170805. lajstromszámú szabadalom • Eljárás IG-FET tranzisztorok előállítására
3 170805 4 A működési sebességet a tranzisztor elektródái által alkotott kapacitások szabályozzák, melyek közül legjobban a gate és az elektródák (drain és source) átfedéseiből származó visszaható kapacitásokat kell ellenőrizni. Ezeket a hagyományos technológiáknál a fotoreziszt műveletek pontossága, valamint a diffúziók határozzák meg, így csökkentésükre új technológiai módszereket, illetve konstrukciós megoldásokat kell bevezetni. Ez az igény hozta létre az úgynevezett önillesztéses felépítést, amelynél a térelektróda-szigetelő rendszert hozzák létre először a tranzisztor struktúrából, majd a kontaktustartományok diffúziójánál a már kialakított gate-rendszert használják a csatornatartomány maszkolására a diffúzió ellen. A diffúzió oldalirányú kiterjedésének csökkentésére pedig — a kontaktustartományok kialakítására — bevezették az ionimplantációt, amely élesebb oldalirányú határvonalat eredményez. Természetesen az önillesztéses konstrukciót és az implantációt együttesen is alkalmazzák. Ismertetjük egy alacsony küszöbfeszültségű és nagysebességű IG—FET tranzisztor ismert előállításának műveleteit, az 1. ábra szerint. — A kiindulási alap egyik oldalán polírozott (111) vagy (100) orientált szilícium szelet, amelynek felületén termikus oxidációval létrehozzák az alapoxidot, la. ábra). — Az alapoxidban a létesítendő tranzisztorok helyén ablakot nyitnak pl. az ismert fotoreziszt eljárással db). — Az ablakban egy következő, igen gondos körülmémények között végrehajtott oxidációs művelettel létrehozzák a térelektróda elszigetelésére szolgáló vékony, 1000—(500 Á—) oxidréteget (le). A nagy gondosság az oxidréteg tisztaságának, töltésmentességének biztosítására szolgál. Az oxidréteg fölé gyakran, vékony nitridréteget is növesztenek. — A szelet teljes felületére vékony, 1000—5000 Á vastagságú polikristályos szilícium réteget választanak le pirolitikus úton (ld)., — A polikristályos szilíciumot a gate-tartományok kivételével a felületről eltávolítják fotoreziszt eljárással és kémiai maratással (le). — A megmaradó gate-tartomány körül a vékony-oxidot eltávolítják, pl. kémiai marással, és a szilícium felületét szabaddá teszik a kontaktus tartományok kialakításához (lf). — A kontaktus tartományokat ionimplantációval, gázfázisos vagy doppolt-oxidos diffúzióval készítik, (lg). Az alapvető struktúrát kialakító műveleteket a fémösszekötések létrehozása, hőkezelés stb. követi. A találmány szerint a térelektróda elszigetelésére szolgáló vékony oxidréteget nem a kiindulási szilícium szelet felületén hozzuk létre termikus úton, hanem a kiindulási kristály felszíne alatt néhány tized mikron mélységben oxigén ionok implantálásával alakítjuk ki, és így egyidejűleg alakítjuk ki a szilícium-térelektródás szerkezetet a felületen változatlanul maradó szilícium rétegből, valamint az alatta létrehozott, rejtett oxidrétegből, amelyet geometriailag úgy határolunk be és szigetelünk el a környezetétől, hogy a felesleges szilíciumréteget lemaratjuk és/vagy a rejtett oxidig lehatóan helyileg termikusan oxidálunk. A találmány szerinti eljárás alapvető előnyei a következők : — Az ionimplantációval kialakított rejtett oxid tisztasága — és ebből adódóan fizikai tulajdonságai — nagyon jók, mivel az implantációs technika biztosítja, hogy a beépülő anyag tiszta oxigén legyen, és az oxidot a felületi szilícium réteg védi a későbbi el-5 szennyeződéstől is. — Egy lépésben kialakul a szilícium gate-szerkezet, nincs szükség a polikristályos szilícium külön leválasztására, ami a szennyeződés fő forrása. — Felhasználható komplementer szerkezetek előállítá-10 sánál is. — Jól beépíthető az önillesztéses technológiákba. — Lehetővé teszi a zárt ionimplantáción alapuló és egyszerűbb műveletsort. A találmány szerinti eljárást — a teljesség igénye nél-15 kül — a következő példákkal mutatjuk be: (2. ábra) 1.—Az egyik felületén polírozott szilícium lemezen rejtett oxidréteget hozunk létre implantációval (2a). — A rejtett oxidot fedő szilícium réteget a térelektró-20 da tartományok kivételével a felületről lemarjuk pl. ismert fotoreziszttechnikai eljárásokkal (2b). — A térelektródák mellett szabaddá váló rejtett oxidon ablakokat nyitunk a kontaktus tartományok diffúziója számára (2c). 25 — A teljes felületre doppolt oxidot választunk le (2dt ). — A doppolt oxidot a gate és a kontaktus tartományok kivételével eltávolítjuk (2d2). — A teljes felületre doppolatlan védőoxidot válasz-30 tunk le, majd végrehajtjuk a diffúziót semleges (N2) atmoszférában (2e). — Ezután a kontaktusok és fémösszeköttetések kialakítása következik a szokásos eljárásokkal. Az eljárás alkalmas komplementer tranzisztorok ké-35 szítésére is, de akkor a kiindulási kristályban előzőleg létre kell hozni a megfelelő p illetve n tartományokat és a doppolt oxid leválasztását is külön lépésben kell végezni. 2. — A kiindulási alapul szolgáló szilícium lemez po-40 lírozott felületén ismert módszerrel Si3 N 4 réteget alakítunk ki (3. a) ábra). — A nitrid rétegen a tervezett tranzisztorok kontaktustartományainak helyén ablakot nyitunk (3b). — A lemezeket oxidáló atmoszférában hőkezeljük, 45 hogy az ablakokban vastag, célszerűen 8000— 10 000 Á oxidréteg keletkezzék (3c). — A kontaktus területekről a szilíciumoxid réteget eltávolítjuk és a szabaddá váló felületen keresztül pl. implantációval p-típusú vezetést létrehozó ada-50 lékanyagot viszünk be (3d). — A szilíciumnitrid szelektív marásával behatároljuk a térelektróda tartományt (3e). — A lemezt oxidáló atmoszférában kezeljük, hogy a szilíciumnitriddel nem fedett felületen szilícium-55 oxid keletkezzék (3f). — A térelektróda helyéről eltávolítjuk a szilíciumnitrid réteget. — Az egész felületen elvégezzük az oxigén ionimplantációt, majd p-típusú vezetést létrehozó ada-60 lékanyagot implantálunk a térelektróda tartományba (3g). — A műveletsor befejező része a kontaktusablakok kinyitása és a fémösszeköttetések kialakítása a szokásos módszerekkel. Az eljárás komplementer 65 rendszerek kialakítására is alkalmas, ha a kontak-2
