oben erwähnten Implantation wird das Kristallit-Gefüge der ursprünglich aufgebrachten polykristallinen Schicht, also die mittlere Korngröße der Kristallite im Polysilizium, nicht verändert. Es entstehen durch das Implantieren lediglich Kristallverletzungen in dem Maß, dass die mittlere Korngröße in der ursprünglich aufgebrachten polykristallinen Schicht nicht beeinträchtigt wird.at the above mentioned Implantation becomes the crystallite structure of the originally applied polycrystalline Layer, ie the mean grain size of the crystallites in the polysilicon, not changed. Implanting causes only crystal injuries to the extent that the mean grain size in the originally applied polycrystalline layer is not affected.
Dieses Konzept ist dahingehend nachteilhaft, dass das Korngefüge der abschließend erhaltenen Widerstandsschicht schon von vornherein, also durch das Aufbringen der polykristallinen Schicht festgelegt wird. Bringt man eine polykristalline Schicht mit einer kleinen Kristallitgröße auf, also eine feinkörnige polykristalline Schicht, so führt dies dazu, dass zwar ein besseres Matching erreicht wird, andererseits ist der minimale spezifische Widerstand, also der Widerstand, der minimal erreicht werden kann, wenn maximal dotiert wird, nach unten begrenzt. Mit einer feinkörnigen Polysiliziumschicht können daher keine kleinen Widerstandswerte erreicht werden, wie sie beispielsweise für HF-Schaltungen benötigt werden.This Concept is disadvantageous in that the grain structure of the finally obtained Resistance layer already from the outset, so by the application the polycrystalline layer is determined. If you bring a polycrystalline layer with a small crystallite size, So a fine-grained polycrystalline layer, so leads this, to the extent that a better matching is achieved, on the other hand is the minimum resistivity, that is, the resistance can be achieved minimally, if maximum doping, down limited. With a fine-grained Polysilicon layer can Therefore, no small resistance values can be achieved, as for example for HF circuits needed become.
Wird dagegen von vornherein eine grobkörnige polykristalline Schicht aufgebracht, so kann zwar ein kleinerer minimaler Widerstand erreicht werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das Matching leidet.Becomes however, from the outset a coarse-grained polycrystalline layer applied, so although a smaller minimum resistance can be achieved become. However, it has turned out that the matching suffers.
Werden nun zwei unterschiedliche Widerstandstypen benötigt, nämlich einerseits Widerstände, die ein gutes Matching untereinander haben, und andererseits Widerstände, die kleine Widerstandswerte haben, so sind diese beiden gegenläufigen Ziele nicht erreichbar. Um dennoch beide Ziele so gut als möglich zu erreichen, wird daher üblicherweise ein Kompromiss hinsichtlich der Korngröße der ursprünglich aufgebrachten polykristallinen Schicht gewählt, um wenigstens beide Ziele annähernd zu erreichen. Es ist jedoch unmittelbar ersichtlich, dass beide Ziele nur annähernd erreicht werden, also nicht so gut, wie es wünschenswert wäre.Become now requires two different types of resistors, namely on the one hand resistors, the have a good match with each other, and on the other hand, resistances that have small resistance values, then these are two opposing goals not available. Nevertheless, to achieve both goals as well as possible therefore, it usually becomes a compromise on the grain size of the originally applied Polycrystalline layer chosen, at least approximate both goals to reach. However, it is immediately apparent that both goals only approximate be achieved, so not as good as it would be desirable.
Das US-Patent Nr. 4,762,801 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Widerständen aus polykristallinem Silizium mit erwünschten Temperaturkoeffizienten, wobei zunächst eine polykristalline Siliziumschicht aufgebracht wird, die anschließend in einem Bereich amorphisiert und dann getempert wird, so dass polykristallines Silizium mit neuem Korngefüge entsteht.The U.S. Patent No. 4,762,801 discloses a method of manufacture of resistances polycrystalline silicon with desired temperature coefficients, being first a polycrystalline silicon layer is applied, which subsequently in amorphizes a region and then annealed, so that polycrystalline Silicon with new grain structure arises.
