RU2170474C2

RU2170474C2 - Method for producing resistors in integrated circuits

Info

Publication number: RU2170474C2
Application number: RU98121155A
Authority: RU
Inventors: Е.С. Горнев; А.С. Глебов; М.И. Лукасевич; В.В. Дзюбанова; Н.М. Манжа
Original assignee: АООТ "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2001-07-10

Abstract

FIELD: microelectronics; integrated circuit manufacture. SUBSTANCE: proposed method involves formation of insulating layer on silicon plate surface, evaporation of amorphous silicon layer, and formation of resistors in the latter. Prior to forming resistors in amorphous silicon layer the latter is annealed at temperature higher than that for producing next resistors and integrated-circuit structure regions. Proposed technology provides for better reproducibility of polysilicon layer properties to produce resistors or desired ratings due to selection of adequate temperature for additional annealing. EFFECT: increased yield percentage. 4 cl

Description

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления интегральных схем (ИС), у которых на одном кристалле формируются транзисторы и резисторы. The scope of the invention is microelectronics, namely the technology for manufacturing integrated circuits (ICs), in which transistors and resistors are formed on the same chip.

Наиболее прогрессивным способом изготовления ИС является создание резисторов на осажденных на поверхности пленках кремния, изолированных диэлектриком, обладающих в результате изоляции диэлектриком от активных компонентов ИС минимальной емкостью и повышенной степенью интеграции. The most progressive method for fabricating ICs is to create resistors on silicon films deposited on the surface, insulated by a dielectric, which, as a result of isolation by a dielectric from the active components of the IC, have a minimum capacity and an increased degree of integration.

В ранних работах в качестве пленок использовались пленки поликристаллического кремния, однако в силу "мелкозернистости" они имели большие величины сопротивления, что затрудняло получение сопротивлений в широком диапазоне значений. При этом свойства поликристаллических пленок существенно зависят от состояния поверхности, определяющих зарождение зерен. Кроме того, процесс осаждения пленок кремния, имеющих поликристаллическую структуру, происходит при температурах выше 600^oC, что увеличивает градиент температур по зоне осаждения и также приводит к неравномерности и невоспроизводимости свойств пленок. Уменьшение высокого сопротивления слоя может достигаться увеличением толщины слоев, что существенно усложняло технику травления резисторов, рекристаллизацией посредством лазерного наращивания или требует высоких температур отжига, приводящих к деградации структуры ИС (1 - "J. Appl. Phys. N 54 1983 pp 4633 - 4640), или иных методов увеличения величины зерен, позволяющих снизить сопротивление пленок при легировании примесью. Все это делает резисторы на поликристаллическом кремнии плохо воспроизводимыми.In early works, polycrystalline silicon films were used as films, however, due to their “fine-grained” nature, they had large resistance values, which made it difficult to obtain resistances in a wide range of values. In this case, the properties of polycrystalline films substantially depend on the state of the surface, which determine the nucleation of grains. In addition, the process of deposition of silicon films having a polycrystalline structure occurs at temperatures above 600 ^o C, which increases the temperature gradient in the deposition zone and also leads to uneven and irreproducible properties of the films. A decrease in the high layer resistance can be achieved by increasing the thickness of the layers, which significantly complicates the technique of etching resistors, recrystallization by laser growth, or requires high annealing temperatures leading to degradation of the structure of the IC (1 - "J. Appl. Phys. N 54 1983 pp 4633 - 4640) , or other methods of increasing the size of grains, which make it possible to reduce the resistance of films upon doping with an impurity, which makes polycrystalline silicon resistors poorly reproducible.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления поликристаллических кремниевых пленок, легированных бором, для схем биполярных транзисторов (2 - ФРГ 3402188 A1 с приоритетом 23.01.84), включающий осаждение на поверхности пластины кремния, покрытой диэлектриком, слоя аморфного кремния при температурах ниже 580^oС, легирования аморфного слоя бором, в процессе или после осаждения аморфного слоя, термического отжига легированных пленок при температуре более 800^oC не менее 30 мин.The closest technical solution to the proposed invention is a method of manufacturing polycrystalline silicon films doped with boron for bipolar transistor circuits (2 - Germany 3402188 A1 with priority 23.01.84), including the deposition on the surface of a silicon plate coated with a dielectric, a layer of amorphous silicon at temperatures below 580 ^o C, doping the amorphous layer with boron, during or after deposition of the amorphous layer, thermal annealing of the doped films at a temperature of more than 800 ^o C for at least 30 minutes.

