Способ изготовления обкладки конденсатора из поликристаллического кремния

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБКЛАДКИ КОНДЕНСАТОРА ИЗ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ(57) Способ изготовления обкладки конденсатора из поликристаллического кремния, включающий создание на поверхности полупроводниковой подложки диэлектрического и защитного слоев, формирование контактного окна к подложке, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование в нем обкладки, нанесение вспомогательного слоя, формирование в нем контактного окна, осаждение дополнительного слоя поликристаллического кремния, создание в нем выступов и удаление вспомогательного слоя, отличающийся тем, что создание выступов осуществляют после нанесения на подложку с диэлектрическим и защитным слоем вспомогательного слоя и дополнительного слоя поликристаллического кремния, а контактное окно к подложке формируют во вспомогательном, защитном и диэлектрическом слоях.(56) 1. Консон Ф. С. Экономия приборостроения. - М. Высшая школа, 1980. - С. 18. 2. Черняев В. Н. Технология изготовления интегральных схем и микропроцессоров. - М. Радио и связь,1987. - С. 390. 3. А.с. СССР 1829776, МПК Н 01 21/308, 1991 (прототип). Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных конденсаторов. Изобретение может найти применение при изготовлении полупроводниковых запоминающих ячеек, работающих по принципу удержания электронного заряда, выполняющего функцию носителя информации. Наиболее целесообразно использовать его при изготовлении СБИС ДОЗУ сверхбольшой информационной емкости. Стоимость интегральных схем существенно зависит от площади материала, занятого этой схемой, поэтому имеется постоянная потребность в уменьшении размеров площади кристаллов интегральных схем 1. Однако уменьшение размеров элементов интегральных схем не связано с пропорциональным уменьшением рабочих напряжений, что приводит к росту напряженности электрических полей и увеличению плотности токов. Таким образом, уменьшение геометрических размеров, усиление электрических полей и увеличение плотности токов усугубляет причины, препятствующие повышению плотности упаковки. Поэтому,3148 1 чтобы обеспечить необходимый запас по помехоустойчивости запоминающих ячеек полупроводниковых интегральных схем памяти, на первый план выходит задача повышения емкости накопительного конденсатора без увеличения его топологической площади, либо сохранение величины этой емкости при уменьшении площади ячейки запоминающего элемента. Увеличение емкости конденсатора без увеличения его топологической площади достигается несколькими путями. Первый путь направлен на увеличение рельефности поверхности, на которой формируется обкладка конденсатора, или рельефности поверхности обкладки конденсатора. Второй путь, направленный на усложнение технологии и структуры, создание трехмерных структур, нашел свое яркое воплощение в разнообразных ячейках, предложенных для построения мегабитных ДЗУПВ. Известен способ изготовления обкладки конденсатора 2, включающий создание на поверхности полупроводниковой подложки диэлектрического слоя, формирование в созданном слое контактного окна к подложке, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование в осажденном слое обкладки конденсатора. Однако данный способ изготовления обкладки конденсатора не позволяет сформировать обкладку,обеспечивающую высокую емкость конденсатора и запас помехоустойчивости элементов полупроводниковых запоминающих устройств при малой топологической площади конденсатора. Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления обкладки конденсатора из поликристаллического кремния 3, включающий создание на поверхности полупроводниковой подложки диэлектрического и защитного слоев, формирование в диэлектрическом и защитном слоях контактного окна к подложке,осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование в нем обкладки, нанесение вспомогательного слоя, формирование в нем контактного окна с вертикальными стенками к обкладке, осаждение дополнительного слоя поликристаллического кремния, создание на поверхности обкладки в контактном окне безмасочным травлением дополнительного слоя пристеночных выступов и удаление с поверхности подложки вспомогательного слоя. В известном способе увеличение площади поверхности обкладки и удельной емкости конденсатора достигается за счет создания на поверхности обкладки в контактном окне пристеночных выступов из поликристаллического кремния. Однако сформированные в контактном окне выступы имеют острые кромки, что снижает процент выхода годных и эксплуатационную надежность конденсатора. При плотности компоновки более 2106 элементов/кристалл даже при использовании критичных толщин конденсаторного диэлектрика,при которых происходит резкое снижение выхода годных ИС, не достигается необходимая топологическая емкость накопительного конденсатора. А при плотности компоновки 2106 элементов/кристалл накопительные конденсаторы, изготовленные по известному способу, характеризуются низкой стойкостью к воздействию -частиц и космического излучения. При этом происходят как случайные сбои, так и долговременные ухудшения характеристик, а следовательно, и качества полупроводниковых запоминающих устройств. По этой причине использование известного способа в технологии создания БИС и СБИС ограничено. В основу изобретения положена задача создания способа изготовления обкладки конденсатора, который позволял бы введением новых операций достичь дополнительного увеличения площади обкладки трехмерного конденсатора. Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления обкладки конденсатора из поликристаллического кремния, включающем создание на поверхности полупроводниковой подложки диэлектрического и защитного слоев, формирование контактного окна к подложке, осаждение слоя поликристаллического кремния, формирование в нем обкладки, нанесение вспомогательного слоя, формирование в нем контактного окна, осаждение дополнительного слоя поликристаллического кремния и создание в нем выступов, и удаление вспомогательного слоя, создание выступов осуществляют после нанесения на подложку с диэлектрическим и защитным слоем вспомогательного слоя и дополнительного слоя поликристаллического кремния, а контактное окно к подложке формируют во вспомогательном, защитном и диэлектрическом слоях. В результате введения операции по нанесению вспомогательного слоя перед формированием выступов и обкладки в слоях поликристаллического кремния, а затем, после формирования обкладки, операции по удалению вспомогательного слоя, между обкладкой и поверхностью защитного слоя формируется полость, при этом внутренняя поверхность обкладки добавляется к общей поверхности обкладки, используемой в дальнейшем для формирования конденсаторного диэлектрика и проводящего слоя второй обкладки, и, следовательно, увеличивается емкость конденсатора. В заявляемом изобретении выступы в дополнительном слое поликристаллического кремния создают травлением слоя через фоторезистивную маску. Это позволяет за счет клина травления получить сглаженный профиль. Кроме того, в заявляемом изобретении, в отличие от известного, слой поликристаллического кремния для формирования обкладки наносится после создания выступов, что также сглаживает рельеф и значительно повышает воспроизводимость и качество конденсаторного диэлектрика, воспроизводимость рабочих характеристик конденсатора. Заявляемый способ включает следующую последовательность операций создание на поверхности диэлектрической подложки диэлектрического и защитного слоев 2 3148 1 нанесение вспомогательного слоя нанесение дополнительного слоя поликристаллического кремния создание выступов травлением дополнительного слоя через фоторезистивную маску формирование контактного окна к подложке во вспомогательном защитном и диэлектрическом слоях осаждение слоя поликристаллического кремния формирование обкладки удаление вспомогательного слоя. Из-за того, что после удаления вспомогательного слоя между сформированной обкладкой и поверхностью защитного слоя формируется полость, площадь нижней обкладки конденсатора увеличивается в 1,7 раза за счет эффективного использования внутренней поверхности нижней обкладки. При этом не нарушается электрический контакт нижней обкладки конденсатора с активной областью подложки в контактном окне. Кроме того, площадь нижней обкладки увеличивается и за счет увеличения размеров выступа. Таким образом, суммарная площадь нижней обкладки накопительного конденсатора, изготовленного по заявляемому способу, на величину площади внутренней поверхности нижней обкладки и площади выступа превышает площадь обкладки конденсатора, изготовленного по известному способу. При этом величина хранимого заряда увеличивается пропорционально отношению /, где- площадь обкладки накопительного конденсатора по заявляемому способу,- площадь обкладки накопительного конденсатора по известному способу, при их одинаковой топологической площади. Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1-6), где на фиг. 1 изображена полупроводниковая подложка 1 после создания на ее поверхности диэлектрического 2, защитного 3, вспомогательного 4 слоев и дополнительного слоя поликристаллического кремния 5 на фиг. 2 изображена подложка 1 после создания в дополнительном слое поликристаллического кремния 5 выступов 6 травлением дополнительного слоя через фоторезистивную маску на фиг. 3 изображена подложка 1 после формирования контактного окна 7 к подложке во вспомогательном, защитном и диэлектрическом слоях на фиг. 4 изображена подложка 1 после осаждения слоя поликристаллического кремния и формирования обкладки 8 на фиг. 5 изображена подложка 1 после удаления вспомогательного слоя, а на фиг. 6 - подложка 1 после нанесения конденсаторного диэлектрика 9 и формирования верхней обкладки конденсатора 10. Пример 1. Изготовление обкладки конденсатора из поликристаллического кремния провели по технологии создания ДОЗУ информационной емкостью 4 Мбит с использованием матрицы 256 Кбит. Одну партию пластин разделили на две части. На первой части пластин обкладку конденсатора изготовили по известному способупрототипу, а на второй части пластин - по заявляемому способу. На поверхности полупроводниковой подложки 1 КДБ-12 термическим окислением создали диэлектрический слой 2 толщиной 0,30,03 мкм, затем аммонолизом дихлорсилана при 800 С и давлении 50 Па