Das US-Patent Nr. 6,524,924 B1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das eine leitende Struktur, wie beispielsweise einen Widerstand, aus polykristallinem Silizium umfasst, dessen Widerstandswert gesteuert wird. Hierbei wird eine zweischichtige Struktur mit einer ersten Schicht aus polykristallinem Silizium großer Korngröße und eine zweite Schicht aus polykristallinem Silizium mit kleiner Korngröße verwendet, wobei die erste Schicht einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, während die zweite Schicht einen negativen Temperaturkoeffizienten hat.US Pat. No. 6,524,924 B1 discloses a method of manufacturing a semiconductor device comprising a conductive structure, such as a polycrystalline silicon resistor, whose resistance value is controlled. Here, a two-layered structure with a first layer of polycrystalline silicon of large grain size and a second layer of polycrystalline Sili used with small grain size, wherein the first layer has a positive temperature coefficient, while the second layer has a negative temperature coefficient.
Das US-Patent Nr. 5,548,132 A offenbart einen Dünnfilmtransistor mit einer DRW-Offset-Region, die eine hohe Korngröße hat und Source- und Drain-Regionen mit kleiner Korngröße aufweist.The U.S. Patent No. 5,548,132 A discloses a thin film transistor having a DRW offset region, which has a high grain size and source and drain regions having a small grain size.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein flexibleres Verfahren zum Herstellen einer Widerstandsschicht zu schaffen.The Object of the present invention is to provide a more flexible To provide method for producing a resistance layer.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a method according to claim 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein flexibleres Konzept dahingehend erreicht wird, dass zunächst eine polykristalline Schicht aufgebracht wird, dass aber dann die Kristallstruktur zumindest in einem Bereich der polykristallinen Schicht zerstört wird, so dass in diesem Bereich der polykristallinen Schicht ein amorphes Material erhalten wird, d.h. ein Material, in welchem keine kristalline Ordnung mehr vorliegt. Durch geeignetes Tempern der Schicht wird der amorphe Bereich rekristallisiert in einer Weise, daß der Bereich ein vorbestimmtes Kristallit-Korngefüge hat, das eine mittlere Korngröße hat, die sich von der mittleren Korngröße der ursprünglich aufgebrachten polykristallinen Schicht unterscheidet. Man kann dabei die Temperung so wählen, daß das Korngefüge des nicht amorphisierten Bereichs dabei unverändert bleibt. Mit den üblichen Substraten (z.B. Siliziumwafer mit SiO2-Isolationsschicht) kann daher zweckmäßigerweise die gesamte Probe homogen getempert werden; technisch schwieriges lokales Erhitzen ist nicht erforderlich.The present invention is based on the finding that a more flexible concept is achieved in that initially a polycrystalline layer is applied, but then the crystal structure is destroyed at least in a region of the polycrystalline layer, so that in this region of the polycrystalline layer an amorphous material is obtained, ie, a material in which no crystalline order is present. By properly annealing the layer, the amorphous region is recrystallized in such a manner that the region has a predetermined crystallite grain structure having an average grain size different from the mean grain size of the originally deposited polycrystalline layer. You can choose the annealing so that the grain structure of the non-amorphized area remains unchanged. With the usual substrates (eg silicon wafer with SiO 2 insulation layer), it is therefore expedient to heat the entire sample homogeneously; technically difficult local heating is not required.