Осаждение пленок при пониженных температурах, имеющих аморфную структуру, устраняет недостатки способов изготовления резисторов на слоях поликристаллического кремния [1] по следующим причинам. The deposition of films at low temperatures, having an amorphous structure, eliminates the disadvantages of methods for manufacturing resistors on layers of polycrystalline silicon [1] for the following reasons.

Так как осаждается не поликристаллический слой, состоящий из множества мелких кристаллов кремния, зарождающихся на поверхности диэлектрика и существенно зависящих от свойств диэлектрика на разных участках осаждения сдоя, а аморфный слой, свойства которого мало зависят от поверхности, то исключается невоспроизводимость осаждаемых слоев от качества поверхности. Since not a polycrystalline layer is deposited, consisting of many small silicon crystals that nucleate on the surface of the dielectric and substantially depend on the properties of the dielectric in different sections of the sediment deposition, but an amorphous layer, whose properties depend little on the surface, the irreproducibility of the deposited layers on the surface quality is excluded.

Снижение температуры процесса уменьшает возможный градиент температур вдоль реактора, что также благоприятно отражается на воспроизводимости осаждаемых слоев по зоне осаждения. A decrease in the process temperature reduces a possible temperature gradient along the reactor, which also favorably affects the reproducibility of the deposited layers in the deposition zone.

И, наконец, при кристаллизации пленок, имеющих аморфную структуру, плотность центров кристаллизации снижается, а величина зерен увеличивается по сравнению с поликристаллическими пленками, получаемыми и отжигаемыми в аналогичных условиях (3 - " Appl. Phys. Lett. 42 (1983) pp 249-251), что позволяет получать низкие значения величин сопротивления поликристаллических кремниевых слоев. And finally, upon crystallization of films having an amorphous structure, the density of crystallization centers decreases, and the grain size increases in comparison with polycrystalline films obtained and annealed under similar conditions (3 - "Appl. Phys. Lett. 42 (1983) pp 249- 251), which allows one to obtain low values of the resistance of polycrystalline silicon layers.

Однако способ [2] имеет и существенные недостатки. However, the method [2] has significant disadvantages.

Так, использование в прототипе для кристаллизации аморфного слоя кремния температур, близких к 700^oC, не создает стабильного слоя для формирования резисторов по двум причинам. Во-первых, температура начала кристаллизации находится выше 600^oC и процесс "кристаллообразования" на уровне температур 700^oC собственно только начинается, слой еще не "готов" к формированию резисторов, и во-вторых, процесс изготовления ИС производится при температурах в диапазоне 800 - 900^oC и выше, и так как резисторы формируются на начальных этапах создания ИС, в процессе изготовления всей ИС будет продолжаться рост зерен в слое поликристаллического кремния, а значит будет меняться и величина сопротивления слоя, отклоняясь от требуемого номинала.So, the use in the prototype for crystallization of an amorphous silicon layer of temperatures close to 700 ^o C, does not create a stable layer for the formation of resistors for two reasons. First, the crystallization onset temperature is above 600 ^o C and the process of “crystal formation” at the temperature level of 700 ^o C actually just begins, the layer is not yet “ready” for the formation of resistors, and secondly, the manufacturing process of ICs is performed at temperatures in the range 800 - 900 ^o C and higher, and since resistors are formed at the initial stages of IC creation, during the manufacturing of the entire IC, grain growth will continue in the polycrystalline silicon layer, which means that the value of the layer resistance will also deviate, deviating from the required nominal Nala.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в достижении высокой воспроизводимости свойств поликристаллических кремниевых слоев для изготовления резисторов заданного номинала за счет выбора значения температуры дополнительного отжига для предварительной "кристаллизации", более высокой, чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС, что обеспечивает получения высокого процента выхода годных ИС. The objective of the present invention is to obtain a technical result, which consists in achieving high reproducibility of the properties of polycrystalline silicon layers for the manufacture of resistors of a given nominal value by choosing the temperature of the additional annealing for preliminary "crystallization", higher than the temperature of the subsequent formation of resistors and regions of the structure of the IC, which provides obtaining a high percentage of suitable IP output.

