Высокоомный поликремниевый резистор

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод полупроводниковых приборов(72) Авторы Леонов Николай Иванович Котов Владимир Семенович Лемешевская Алла Михайловна Дударь Наталья Леонидовна Сякерский Валентин Степанович Емельянов Виктор Андреевич(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод полупроводниковых приборов(57) Высокоомный поликремниевый резистор, содержащий область поликремния на диэлектрике, изолирующем ее от подложки и элементов интегральной схемы, высоколегированные области контактов резистора, легированный слой в теле резистора, отличающийся тем, что легированный слой в теле резистора выполнен глубиной, меньшей, чем толщина поликремниевого слоя. Фиг. 1 Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к конструкции высокоомных поликремниевых резисторов, и может быть использовано как в качестве дискретных приборов, так и в качестве элемента при создании больших и сверхбольших интегральных схем различного назначения. Известна конструкция резистора 1, содержащая подложку -типа со сформированным на ней эпитаксиальным слоем -типа, разделенным на островки изолирующей областью -типа, со сформированными в этих островках диффузионным резистором -типа и областями подпитки -типа с высокой концентрацией примеси. 11703 1 2009.04.30 Однако из-за необходимости изоляции резисторов от других элементов в интегральной схеме и по причине наличия в структуре резисторов - перехода эта конструкция обладает следующими недостатками 1) резисторы занимают большую площадь 2) в резисторах появляется большая паразитная емкость 3) максимально достижимое поверхностное сопротивление резисторов ограничено концентрацией примеси в эпитаксиальной пленке. Известна конструкция поликремниевого резистора 2, включающая резистивный окисленный слой поликремния определенной толщины на поверхности подложки, с оксидом кремния, разделяющим границы зерен внутри поликремниевого слоя. Данному техническому решению присущ следующий недостаток 1. Сопротивление поликремниевого резистора сильно зависит от размера зерен, который может различаться в каждом процессе осаждения поликристаллического кремния, и от градиента температуры на подложке в окислительном процессе. В результате такая конструкция не обеспечивает точного получения высоких поверхностных сопротивлений поликремниевого слоя. Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является конструкция поликремниевого резистора в составе интегральной схемы 3, имеющая поликремниевый слой, легированный примесью -типа, полученный в одном процессе с формированием затворов МОП транзисторов с последующим отжигом. Такому техническому решению присущи следующие недостатки 1. Наличие последующих за формированием поликремниевого резистора высокотемпературных обработок не позволяет получать высокие поверхностные сопротивления резисторов с высокой точностью и воспроизводимостью 2. Наличие последующих за формированием поликремниевого резистора высокотемпературных обработок может привести к проникновению легирующей поликремний примеси через диэлектрик в область кремния, что может негативно повлиять на функционирование схемы, элементом которой является данный резистор. Заявляемое изобретение решает задачу получения больших поверхностных сопротивлений поликремниевых резисторов с высокой точностью и воспроизводимостью. Поставленная задача решается тем, что в поликремниевом резисторе, содержащем область поликремния на изолирующем ее от подложки и элементов интегральной схемы диэлектрике и высоколегированные области контактов резистора, легированный слой в теле резистора создан после формирования металлизации и отожжен при сравнительно низкой температуре (250 С 850 С), в результате легированный слой в теле резистора получается ограниченной глубины, меньшей, чем толщина поликремниевого слоя. Использование идентичного или сходного конструктивного признака не обнаружено. Изготовление поликремниевого резистора до формирования металлизации приводит к тому, что до окончания технологического маршрута структура резистора может подвергаться воздействию высокотемпературных (850 С 1200 С) обработок. В результате глубина легированного слоя в теле резистора приближается к толщине слоя поликремния и может сравняться с ней и даже превысить ее. Кроме того, анализ вольт-амперных характеристик поликремниевых резисторов, имеющих конструкцию прототипа и заявляемую конструкцию, показывает, что различие в поверхностном сопротивлении резисторов между разными партиями пластин в первую очередь определяется размером зерна поликристаллического кремния. Размер зерна поликристаллического кремния увеличивается с ростом температуры термических обработок, в результате чего к концу технологического маршрута сопротивление поликремния заметно снижается. Указанныепричины делают трудновыполнимой задачу получения резисторов с большим поверхностным сопротивлением с высокой точностью. В случае, когда ионное легирование тела поликремниевого резистора и его отжиг при сравнительно низкой температуре