Конденсатор для интегральных микросхем

(51)01 29/94, 29/92 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОНДЕНСАТОР ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Ануфриев Леонид Петрович Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Карпов Иван Николаевич Малый Игорь Васильевич(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(57) 1. Конденсатор для интегральных микросхем, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости со сформированным сильнолегированным скрытым слоем второго типа проводимости, эпитаксиальным слоем второго типа проводимости и сильнолегированным охранным кольцом первого типа проводимости, сильнолегированную область второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, изолирующий слой и первый слой конденсаторного диэлектрика, контактное окно к сильнолегированной области второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, слой легированного поликристаллического кремния, контактирующий слой металла и верхнюю обкладку конденсатора, отличающийся тем, что в полупроводниковой подложке первого типа проводимости сформирован сильнолегированный скрытый слой первого типа проводимости 9129 1 2007.04.30 контактирующий слой металла выполнен из алюминия или его сплавов, слой легированного поликристаллического кремния является обкладкой конденсатора, выполненной на первом слое конденсаторного диэлектрика и части изолирующего слоя, на которой сформирован второй слой конденсаторного диэлектрика с контактным окном к обкладке из сильнолегированного поликристаллического кремния, на котором сформирована верхняя обкладка конденсатора, выполненная из алюминия или его сплавов и соединенная через контактное окно в первом изолирующем слое и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости. 2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что на втором слое конденсаторного диэлектрика сформирован второй изолирующий слой, а верхняя обкладка конденсатора соединена через контактное окно в первом и втором изолирующих слоях и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости. 3. Конденсатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сильнолегированный поликристаллический кремний выполнен -кристаллитным по толщине, где 2-4. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для создания силовых биполярных интегральных схем. Основным направлением увеличения степени интеграции интегральных микросхем(ИМС) является уменьшение размеров элементов в вертикальном и горизонтальном направлении. При этом для конденсаторов необходимо осуществить увеличение удельной емкости. Поэтому необходимо повысить плотность компоновки элементов ИМС путем создания конденсаторов, в которых емкость конденсатора сохраняется при уменьшении его площади в плане. Известен конденсатор для интегральных микросхем 1, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости со сформированным диффузионным слоем второго типа проводимости, образующим р- переход с подложкой, область первого типа проводимости, сформированную внутри диффузионной области первого типа проводимости, изолирующий слой с контактными окнами к областям первого и второго типа проводимости и контактирующий слой алюминия или его сплавов. Однако данный конденсатор имеет следующие недостатки емкость такого конденсатора зависит от изменения напряжения, приложенного к р- переходу применение конденсатора на - переходах ограничивается эквивалентным последовательным сопротивлением и удельной емкостью повышение удельной емкости данных конденсаторов без увеличения его площади в плане невозможно данный конденсатор можно использовать только для ограниченного класса схем. Известен конденсатор для интегральных микросхем 2, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости со сформированным слоем второго типа проводимости, образующими - переход, сильнолегированной областью второго типа проводимости в низколегированном кармане того же типа проводимости, образующей нижнюю обкладку конденсатора, изолирующий слой с контактным окном к сильнолегированной области второго типа проводимости, слой конденсаторной двуокиси кремния и контактирующий слой алюминия или его сплавов к нижней обкладке конденсатора и верхнюю обкладку из алюминия или его сплавов. Однако и данный конденсатор не лишен недостатков. Увеличение емкости конденсатора без увеличения площади конденсатора в плане ограничено толщиной и видом используемого конденсаторного диэлектрика, в качестве которого используется двуокись кремния или нитрид кремния. Известен конденсатор интегральных микросхем 3, содержащий полупроводниковую подложку со сформированным на ней металлическим или полупроводниковым слоем,слой конденсаторного диэлектрика, сформированный анодным окислением, и металлический слой верхней обкладки. 