Для достижения названного технического результата в способе изготовления резисторов в ИС, включающем формирование на поверхности пластины кремния слоя диэлектрика, осаждение слоя аморфного кремния, формирование в нем резисторов, перед формированием в слое аморфного кремния резисторов слой отжигают при температуре, большей чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС. To achieve the named technical result in a method for manufacturing resistors in an IC, including forming a dielectric layer on a silicon wafer surface, depositing an amorphous silicon layer, forming resistors in it, before forming resistors in the amorphous silicon layer, the layer is annealed at a temperature higher than the temperature of the subsequent formation of resistors and areas of IP structure.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что перед формированием в слое аморфного кремния резисторов слой отжигают при температуре, большей чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС. Thus, the distinguishing features of the present invention is that before the formation of resistors in the amorphous silicon layer, the layer is annealed at a temperature higher than the temperature of the subsequent formation of resistors and regions of the IP structure.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, оказывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает "изобретательский уровень" предлагаемого способа. Patent studies have shown that the combination of features of the invention is new, which proves the novelty of the proposed method. In addition, patent studies have shown that there are no data in the literature that influence the distinguishing features of the claimed invention to achieve a technical result, which confirms the "inventive step" of the proposed method.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу. This set of distinctive features allows us to solve the problem.

Указанное выполнение предлагаемого способа приводит к тому, что после отжига аморфного слоя при температуре, большей, чем температура последующего формирования резисторов и областей структуры ИС, формируется поликристаллический кремниевый слой с величиной зерна, определяющей свойства слоя и обеспечивающей воспроизводимость требуемого номинала резисторов, при этом величина зерна уже не меняется в процессе изготовления структуры ИС. Кроме того, уровень температур изготовления структуры ИС (обычно 800 - 900^oC и выше) обеспечивает необходимую кристаллизацию, начинающуюся при значительно более низких температурах выше 600^oC.The specified implementation of the proposed method leads to the fact that after annealing the amorphous layer at a temperature higher than the temperature of the subsequent formation of resistors and regions of the structure of the IC, a polycrystalline silicon layer is formed with a grain size that determines the properties of the layer and ensures reproducibility of the required resistor value, while the grain size no longer changes during the manufacturing process of the IP structure. In addition, the temperature level of the fabrication of the structure of the IP (usually 800 - 900 ^o C and higher) provides the necessary crystallization, starting at significantly lower temperatures above 600 ^o C.

Такая совокупность отличительных признаков позволяет устранить недостатки способа изготовления резисторов и обеспечивает повышение качества резисторов и всей ИС. This set of distinctive features eliminates the disadvantages of the method of manufacturing resistors and provides an increase in the quality of resistors and the entire IC.