Das erfindungsgemäße Konzept ist dahingehend vorteilhaft, dass sich ein Entwickler nicht von vornherein auf eine aus einem Kompromiss heraus gewählte Kristallit-Struktur der ursprünglich aufgebrachten polykristallinen Schicht verlassen muss, sondern dass er die Kristallstruktur der polykristallinen Schicht bereichsweise, also lokal immer so einstellen kann, wie er es für den speziellen Zweck benötigt. Benötigt er an einer Stelle einer integrierten Schaltung z.B. eine feinkörnige Struktur, da ein gutes Matching hier erforderlich ist, jedoch nur relativ hochohmige Widerstände implementiert werden müssen, so wird erfindungsgemäß an dieser Stelle nach der Zerstörung der Kristallstruktur der ursprünglich aufgebrachten polykristallinen Schicht im Schritt des Temperns eine feinkörnige Struktur erzeugt. Benötigt der Entwickler an einer anderen Stelle der integrierten Schaltung kleine Widerstandswerte, die nur mit einer grobkörnigen polykristallinen Schicht erreichbar sind, so wird nach einer kompletten Zerstörung in dem Bereich, also nach einer Amorphisierung in diesem Bereich, der lokal begrenzt sein wird, im Schritt des Temperns ein grobkörniges Kristallit-Korngefüge hergestellt, durch das niederohmige Widerstände realisierbar sind, wobei in diesem Fall vor dem Schritt des Temperns, also nach dem Schritt des Zerstörens der Kristallstruktur noch eine eigene Implantation durchgeführt wird.The inventive concept is advantageous in that a developer is not a priori on a chosen from a compromise crystallite structure of originally has to leave applied polycrystalline layer, but that he the crystal structure of the polycrystalline layer in regions, So you can always set it locally as needed for the specific purpose. Does he need at a location of an integrated circuit, e.g. a fine-grained structure, since a good matching is required here, but only relatively high impedance resistors need to be implemented, so is according to the invention at this Place after the destruction the crystal structure of the original applied polycrystalline layer in the step of tempering a fine-grained Structure generated. Requires the Developers at another point in the integrated circuit small Resistance values only with a coarse-grained polycrystalline layer are achievable, so after a complete destruction in the Range, ie after an amorphization in this area, the local is limited, produced in the step of tempering a coarse-grained crystallite grain structure, through the low-impedance resistors feasible, in which case, before the annealing step, So after the step of destroying the Crystal structure is still performed its own implantation.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zur Zerstörung des Kristallgefüges eine Implantation mit schweren Ionen in hinreichend hoher Dosis durchgeführt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Ionen bereits um Dotierstoffe, wie z.B. As (Arsen) oder BF2 (Bordifluorid; als Dotierstoff wirkt Bor), so daß die zweite Implantation entfallen kann. Alternativ können auch Ionen zur Zerstörung des Kristallgefüges verwendet werden, die im Rahmen der benötigten Dosen die Leitfähigkeit von Silizium nicht beeinflussen. Hierbei ist beispielsweise Germanium (Ge) zu nennen.In a preferred embodiment of the present invention, an implantation with heavy ions in a sufficiently high dose is performed to destroy the crystal structure. In a preferred embodiment, the ions are already dopants, such as As (arsenic) or BF 2 (boron difluoride, boron is used as a dopant), so that the second implantation can be dispensed with. Alternatively, ions can be used to destroy the crystal structure, which do not affect the conductivity of silicon within the required doses. For example, germanium (Ge) may be mentioned here.
Das erfindungsgemäße Konzept der Zerstörung des Kristallgefüges und der anschließenden Einstellung der Kristallit-Struktur auf eine erwünschte Korngröße liefert die erforderliche Flexibilität dahingehend, dass für Widerstände mit unterschiedlichen Eigenschaften nur eine einzige Polysiliziumschicht aufgebracht werden muss, deren Korngefüge dann je nach Bedarf lokal verändert wird, so dass für jeden Widerstandstyp die optimale Korngröße gewählt wird. Damit müssen nicht mehr Kompromisse eingegangen werden, sondern es können die entsprechend benötigten Widerstände immer mit der optimalen Korngröße realisiert werden.The inventive concept of destruction of the crystal structure and the subsequent adjustment the crystallite structure delivers to a desired grain size the required flexibility to the effect that for resistors applied with different properties only a single polysilicon layer must be, their grain structure then changed locally as needed will, so for each resistance type is selected the optimum grain size. You do not have to more compromises are made, but it can be the required accordingly resistors always realized with the optimum grain size become.