12.4. Изоляция приборов

Тип проводимости используемой подложки не имеет принципиального значения для КМОП - структуры. Для применения микросхем удобнее, чтобы подложка была подключена к общей шине питания. Поэтому наиболее распространены подложки p - типа проводимости. Полная изоляция p - канальных МОП - транзисторов достигается использованием «кармана» n - типа проводимости с заглубленным максимумом легирующей примеси. Такой профиль ограничивает ширину ОПЗ стока и ослабляет тиристорный эффект. «Карман» p - типа проводимости гальванически соединен с подложкой и для его изоляции требуются дополнительные технологические процессы. Имплантация фосфора с большой энергией позволяет создать замкнутый контур легирования n - типа вокруг «кармана» p - типа. «Карманы» n - типа и области внешней изоляции n - типа в электрической схеме подключены к источнику питания с положительным потенциалом. «Карманы» p - типа и подложка подключены к общей шине.

Окисные области формируются в канавках 0,2 мкм для того, чтобы после окисления на 0,34 мкм поверхность структуры стала планарной. Окисляется не вся свободная от транзисторов поверхность. Для снижения термомеханических напряжений свободные участки заполняются фиктивными элементами.

Профиль легирующей примеси в каждом «кармане» создается комбинацией трех последовательных процессов имплантации: мелкой, средней и глубокой. С увеличением глубины увеличивается и доза примеси. Профиль легирования рассчитан так, что металлургическая граница p–n - переходов стока - истока будет на уровне концентраций менее 10¹⁸ см^-3. Ретроградный профиль легирования уменьшает туннельный ток сток - подложка и одновременно ограничивает ширину ОПЗ в подложке и статическую обратную связь сток - исток.

Легирование «карманов» проводится после окисления для того, чтобы сохранить сложный профиль распределения примеси. Тормозная способность окисла и кремния почти одинакова, поэтому наличие окисла на поверхности не меняет распределения примеси.

12.5. Области истока, стока и контакты к «карманам»

Для снижения эффектов ударной ионизации и разогрева носителей в канале МОП - транзистора применяют сложные профили легирования истока - стока. Снижение поля в канале и смещение максимума горизонтального поля от границы в подложку достигается введением в сток-исток расширенной слаболегированной области с заглубленным максимумом концентраци, (см. рис.12.1). В английском языке область SDE – Source-Drain Extension. Контактные области стока-истока отодвинуты от затвора. В английском языке область CSD – Contact Source-Drain. Глубина металлургической границы p–n- перехода в области SDE – от 20 до 30 % длины затвора. Концентрация выбирается минимальной при условии, что поле в промежутке затвор-сток не обедняет SDE-область. Глубина металлургической границы p–n- перехода в области CDE – от 40 до 70 % длины затвора. Легируется область CSD до предела растворимости.

Для уменьшения глубины p–n - переходов при имплантации в n⁺- области часто используется мышьяк; при имплантации в p⁺- области применяются молекулярные ионы BF₂⁺. Молекулы BF₂ диссоциируют в кремнии, а бор активируется в кристаллической решетке. Атомы фтора в кремнии расположены в междоузлиях и электрически неактивны. Однако при проникновении фтора в окисел кремния его маскирующие свойства резко ухудшаются. В частности коэффициент диффузии бора может возрастать в 100 раз. Фтор замещает кислород в окисле кремния. Свободный кислород диффундирует к границе окисла с кремнием и вступает в реакцию. Толщина диэлектрика при этом возрастает. Для того чтобы минимизировать размеры области SDE, используется процесс двойного самосовмещения стока-истока с затвором. На первом этапе легирования стока-истока маской для легирования области SDE служат затвор и боковая окисная изоляция. Область SDE проникает под край затвора на 1015 % от его длины. Далее на боковых стенках затвора формируется разделительный слой окисла – спейсер. Для этого на рельеф структуры изотропно осаждается слой окисла толщиной равной толщине поликремния на затворе. Дальнейшее травление окисла ведется анизотропно до поверхности поликремния. На боковых стенках затвора остается разделительный окисел толщиной 5070 % от толщины затвора. Этот окисел совместно с затвором и боковой изоляцией служит маской для второго этапа легирования CSD - областей. Толщина спейсера и глубина CSD - области рассчитаны так, чтобы область с максимальной концентрацией примеси не проникала под затвор.

Термический отжиг дефектов структуры и активация примеси во всех легированных слоях проводится один раз для того, чтобы сохранить профили, полученные после имплантации.