Пример. В монокристаллической подложке p типа проводимости (10 Ом/см) формируют скрытый слой n типа проводимости (с глубиной xj = 2.5 мкм, 35-50 Ом/кв). Наращивают эпитаксиальный слой n типа проводимости толщиной 1,75 мкм с сопротивлением 0.7 Ом/см, формируют на поверхности слои нитрида кремния и окисла кремния, вскрывают в них окна, создают в них высоколегированные области p+ типа проводимости имплантацией бора дозой 50 мккул/см², формируют полевой диэлектрик 0.4 мкм окислением при температуре в парах воды, одновременно создавая изоляцию p+ слоем до подложки, удаляют слои нитрида кремния и окисла кремния, используемые для создания полевого диэлектрика, производят окисление открытых мест при 1000^oC на толщину 1000 см^-8, осаждают аморфный кремний при 560 толщиной 2500 см^-8 при давлении 25 Па, после чего производят термический отжиг при 1050^oC в азоте 40 мин. При этом аморфный кремний кристаллизуется в поликристаллический кремний. Далее выполняется ионное легирование бора в поликристаллический кремниевый слой при 30 КЭВ 51 мккул/см². Слой поликристаллического кремния под защитой фоторезиста обтравливался, кроме участков резистора, располагаемых над полевым диэлектриком. Поликристаллические кремниевые резисторы окислялись при температуре 850^oC. Далее формировалась базовая область транзистора ионным легированием бора через слой оксида кремния с дозой 15 мккул/², осаждался оксид кремния из тетраэтоксисилана (ТЭОС) при 720^oC толщиной 2500 мкм, вскрывались контактные окна, в окне эмиттера формировались области активной базы ионным легированием 15 мккул/см², осаждалась пленка поликремния при 620^oC толщиной 1500 см^-8, под защитой фоторезиста в областях эмиттера и коллектора пленка легировалась мышьяком с дозой 1500 мккул/см², а в областях контактов базы и резисторов бором с дозой 10 мккул/см² и далее производился отжиг всей структуры при температуре 1000^oC 40 мин. По окончании выполнялась разводка из алюминия с присадкой кремния.Example. In a p-type single crystal substrate of conductivity type (10 Ohm / cm), a hidden layer of n type conductivity is formed (with a depth of xj = 2.5 μm, 35-50 Ohm / sq). An epitaxial layer of n type conductivity is grown 1.75 μm thick with a resistance of 0.7 Ohm / cm, layers of silicon nitride and silicon oxide are formed on the surface, windows are opened in them, highly doped p + type regions of conductivity are created in them by boron implantation with a dose of 50 μg / cm ² , form a field dielectric of 0.4 μm by oxidation at a temperature in water vapor, while creating a p + insulation layer to the substrate, remove the layers of silicon nitride and silicon oxide used to create the field dielectric, oxidize open areas at 1000 ^o C to a thickness of 1000 cm ^-8 , amorphous silicon is deposited at 560 with a thickness of 2500 cm ^-8 at a pressure of 25 Pa, after which thermal annealing is carried out at 1050 ^o C in nitrogen for 40 minutes. In this case, amorphous silicon crystallizes into polycrystalline silicon. Next, ionic doping of boron into a polycrystalline silicon layer is carried out at 30 Kev 51 µcul / cm ² . A layer of polycrystalline silicon under the protection of a photoresist was etched, except for sections of the resistor located above the field dielectric. Polycrystalline silicon resistors were oxidized at a temperature of 850 ^o C. Then the base region of the transistor was formed by ion doping of boron through a layer of silicon oxide with a dose of 15 μg / ² , silicon oxide was deposited from tetraethoxysilane (TEOS) at 2500 ^° C 2500 μm thick, contact windows were opened, in emitter window active base region formed by ion doping mkkul 15 / cm ^2, the polysilicon film was deposited at 620 ^o C 1500 cm thickness ^-8 protected by the photoresist in the areas of the emitter and collector film doped with arsenic with a dose of 1500 u ul / cm ^2, and in the base region and the resistor contacts boron with a dose of 10 mkkul / cm ² and further annealing the entire structure was made at a temperature of 1000 ^o C for 40 minutes. At the end, wiring was made of aluminum with a silicon additive.

Claims

1. A method of manufacturing resistors in integrated circuits, comprising forming a dielectric layer on a silicon wafer surface, depositing an amorphous silicon layer, forming resistors in it, characterized in that before forming resistors in the amorphous silicon layer, it is annealed at a temperature higher than the subsequent formation temperature resistors and integrated circuit areas.

2. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of a layer of amorphous silicon is carried out at 570 ° C.

3. The method according to p. 1, characterized in that before the formation of the resistors in the layer of amorphous silicon, it is annealed at temperatures higher than the temperature of manufacture of the integrated circuits themselves, - 800 - 900 ° C and above.

4. The method according to claim 3, characterized in that the annealing is carried out at 1050 ° C for 40 minutes