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Polysiliziumschicht bereits mit einer Korngröße aufgebracht, die für einen Widerstandstyp benötigt wird. In Bereichen der Polysiliziumschicht, in denen ein anderer Widerstand realisiert werden muss, also beispielsweise ein niedriger spezifischer Widerstand der Widerstandsschicht, wird die Kristallstruktur zerstört, während der andere Bereich, der beispielsweise feinkörnig ist und bereits die gewünschte Körnigkeit für den anderen Widerstandstyp aufweist, maskiert wird. Damit werden zwei unterschiedliche Widerstandstypen realisiert, deren Eigenschaften an die jeweiligen Bedürfnisse optimal angepasst sind.at a preferred embodiment of Present invention, the polysilicon layer already with applied to a particle size, the for requires a resistance type becomes. In areas of the polysilicon layer, where another Resistance must be realized, so for example, a lower resistivity of the resistive layer becomes the crystal structure destroyed, while the other area, which is, for example, fine-grained and already has the desired granularity for the has another resistance type is masked. This will be two realized different resistance types, their properties to the respective needs are optimally adapted.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIGS attached drawings explained in detail. Show it:
Bevor
detailliert auf die vorliegende Erfindung anhand der
Eine "grobkörnige" Textur mit einer Kristallitgröße von einigen hundert nm erhält man dagegen, wenn die Schicht zunächst amorph abgeschieden wird, also bei Temperaturen unterhalb ca. 550°C, und wenn dann in einem weiteren Temperschritt bis 700°C langsam auskristallisiert wird. Die letztere Schicht hat einen um etwa den Faktor 3 niedrigeren Sättigungswiderstand als die erstere. Dafür zeigt die feinkörnige Schicht, wie es ausgeführt worden ist ein deutlich besseres Matching.A "grainy" texture with a Crystallite size of some receives one hundred nm on the other hand, if the layer is first deposited amorphously, So at temperatures below about 550 ° C, and then in another Tempering step up to 700 ° C is crystallized out slowly. The latter layer has one around about the factor 3 lower saturation resistance as the former. Therefore shows the fine-grained Layer, as stated has been a much better matching.
Darüber hinaus wäre es auch möglich, zur weiteren Verringerung des spezifischen Widerstands die Widerstandsbahnen zu silizieren oder auch generell bestimmte Metallschichten, wie z.B. Tantalnitrid (TaN), zu nutzen.Furthermore would it be also possible, to further reduce the resistivity the resistance paths to silicate or also generally certain metal layers, such as e.g. Tantalum Nitride (TaN), to use.
Ein weiteres Konzept bestünde darin, Widerstände nicht aus Poly- sondern aus Monosilizium-Schichten aufzubauen. Hier erhält man optimales Matching und kann gleichzeitig niedrige spezifische Widerstände realisieren. Den elektrisch optimalen Fall der Entkopplung vom Substrat erhält man mit sog. SOI- Substraten (Silicon on Insulator), die deutlich teurer sind als Standard Si-Wafer. Zudem ist in Monosilizium der Temperaturkoeffizient immer negativ, während er in Polysilizium in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand und vom Dotierstoff auch positive Werte annehmen kann und bei einem bestimmten spez. Widerstand in erster Näherung verschwindet, was einen besonderen Vorteil darstellt.One Another concept would be in it, resistances not made of poly but of monosilicon layers. Here receives Optimal matching and at the same time realize low specific resistances. The electrically optimal case of decoupling from the substrate is obtained with so-called. SOI substrates (Silicon on insulator), which are significantly more expensive than standard Si wafers. moreover in monosilicon the temperature coefficient is always negative while it is in polysilicon depending resistivity and dopant also have positive values can accept and at a certain spec. Resistance in first approximation disappears, which is a special advantage.