2 9129 1 2007.04.30 Данный конденсатор характеризуется низкой удельной емкостью и может быть использован для ограниченного класса ИМС. Повышение удельной емкости данных конденсаторов без увеличения его площади в плане невозможна. Наиболее близким техническим решением является конденсатор для интегральных микросхем 4, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости со сформированным скрытым слоем второго типа проводимости, эпитаксиальном слоем второго типа проводимости и сильнолегированным охранным кольцом первого типа проводимости, образующими карман, сильнолегированную область второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, изолирующий слой и слой конденсаторного диэлектрика,контактное окно к сильнолегированной области второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, слой легированного поликристаллического кремния, контактирующий слой металла и верхнюю обкладку конденсатора. Однако и данный конденсатор не лишен недостатков. Данный конденсатор характеризуется низкой удельной емкостью. Повышение емкости таких конденсаторов без увеличения его площади в плане практически невозможно. Заявляемое изобретение решает задачу увеличения емкости конденсатора без увеличения площади конденсатора в плане. Поставленная задача решается тем, что в конденсаторе для интегральных микросхем,содержащем полупроводниковую подложку первого типа проводимости со сформированным скрытым слоем второго типа проводимости, эпитаксиальном слоем второго типа проводимости и сильнолегированным охранным кольцом первого типа проводимости,сильнолегированную область второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, изолирующий слой и первый слой конденсаторного диэлектрика, контактное окно к сильнолегированной области второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя,слой легированного поликристаллического кремния, контактирующий слой металла и верхнюю обкладку конденсатора в полупроводниковой подложке первого типа проводимости сформирован сильнолегированный скрытый слой первого типа проводимости контактирующий слой металла выполнен из алюминия или его сплавов, слой легированного поликристаллического кремния является обкладкой конденсатора, выполненной на первом слое конденсаторного диэлектрика и части изолирующего слоя, на которой сформирован второй слой конденсаторного диэлектрика с контактным окном к обкладке из сильнолегированного поликристаллического кремния, в котором сформирована верхняя обкладка конденсатора, выполненная из алюминия или его сплавов и соединенная через контактное окно в первом изолирующем слое и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости на втором слое конденсаторного диэлектрика сформирован второй изолирующий слой, а верхняя обкладка конденсатора соединена через контактное окно в первом и втором изолирующих слоях и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости сильнолегированный слой поликристаллического кремния выполнен кристаллитным по толщине, где 2-4. Сопоставительный анализ настоящего изобретения с прототипом показал, что заявляемый конденсатор для интегральных микросхем отличается от известного тем, что в полупроводниковой подложке первого типа проводимости сформирован сильнолегированный скрытый слой первого типа проводимости контактирующий слой металла выполнен из алюминия или его сплавов, слой легированного поликристаллического кремния является обкладкой конденсатора, выполненной на первом слое конденсаторного диэлектрика и части изолирующего слоя, на которой сформирован второй слой конденсаторного диэлектрика с контактным окном к обкладке из сильнолегированного поликристаллического кремния, на котором сформирована верхняя обкладка конденсатора, выполненная из алюминия или его сплавов и соединенная через контактное окно в первом изолирующем слое и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа 3 9129 1 2007.04.30 проводимости что на втором слое конденсаторного диэлектрика сформирован второй изолирующий слой, а верхняя обкладка конденсатора соединена через контактное окно в первом и втором изолирующих слоях и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости что сильнолегированный поликристаллический кремний выполнен -кристаллитным по толщине, где 2-4. Решение поставленной задачи обеспечивается следующим образом. Введение второго сильнолегированного скрытого слоя первого типа проводимости обеспечивает гарантированное разделение областей и уменьшение боковых уходов. Использование в качестве одной обкладки конденсатора обеих поверхностей слоя легированного поликристаллического кремния, который может быть легирован примесью первого или второго типа проводимости, позволяет увеличить емкость конденсатора без увеличения его площади в плане в 1,5-2 раза. А в качестве второй обкладки конденсатора используется комбинированная обкладка из сильнолегированной области второго типа проводимости, как правилоэмиттерного диффузионного слоя, и верхней обкладки из алюминия или его сплавов,объединенных через контактное окно в первом, втором изолирующем слое и втором слое конденсаторного диэлектрика. При этом второй изолирующий слой служит для дополнительной защиты второго слоя конденсаторного диэлектрика на границе обкладки из легированного поликристаллического кремния, что обеспечивает дополнительную возможность использовать легированный слой поликристаллического кремния в качестве разводки. Кроме того, легированный слой поликристаллического кремния выполнен кристаллитным по толщине, где 2-4. У