12.3. Физическая структура и маршрут изготовления быстродействующих цифровых микросхем

Как правило, в современных цифровых микросхемах используются четыре типа транзисторов. В ячейках ввода-вывода информации применяются p- и n- канальные МОП - транзисторы с рабочим напряжением 5,0 или 3,3 В. Толщина подзатворного диэлектрика и размеры структурных областей этих приборов должны обеспечивать устойчивость к электрическим перегрузкам и работоспособность при повышенных напряжениях питания. Ячейки ввода-вывода должны иметь достаточную помехоустойчивость во внешних цепях и защиту внутренних цепей от перегрузок и электростатических разрядов.

Во внутренних функциональных блоках используются МОП - транзисторов с минимальными размерами структурных областей в соответствии с табл. 12.1. В типовых субмикронных структурах обычно используется полная изоляция от подложки как NМОП-, так и PМОП - транзисторов (рис. 12.1). Полная изоляция улучшает помехоустойчивость микросхем, снижает чувствительность к свету и радиоактивным излучениям.

Основные этапы формирования КМОП - структуры с минимальными размерами 0,18 мкм следующие:

1. Подготовка пластины кремния с удельным сопротивлением 20 Омсм p - типа проводимости марки КДБ - 20.

2. Формирование мелкозалегающей щелевой изоляции, включающей травление кремния на глубину 2000 Å под углом 78, заполнение углубления окислом в процессе двухэтапного окисления при температуре 800C до достижения планарной поверхности.

3. Формирование в кремнии областей «карманов» обоих типов проводимости, полученных путем имплантации бора в три стадии с энергиями и дозами: 250 кэВ, 6,510¹² см^-3; 120 кэВ, 6,610¹² см^-3; 60 кэВ, 2,510¹² см^-3 для областей p - типа проводимости, и имплантации фосфора в три стадии с энергиями и дозами: 600 кэВ, 6,010¹² см^-3; 300 кэВ, 9,010¹² см^-3; 120 кэВ, 2,010¹² см^-3 для областей n - типа проводимости соответственно.

4. Формирование глубокой изолирующей области n - типа проводимости методом имплантации фосфора с энергией 900 кэВ и дозой 2.010¹³ см^-3 для создания высоколегированного скрытого слоя.

5. Формирование подзатворного окисла толщиной 50 Å методом быстрого термического окисления в течении 30 с.

6. Осаждение слоя поликремния толщиной 0,15 мкм из моносилана при пониженном давлении в реакторе.

7. Формирование затворов из поликремния методами реактивного травления.

8. Легирование расширенных слаболегированных областей стоков и истоков p - канального МОП - транзистора примесью бора с энергией 5 кэВ и дозой 3,2110¹⁴ см^-3, а также стоков и истоков n - канального МОП - транзистора примесью мышьяка с энергией 3 кэВ и дозой 1,0810¹⁵ см^-3.

9. Формирование изолирующего слоя (спейсера) на боковых стенках затворов в результате изотропного осаждения слоя двуокиси кремния и анизотропного удаления двуокиси кремния с горизонтальных участков реактивно-ионным травлением.

10. Легирование контактных областей стоков, истоков и затвора n - канального МОП - транзистора, контактов к n - «карману» и области изоляции примесью мышьяка с энергией 50 кэВ и дозой 3,510¹⁵ см^-3.

11. Легирование контактных областей стоков, истоков и затвора p - канального МОП - транзистора, контактов к p - «карману» и подложке ионами BF₂ с энергией 40 кэВ и дозой 2,010¹⁵ см^-3.

12. Общий отжиг структуры при температуре 850С в течение 20 минут.

13. Силицирование контактов к области затвора и контактов к стоковым и истоковым областям КМОП - транзисторов формированием силицида TiSi₂ методом осаждения титана и последующим быстром отжигом при температуре 800С в вакууме.

14. Формирование металлизированной разводки к силицированным контактам.

Ниже мы рассмотрим назначение перечисленных технологических процессов.