Das vorstehend beschriebene Verfahren nach dem Stand der Technik stellt sich im einzelnen so dar. Zunächst wird eine Schicht amorphen Siliziums auf einem Substrat aufgebracht. Hierauf wird eine Implantation und eine Temperung durchgeführt, um schließlich einen niederohmigen Widerstand zu erhalten. Diese erste aufgebrachte Polysiliziumschicht (Poly 1) dient somit dazu, dass in ihr niederohmige Widerstände realisiert werden. Hierauf wird eine erste Lithographie durchgeführt, um die Bereiche, an denen schließlich eine niederohmige Widerstandsschicht stehen bleiben soll, vor einem anschließenden Plasma-Ätzschritt zu schützen. Nach dem Plasma-Ätzschritt wird eine Photolackentfernung durchgeführt, der eine anschließende Reinigung folgt. Hierauf wird das verbliebende erste Polysilizium ausgeheilt. Dann wird ein Oxid aufgebracht. Nach der Oxidaufbringung wird die zweite Polysiliziumschicht abgeschieden. Hierzu wird eine kristalline Polysiliziumschicht verwendet. Die zweite Polysiliziumschicht soll dazu dienen, hochohmige Widerstände zu realisieren, weshalb im Sinne eines besseren Matching ein im Vergleich zur ersten Polysiliziumschicht feinkristallineres Material aufgebracht wird. Hierauf wird eine Implantation durchgeführt, um hochohmige Widerstände mit einem speziell gewünschten Widerstandswert zu erreichen. Schließlich wird die zweite Polysiliziumschicht mit einer entsprechenden Photolackstruktur auf photolithographischem Wege versehen. Daraufhin werden nicht benötigte Bereiche der zweiten Schicht durch Plasmaätzung entfernt, um schließlich nach einer Photolackentfernung eine integrierte Schaltung zu erhalten, die zwei Widerstandstypen umfasst, die an die jeweiligen Gegebenheiten optimal angepasst werden können.The The prior art method described above in detail so dar. First For example, a layer of amorphous silicon is deposited on a substrate. Then an implantation and a tempering is performed to after all to get a low resistance. This first applied Polysilicon layer (poly 1) thus serves that in her low-impedance resistors will be realized. Then a first lithography is performed to the areas where finally a low resistance layer should be left standing, in front of you subsequent Plasma etching to protect. After the plasma etching step a photoresist removal is performed, followed by a subsequent cleaning followed. Then the remaining first polysilicon is annealed. Then an oxide is applied. After the oxide application, the second polysilicon layer deposited. For this purpose, a crystalline polysilicon layer used. The second polysilicon layer is intended to serve high-impedance resistors to realize, why in the sense of a better matching an im Compared to the first polysilicon layer finer crystalline material is applied. Then an implantation is performed to high-impedance resistors with a specially desired To reach resistance value. Finally, the second polysilicon layer with a corresponding photoresist structure on photolithographic Provided ways. Thereupon, unnecessary areas of the second Layer by plasma etching removed, finally to obtain an integrated circuit after photoresist removal, which includes two types of resistances, depending on the circumstances can be optimally adapted.
Das
nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Konzept führt zu einer
wesentlichen Vereinfachung gegenüber
der Verwendung von zwei unterschiedlichen Polysiliziumschichten,
indem zunächst, wie
es in
Erfindungsgemäß wird die Prozessführung somit gegenüber der Technik mittels zwei Polysiliziumschichten dahingehend vereinfacht, dass nur eine einzige Schicht abgeschieden wird, und dass dann deren Korngefüge lokal verändert wird. Hierzu wird die Kristallstruktur der Schicht an den gewünschten Stellen vorzugsweise mittels Implantation schwerer Ionen in hinreichend hoher Dosis zerstört. Die nötige Mindestdosis hängt von der Ionensorte ab und ist der Literatur zu entnehmen [W.E. Beagle, J.C. Tsai and R.D. Plummer: Quick Reference Manual for Silicon Integrated Circuit Technology, Wiley, New York, 1985]. Für As beträgt sie beispielsweise etwa 2 × 1014 cm–2. Praktisch sind etwas höhere Dosen zu bevorzugen, da sichergestellt sein muß, daß in der amorphisierten Schicht kei ne kristallinen Reste verbleiben, an welchen im nachfolgenden Temperschritt eine feinkörnige Rekristallisierung stattfinden würde. Die Implantationsenergie ist vorzugsweise so zu wählen, daß die mittlere Eindringtiefe etwa der halben Schichtdicke entspricht.According to the invention, the process management is thus simplified compared to the technique by means of two polysilicon layers in that only a single layer is deposited, and that then their grain structure is changed locally. For this purpose, the crystal structure of the layer at the desired locations is preferably destroyed by implantation of heavy ions in a sufficiently high dose. The minimum dose required depends on the ion species and can be found in the literature [WE Beagle, JC Tsai and RD Plummer: Quick Reference Manual for Silicon Integrated Circuit Technology, Wiley, New York, 1985]. For As it is for example about 2 × 10 14 cm -2 . In practice, slightly higher doses are to be preferred, since it must be ensured that no crystalline residues remain in the amorphized layer at which a fine-grained recrystallization would take place in the subsequent heat treatment step. The implantation energy is preferably to be chosen so that the mean penetration depth corresponds to about half the layer thickness.