данного слоя легированного поликристаллического кремния и нижняя, и верхняя поверхности выступают в качестве обкладок конденсатора. Поэтому для снижения шероховатости поверхности верхней части слоя легированного поликристаллического кремния и минимизации воздействия на первый слой конденсаторного диэлектрика данный слой поликристаллического кремния выполнен -кристаллитным по толщине, где 2-4. При 2 слой поликристаллического кремния является однокристаллитным по толщине и напряжение пробоя второго слоя конденсаторного диэлектрика существенно снижается из-за повышенной шероховатости поверхности однокристаллитного слоя поликристаллического кремния. При 4 слой поликристаллического кремния становится более гладким, но при этом не наблюдается дальнейшее улучшение характеристик конденсатора. Поэтому использование слоя поликристаллического слоя с 4 нецелесообразно. Контактирующий металл и верхняя обкладка конденсатора, соединенная через контактное окно в первом изолирующем слое и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости, выполнены из алюминия и его сплавов. При 2-4 снижается дефектность конденсаторов для интегральных микросхем данной конструкции. Тем самым удается решить задачу увеличения емкости конденсатора без увеличения его площади в плане и без изменения толщины конденсаторного диэлектрика в сторону уменьшения, что обеспечивает увеличение долговременной надежности конденсатора и ИМС в целом. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-9, где на фиг. 1 изображена конструкция конденсатора для ИМС по прототипу, а фиг. 2-9 поясняют заявляемую конструкцию конденсатора для ИМС фиг. 2 - типовая структура по п. 1 формулы изобретения,фиг. 3 - типовая структура по п. 2 формулы изобретения,фиг. 4 - вид в плане, а на фиг. 5-9 изображены ПЭМ-сколы легированного слоя поликристаллического кремния, где фиг. 5 - однокристаллитный слой после легирования,фиг.6 и 7 соответственно - двух и трехкристаллитные слои после легирования,4 9129 1 2007.04.30 фиг.8 и 9 - четырехкристаллитный слой поликристаллического кремния до и после легирования соответственно. Конденсатор для интегральных микросхем по способу-прототипу (фиг. 1) содержит полупроводниковую подложку 1 первого типа проводимости со сформированным скрытым слоем 2 второго типа проводимости и слоем 3 второго типа проводимости и сильнолегированным охранным кольцом 4 первого типа проводимости, сильнолегированную область второго типа проводимости 5 в кармане эпитаксиального слоя, изолирующий слой 6 и первый слой конденсаторного диэлектрика 7, контактное окно 8 к сильнолегированной области второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, слой легированного поликристаллического кремния 9 и контактирующий слой металла 10 и верхнюю обкладку конденсатора 11. Заявляемый конденсатор для интегральных микросхем (фиг. 2, 4) содержит полупроводниковую подложку 1 первого типа проводимости со сформированным скрытым слоем 2 второго типа проводимости, эпитаксиальным слоем 3 второго типа проводимости и сильнолегированным охранным кольцом 4 первого типа проводимости, сильнолегированную область второго типа проводимости 5 в кармане эпитаксиального слоя, изолирующий слой 6 и первый слой конденсаторного диэлектрика 7, контактное окно 8 к сильнолегированной области второго типа проводимости в кармане эпитаксиального слоя, слой легированного поликристаллического кремния 9 и контактирующий слой металла и верхнюю обкладку конденсатора 11. В полупроводниковой подложке первого типа проводимости дополнительно сформирован сильнолегированный скрытый слой первого типа проводимости 12, контактирующий слой металла выполнен из алюминия или его сплавов, слой легированного поликристаллического кремния 9 является обкладкой конденсатора, выполненной на первом слое конденсаторного диэлектрика и части изолирующего слоя, на которой сформирован второй слой конденсаторного диэлектрика 13 с контактным окном 14 к обкладке из сильнолегированного поликристаллического кремния, на котором сформирован второй изолирующий слой 15 и верхняя обкладка конденсатора, выполненная из алюминия или его сплавов и соединенная через контактное окно 16 в первом и втором изолирующих слоях и втором слое конденсаторного диэлектрика с сильнолегированной областью второго типа проводимости. На фиг. 3 второй изолирующий слой отсутствует. При этом контактное окно 14 к обкладке из сильнолегированного поликристаллического кремния 9 сформировано во втором слое конденсаторного диэлектрика 13, а сильнолегированная область второго типа проводимости 5 в кармане эпитаксиального слоя 3 через контактное окно 16 в первом изолирующем слое и втором слое конденсаторного диэлектрика объединена с верхней обкладкой из алюминия или его сплавов 11. Заявляемая конструкция конденсатора для интегральных микросхем легко вписывается в биполярные микросхемы с МДП конденсаторами. Применение конденсатора для интегральных схем по заявляемому изобретению с ИМС К 1242 ЕР 1 конденсатора-прототипа обеспечивает устойчивую ее работу, исключает самовозбуждение схемы. Требуемая величина емкости конденсатора обеспечивает необходимую минимальную