проводят после формирова 2 11703 1 2009.04.30 ния металлизации, возможно использование достаточно больших легкоконтролируемых доз легирующей примеси. За счет того, что ионное легирование тела резистора и его отжиг проводят после формирования металлизации при сравнительно низкой температуре,после выполнения всех высокотемпературных операций, легирующая примесь проникает в слой поликремния лишь на ограниченную глубину (меньшую, чем толщина поликремниевого слоя). Применение достаточно больших легкоконтролируемых доз легирующей примеси при ионном легировании тела резистора и низкотемпературного отжига, позволяющих уменьшить степень влияния размера зерна поликремния на поверхностное сопротивление, и ограниченная толщина легированного слоя в поликремнии дают возможность повысить точность и воспроизводимость значения поверхностного сопротивления. Например, для получения поликремниевого резистора толщиной 0,2 мкм с поверхностным сопротивлением 200 кОм/кв доза бора или фосфора при ионном легировании составит 1 Е 14 и 1,1 Е 14 ион/см 2 соответственно. Таким образом, применение достаточно больших доз при ионном легировании тела резистора и отжиг его при сравнительно низкой температуре позволяют повысить точность получения заданного номинала резистора. Также легирование и отжиг поликремниевого слоя после формирования металлизации дает возможность быстро провести контрольный процесс и определить необходимую дозу легирования для конкретной партии пластин, имеющей конкретный размер зерна поликремния, что также позволяет получать поверхностное сопротивление поликремниевого резистора с очень высокой точностью. На фиг. 1 показана структура резистора, полученная на эпитаксиальной пленке 1,имеющая слой диэлектрика 2, изолирующий поликремниевый слой 4 от эпитаксиальной пленки высоколегированные области 5 в слое поликремния металлические контакты к высоколегированным областям резистора 7 слаболегированный слой в теле резистора 8. На фиг. 2-6 приведена последовательность операций формирования поликремниевого резистора, полученного в процессе производства. На фиг. 2 показана эпитаксиальная пленка 1 с нанесенными на нее слоями оксида кремния (2) 2, нитрида кремния (34) 3 и поликремния 4 на фиг. 3 - структура, изображенная на фиг. 2, но с высоколегированными областями 5 в слое поликремния на фиг. 4 приведена структура со сформированной областью поликремния, в которой получают резистор на фиг. 5 - структура со сформированной областью поликремния, покрытая слоями титана-вольфрама 6 и алюминия 7 на фиг. 6 - структура с поликремниевым резистором со сформированными металлическими контактами к высоколегированным областям резистора, со слаболегированным слоем в теле резистора 8. Предложенная конструкция структуры, изображенной на фиг. 1, была использована для получения поликремниевого резистора с поверхностным сопротивлением (20030) кОм/кв. На эпитаксиальной пленке -типа выращивают тонкий окисел, на который наносят слой нитрида кремния, на который в свою очередь наносят слой поликремния толщиной 0,2 мкм(фиг. 2). При помощи отдельной фотолитографии путем ионного легирования фосфором дозой 500 мкКл/см 2 с энергией 60 кэВ в слое поликремния формируют высоколегированные области (фиг. 3). Область поликремния, в которой получают резистор, формируют соответствующей фотолитографией при помощи анизотропного плазмо-химического травления слоя поликремния (фиг. 4). Далее на всю структуру напыляют слойтолщиной 0,18 мкм и слойтолщиной 1,1 мкм, как показано на фиг. 5. После чего соответствующей фотолитографией формируют металлические контакты к высоколегированным областям поликремниевого резистора и выполняют операцию ионного легирования фосфором дозой 17 мкКл/см 2 (1,1 Е 14 ион/см 2) и энергией Е 30 кэВ, затем выполняют операцию отжига при температуре 510 С в среде азота в течение 15 минут (фиг. 6). В результате был получен поликремниевый резистор с поверхностным сопротивлением(20030) кОм/кв с ограниченной ( 0,2 мкм) толщиной легированного слоя в поликремнии. 3 11703 1 2009.04.30 Таким образом, заявляемая конструкция поликремниевого резистора позволяет получать резисторы с высоким поверхностным сопротивлением, значение которого можно регулировать с большой точностью, что в конечном итоге позволяет повысить процент выхода годных резисторов в дискретном исполнении с высоким сопротивлением, а также процент выхода годных микросхем, элементом которых может являться резистор с заявляемой конструкцией, более чем на 50 . Предложенная конструкция поликремниевого резистора позволяет получать поликремниевые резисторы с большим поверхностным сопротивлением с высокой точностью и, как следствие, обеспечивать получение высокоомных резисторов в дискретном исполнении и обеспечивать требуемую работу интегральной схемы, элементом которой может являться данный резистор. Источники информации 1. Патент США 5661332, МПК 01 29/00, 1997. 2. Патент США 5235312, МПК 01 1/012, 1997. 3. Патент США 4110776, МПК 01 29/78, 1978. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4