Die nunmehr lokal amorphe Schicht wird dann je nach Ausführungsform unmittelbar oder nach entsprechender Dotierung so getempert, dass das letztendlich für die Widerstandsschicht gewünschte Korngefüge entsteht.The Now locally amorphous layer is then depending on the embodiment directly or after appropriate doping so annealed that that ultimately for the resistance layer desired grain structure is formed.
Mitentscheidend
für die
vorliegende Erfindung ist, dass die Temperung in weiten Grenzen
so gewählt
werden kann, dass sich das Gefüge
der ungeschädigten
Bereiche der Schicht nicht verändert. Dabei
kann man je nach Bedarf entweder mit einer feinkörnigen Textur beginnen, also
eine ursprünglich feinkörnige Polysiliziumschicht
im Schritt
Im
Vergleich zu dem beschriebenen Verfahren mit zwei Polysiliziumschichten
benötigt
man bei dem in
Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dass es nicht nötig ist, eine zweite Schicht über einer bereits strukturierten ersten Schicht zu strukturieren. In einem solchen Szenario entstehen nämlich häufig unerwünschte Ätzreste an den Kanten, die auch als "Spacer" bezeichnet werden.One another important advantage is that it is not necessary a second layer over to structure an already structured first layer. In In fact, such a scenario often results in unwanted etching residues on the edges, the Also referred to as a "spacer".
Darüber hinaus haben niederohmige nicht-silizierte Widerstände, wie sie durch das erfindungsgemäße Konzept erhalten werden können, Vorteile im Matching und der Streuung. TaN-Widerstände haben zwar gute Bauelemente-Eigenschaften, sind aber in der Prozessführung komplexer und benötigen oftmals zusätzliche Prozeßschritte.Furthermore have low-resistance non-silitated resistors, as they by the inventive concept can be obtained, benefits in matching and scattering. Although TaN resistors have good device properties, but are in litigation more complex and need often additional Process steps.
Durch das erfindungsgemäße Konzept können auch mehr als zwei unterschiedliche Korngefüge in einer einzigen polykristallinen Schicht realisiert werden, so dass ein Entwickler sich nicht nur zwischen zwei kristallinen Gefügen entscheiden muss, sondern das lokal variierende Kristallgefüge je nach speziellem Bedarf auslegen kann, um somit für jeden Widerstand im Hinblick auf den benötigten Widerstandswert ein optimales Matching zu erreichen.By the inventive concept can also more than two different grain structures in a single polycrystalline Layer can be realized so that a developer not only between two crystalline structures but the locally varying crystal structure depending on the particular Can interpret needs, thus for Any resistance with regard to the required resistance value to achieve optimal matching.
Das erfindungsgemäße Konzept besteht somit in anderen Worten ausgedrückt darin, dass die Amorphisierung vorzugsweise durch Ionenimplantation dazu verwendet wird, in einer Polysiliziumschicht lokal unterschiedliche Korngefüge herzustellen, und damit in einer Schicht zwei oder mehr unabhängig optimierbare Widerstände zu realisieren. Insbesondere für Produkte, in denen Präzisionswiderstände benötigt werden, wie z.B. Analogschaltungen, Mixed-Signal-Schaltungen, also Schaltungen, die analoge und digitale Signale verarbeiten, und HF-Produkten wird die erfindungsgemäße Widerstandsherstellung vorteilhaft eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle Silizium-basierten Halbleitertechnologien, also z.B. für CMOS-, BiCMOS- und Bipolar-Technologien, und darüber hinaus für alle Technologien, die mit der Polysiliziumabscheidung und den erwähnten Temperschritten kompatibel sind.The inventive concept in other words, is that amorphization is preferably used by ion implantation, in one Polysilicon layer produce locally different grain structure, and thus to realize in a layer two or more independently optimizable resistors. Especially for Products in which precision resistors are needed such as. Analog circuits, mixed-signal circuits, ie circuits, process the analog and digital signals, and become HF products the resistance production according to the invention used advantageously. The inventive method is suitable for all silicon-based Semiconductor technologies, e.g. for CMOS, BiCMOS and bipolar technologies, and above out for all the technologies associated with the polysilicon deposition and the mentioned annealing steps are compatible.