величину ( ) тока стабилизации. Работа данного конденсатора ничем не отличается от работы МДПконденсатора. Данный конденсатор для интегральных микросхем может быть изготовлен следующим образом в полупроводниковой кремниевой подложке КДБ 10 создаюти рскрытые слои путем ионного легированияи В. Получение необходимых параметров по глубине и концентрации обеспечивается соответствующими высокотемпературными обработками. Затем наращивается эпитаксиальный слой 14,3 КЭФ 3,6. Формирование кармана эпитаксиального слоя проводится диффузией бора из твердого источника. Созданиесильнолегированной области осуществляется одновременно с созданием эмиттерных областей биполярных транзисторов. Первый изолирующий слой создается при помощи стандартных операций термического окисления одновременно с созданием других элементов интегральных микросхем. 5 9129 1 2007.04.30 Формирование конденсатора проводится после того, как сформированы все остальные активные и пассивные области в интегральной микросхеме и вскрыты контактные окна в первом изолирующем слое. Формирование первого слоя конденсаторного диэлектрика, например, система 234 проводится с использованием высокотемпературной обработки в окислительной среде и последующего осаждения нитрида кремния аммонолизом дихлорсилана при пониженном давлении. Затем пиролитическим разложением моносилана наносится слой нелегированного поликристаллического кремния (ПКК). Требуемая степень легирования ПКК обеспечивается ионным легированием примесью, например второго типа проводимости фосфора. Необходимая площадь ПКК-обкладки конденсатора и конфигурация задается процессом плазмохимического травления по фоторезистивной маске. Причем для варианта составного первого конденсаторного диэлектрика (234), при травлении ПКК с поверхности пластины удаляется также слой 34. Формирование второго слоя конденсаторного диэлектрика проводится аналогично первому. Далее формируется маска и проводится плазмохимическое вскрытие контактных окон во втором слое конденсаторного диэлектрика. Затем проводится нанесение второго изолирующего слоя и химическое,изотропное его вскрытие в областях омических контактов и удаление его с поверхности второго слоя конденсаторного диэлектрика. Последующее напыление пленки алюминия или его сплавов и формирование в ней с помощью химического травления необходимого рисунка обеспечивает коммутацию элементов схемы, создание необходимой площади и конфигурации верхней алюминиевой обкладки конденсатора и соединение ее с сильнолегированной областью второго типа проводимости (в примере сэмиттерной областью). Формирование слоя поликристаллического кремния -кристаллитными по толщине осуществляется путем послойного осаждения в реакторе пониженного давления с промежуточными вакуумными отжигами 5. В примере 4 второй изолирующий слой из фосфоросиликатного стекла 3-5 вес.из парогазовой смеси тетраэтоксилана и триметилфосфата при пониженном давлении при температуре 750 С не формировался. Верхняя обкладка сформирована из сплава алюминия с 1 кремния. Емкость конденсатора и пробивное напряжение измеряли на установках Е 7-12 и Л 2-56 соответственно. В таблице представлены сравнительные данные по емкости и другим характеристикам конденсаторов в составе ИМС К 1242 ЕР 1., формирования мкА ПКК разводки 4 6 7 310 Вариант изготовлениясум, ЕпрМВ/ Вк п/п конденсатора пФ см Вкп 1 2 1 Однокристаллитный по толщине ПКК 2 Двухкристаллитный ПКК 3 Трехкристаллитный ПКК 4 Трехкристаллитный ПКК 5 5 Четырехкристаллитный ПКК 6 Пятикристаллитный ПКК 7 По прототипу 1 Реализуется возможность масштабирования за счет увелич. С сум 9129 1 2007.04.30 Примечание 1. С составным слоем конденсаторного диэлектрика 2150/ 34650. 2. Вк - процент выхода по кристаллу Вкп -выхода по кристаллу для прототипа. 3. После сборки в корпусе Т-92 зависит от емкости конденсатора. 4. Дополнительная возможность формирования в слое сильнолегированного поликристаллического кремния кроме обкладки конденсатора еще и поликремниевой разводки, отсутствие такой возможности -. 5. Без второго изолирующего слоя. Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет подтвердить преимущество заявляемой конструкции конденсатора для интегральных микросхем. Как следует из таблицы,увеличивается емкость конденсатора в 1,6-1,7 р, при этом выход годных ИМС увеличивается в 1,1-1,15 р. Таким образом, предложенная конструкция конденсатора для интегральных микросхем позволяет решить задачу увеличения емкости конденсатора без увеличения его площади в плане. Источники информации 1. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. - М. Высшая школа,1987. - С. 95-104. 2. Николаев И.М., Филипюк И.А. Интегральные микросхемы и способы их проектирования // Радио и связь. - 1992. - С. 92-93. 3. Заявка Японии 60-32357, 1986. 4. Патент США 4890191, МПК 01 23/52,01 29/94, декабрь 1989. 5. Турцевич А.С., Лесникова В.П., Буйко Л.С., Наливайко В.Ю., Кравцов С.В., Иванов А.И. Многослойные пленки поликристаллического кремния с улучшенными структурно-морфологическими свойствами // Электронная промышленность. - 1992. -1. С. 84-88. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9