защитный слой 3 нитрида кремния толщиной 505 нм, пиролизом тетраэтоксисилана при 750 С и давлении 40 Па - вспомогательный слой 4 2 толщиной 0,30,03 мкм и разложением моносилана при 575 С и пониженном давлении - дополнительный слой 5 поликристаллического кремния, легированного в процессе роста фосфором, толщиной 0,450,05 мкм (фиг. 1). В дополнительном слое поликристаллического кремния стандартным методом проекционной фотолитографии на установке ЭМ-584 А создали выступы 6 (фиг. 2) в виде замкнутого контура вдоль периметра обкладки. Травление дополнительного слоя провели на установке Лада-35 в плазме 6-О 2 при давлении 8 Па и плотности мощности 0,2 Вт/см 2. Контактное окно 7 (фиг. 3) к подложке в вспомогательном, защитном и диэлектрическом слоях сформировали путем травления через фоторезистивную маску многослойной структуры на установке Лада-35 в плазмообразующей смеси С 38 СН 3-Не-О 2 при давлении 130 Па и плотности мощности 0,5 Вт/см 2. Затем провели осаждение слоя поликристаллического кремния, легированного фосфором в процессе осаждения, толщиной 0,10,01 мкм. При этом обеспечивается электрический контакт поликристаллического кремния с выступом и подложкой в контактном окне. После этого сформировали рисунок обкладки конденсатора 8 (фиг. 4) травлением поликристаллического кремния через фоторезистивную маску по режиму травления выступов. Далее в жидком травителе (-108 мл, 4 - 428 г, 2 - в количестве, необходимом для образования 1 л травителя) при 242 С удалили вспомогательный слой (фиг. 5). После этого аммонолизом дихлорсилана при 800 С сформировали конденсаторный диэлектрик 9 из 34 толщиной 16,51,6 нм и при 950 С пирогенным окислением провели прокисление 34. При этом толщина потребленного 34 составила 2 нм. Затем из слоя поликристаллического кремния толщиной 0,40,04 мкм, легированного фосфором в процессе осаждения, сформировали вторую обкладку 10 (фиг. 6). Топологическая площадь накопительного конденсатора составила 11,2 мкм 2. По способу-прототипу выполняли все операции согласно описанию. После изготовления конденсатора по заявляемому изобретению и способу-прототипу определяли их удельную топологическую емкость. Удельная топологическая емкость конденсатора, обкладка которого была изготовлена по заявляемому изобретению, в 2,5-3 раза превышала топологическую емкость конденсатора, обкладка которого была изготовлена по способу-прототипу. Нецелесообразность нарушения заявляемой последовательности операций изготовления обкладки конденсатора очевидна. 3 3148 1 Пример 2. Последовательность операций изготовления обкладки конденсатора аналогична последовательности операций примера 1 за исключением режимов создания защитного слоя нитрида кремния толщиной 505 нм. В отличие от примера 1, защитный слой нитрида кремния получают реакцией силана с аммиаком при атмосферном давлении и температуре 800 С. Пример 3. Последовательность операций изготовления обкладки конденсатора аналогична последовательности операций примеров 1 и 2. Отличие состояло в режимах создания вспомогательного слоя 2 толщиной 0,30,03 мкм. Вспомогательный слой 4 создают реакцией дихлорсилана с закисью азота при температуре 875 С. Пример 4. В отличие от примера 3, вспомогательный слой 2 толщиной 0,30,03 мкм создают окислением силана кислородом при температуре 450 С. Пример 5. Последовательность операций соответствует последовательности, изложенной в примерах 1-4. В отличие от примеров 1-4, слой конденсаторного диэлектрика 9 из 34 толщиной 16,51,6 нм получают реакцией силана с аммиаком при атмосферном давлении и температуре 800 С. Пример 6. Последовательность операций изготовления обкладки конденсатора аналогична последовательности операций примера 1. Отличие заключается в том, что в дополнительном слое поликристаллического кремния 5 выступы 6 создают в виде разомкнутого контура вдоль периметра обкладки 8. Пример 7. Последовательность операций изготовления обкладки конденсатора аналогична последовательности операций примеров 1 и 6. Отличие заключается в том, что в дополнительном слое поликристаллического кремния 5 создают выступы 6 произвольной формы по всей площади обкладки 8. Пример 8. Последовательность операций изготовления обкладки конденсатора аналогична последовательности операций примера 1. Отличие заключается в том, что дополнительный слой поликристаллического кремния 5 создают при атмосферном давлении. Пример 9. Последовательность операций изготовления обкладки конденсатора аналогична последовательности операций примера 1. В отличие от приме 1, выступы 6 в дополнительном слое 5 создают стандартным процессом плазмохимического травления поликристаллического кремния через фоторезистивную маску. Во всех изложенных примерах изготовления обкладки конденсатора удельная топологическая емкость конденсатора, изготовленного по заявляемому изобретению в 2,5-3 раза превышала удельную топологическую емкость конденсатора, обкладка которого была изготовлена по способу-прототипу. Использование заявляемого способа позволяет достичь дополнительного увеличения площади обкладки и за счет этого в 2,5-3 раза повысить удельную топологическую емкость конденсатора. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5