Nachfolgend
wird anhand von
Es
sei nochmals darauf hingewiesen, dass das Bombardement der Siliziumschicht
im Bereich
Nach
dieser in dem Schritt
In
einem Schritt
Der
zweite Widerstand
Ausgehend
von amorphem Silizium, wie es in
Hinsichtlich der Kristallit-Größen sei darauf hingewiesen, dass feinkörnige Polysiliziumschichten typischerweise Kristallit-Größen von 30 bis 100 Nanometern haben, wobei im Hinblick auf optimales Matching kleine Werte zu bevorzugen sind, während grobkörnige Texturen Kristallitgrößen von über 200 Nanometern haben, die vorzugsweise im Bereich von 300 bis 600 Nanometern liegen [T. Kamins: Polycrystalline Silicon for In tegrated Circuit Applications, Kluwer, Boston, 1988, p.53ff]. Von amorphen Materialien spricht man dagegen dann, wenn die "Kristallite" nur noch aus wenigen Atomen bestehen, oder anders ausgedrückt, wenn die Abstände der Atome im Festkörper statistisch um den mittleren Abstand verteilt sind und es keine Fernordnung der Atome mit dem festen atomaren Abstand des Kristallgitters mehr gibt.With regard to crystallite sizes, it should be noted that fine-grained polysilicon layers typically have crystallite sizes of 30 to 100 nanometers, with small values being preferred for optimal matching, while coarse-grained textures have crystallite sizes of over 200 nanometers, preferably in the range from 300 to 600 nanometers [T. Kamins: Polycrystalline Silicon for Integrated Circuit Applications, Kluwer, Boston, 1988, p.53ff]. On the other hand, amorphous materials are said to exist when the "crystallites" consist of only a few atoms, or in other words, if the distances of the atoms in the solid are statistically distributed around the mean distance and if there is no long - range order of the atoms with the fixed atomic distance of the Crystal lattice gives more.
- 1010
- Aufbringen einer polykristallinen Schichtapply a polycrystalline layer
- 1212
- Zerstören der Kristallstruktur in einem Bereich derDestroy the Crystal structure in an area of
- Schichtlayer
- 12a12a
- Lithographie für die Amorphisierunglithograph for the amorphization
- 12b12b
- Implantationimplantation
- 12c12c
- PhotolackenfernungPhotolackenfernung
- 13a13a
- Implantationimplantation
- 13b13b
- ReinigenClean
- 1414
- Tempern des Bereichstemper of the area
- 15a15a
- Lithographie für die Widerstandsbahnenlithograph for the resistance paths
- 15b15b
- Plasmaätzungplasma etching
- 15c15c
- PhotolackentfernungPhotoresist removal
- 3030
- Substratsubstratum
- 3131
- Oxidoxide
- 3232
- Polysiliziumpolysilicon
- 3333
- PhotolackmaskePhotoresist mask
- 3434
- Implantationsatome bzw. -moleküleimplanting atoms or molecules
- 3535
- Bereich, in dem die Kristallstruktur zerstört wirdArea, in which the crystal structure is destroyed
- 3737
- Hochohmiger Widerstand mit feinkörnigerHigh impedance Resistance with fine-grained
- Polysiliziumstrukturpolysilicon structure
- 3838
- Niederohmiger Widerstand mit grobkörnigerLow impedance Resistance with coarse grained
- Polysiliziumstrukturpolysilicon structure
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2003
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