Контакт в інтегральних пристроях зі структурами “кремній-на-ізоляторі”

1. Контакт в інтегральних пристроях зі структурами "кремній-на-ізоляторі" між шаром металу через контактне вікно у міжшаровому діелектрику до полікремнієвого затвора або стокової чи витокової області МОН-транзистора, сформованого на основі структур "кремній-наізоляторі", який відрізняється тим, що розміри контактного вікна в зоні контактування металу і 3 29701 Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим авторами за прототип, є так званий «захований» контакт, утворений між полікремнієвою шиною, яка як правило є продовженням затвора у МОН-транзисторі, і дифузійною стік або витоковою областю МОНтранзистора через контактне вікно у підзатворному окислі. Даний транзистор реалізований за стандартною МОН-технологією на основі об'ємного кремнію. В цьому контакті, загальна площа контактного з'єднання може бути меншою порівняно з описаною в [1] і [2] за рахунок того, що контактуюча поверхня полікремнію є меншою за поверхню дифузійної області і меншою за розміри контактного вікна, тобто вимога повного перекриття і вигляді квадратів двох контактуючих шарів в цій конструкції може і не виконуватися, хоч ширина контактного вікна є більшою за ширину полікремнієвої шини в зоні контактування. В цьому контакті дещо можливе збільшення площі контактування полікремнієвої шини до дифузійної області при однакових загальних площах контактного з'єднання в порівнянні з [1], що покращить електричні характеристики контакту, але так само, як і в попередньому, зменшення загальної площі контактного з'єднання і покращення електричних характеристик внаслідок збільшення площі контактних поверхонь є несуттєвим, особливо для субмікрометрових чи нанометрових топологічних розмірів елементів, оскільки контактоутворюючими у перечислених конструкціях є тільки фронтальні поверхні полікремнієвої плівки чи дифузійної стік-витокової області МОН-транзистора. В основу корисної моделі пропонованого контакту в інтегральних пристроях зі структурами «кремній-на-ізоляторі» поставлене завдання підвищення ступеня елементної інтеграції за рахунок зменшення геометричних розмірів контактного з'єднання, покращення електричних і механічних характеристик контактів та міжшарових з'єднань в lС, мікросенсорних пристроях та пристроях МСТ. Поставлене завдання вирішується тим, що в контакті між шаром металу через контактне вікно у міжшаровому діелектрику до, наприклад, полікремнієвого затвору, або стокової чи витокової області МОН-транзистора, сформованого на основі структур «кремній-на-ізоляторі», в якому згідно із корисною моделлю розміри контактного вікна в зоні контактування металу і шини із кремнієвої плівки-на-ізоляторі є більшими ніж кремнієва шина, при цьому контактуючий елемент кремнієвої шини вписується в міжшарове контактне вікно, а контакт шару металу до кремнієвої шини утворюють її фронтальна та бокові поверхні у тривимірних координатах. Поставлене завдання досягається також і тим, що контакт між шаром із затворного полікремнію до кремнієвої шини стік або витокової області КНІ МОН-транзистора здійснюється через контактне вікно у тонкому підзатворному окислі, при цьому контактуюча ділянка кремнієвої шини вписується у контактне вікно, а контакт шару полікремнію до 4 кремнієвої шини утворюють її фронтальна та бокові поверхні у тривимірних координатах. Таким чином, введена у запропонованій конструкції контакту тривимірна поверхня контактування шару металізації або полікремнію з елементом інтегральної приладної структури на основі КНІ-плівки, суттєво збільшує поверхню контактування, внаслідок цього покращуються електричні і механічні характеристики контакту, зменшується його загальна площа на кристалі. Аналогічним чином можуть бути реалізовані міжшарові контактні з'єднання в інтегральних структурах, наприклад, між двома рівнями металізацій. Спосіб конкретного виконання. Суть даного винаходу де тально пояснюються фігурами 1-5, де на прикладі КНІ МОНтранзистора зображено його схематичну топологію зі стандартним і пропонованими типами контактів (Фіг.1) і поперечні перетини стандартного та пропонованого контактів між шаром металізації та кремнієвими шинами стокової і витокової областей КНІ МОН-транзистора зображених відповідно на Фіг.3 і Фіг.5. На Фіг.1. зображено також і суміщену топологію пропонованих контактів між шарами металу та затворного полікремнію, і між шаром затворного полікремнію та кремнієвою шиною (витоку) КНІ МОН-тразистора. На Фіг.2 і Фіг.4. представлені вольт-амперні характеристики відповідно стандартного (відомого) контакту (Фіг.3.) і пропонованого зі структурою згідно Фіг.5. На фігурі 1, де зображено схематичну суміщену топологію КНІ МОН-транзистора із різними типами контактів до його електродів, цифрами позначені: 1 - металеві шини (Аl); 2 контактне вікно у підзатворному діелектрику; 3, 6, 8 - контактні вікна у міжшаровому ізоляційному діелектрику із оксиду кремнію SiO2; 4 - стік витокові області КНІ МОН-транзистора; 5 полікремнієвий затвор КНІ МОН-транзистора; 7 поверхня оксиду кремнію SiO2 в структурі КНІ. Відповідно до цієї топології елементами 1, 3 і 4 утворено стандартний контакт між шаром металу і кремнієвою шиною (стоковою областю КНІ МОНтранзистора), поперечний перетин якого зображено на Фіг.3. Елементи 1, 8 і 4 утворюють пропонований контакт між шаром металу і кремнієвою шиною (витоковою областю КНІ МОНтранзистора), поперечний перетин якого зображено на Фіг.5. Елементи 1, 6 і 5 утворюють пропонований контакт між шаром металу і затворного полікремнію. Елементами 5, 2 і 4 утворено пропонований контакт між шаром затворного полікремнію і кремнієвою шиною витоку КНІ МОН-транзистора. Полікремнієва шина 5, яка перекриває по тонкому підзатворному окислі кремнієву шину 4 є затвором КНІ МОНтранзистора. Порівняльні дослідження електричних характеристик відомого (стандартного) контакту (Фіг.3.) і розробленого (Фіг.5.) проводилися шляхом комп'ютерного моделювання технологічних процесів і мікроелектронних структур в системі програмних пакетів ISE-TC AD. 5 29701 Параметри шарів в КНІ-структура х були наступними. В основу покладені параметри КHIструктур, одержуваних методом мікрозонної лазерної рекристалізації з товщиною ізоляційної окисної плівки в КНІ-стр уктурі 1,2мкм, і рекристалізованої кремнієвої плівки товщиною 0,5мкм. Тобто, на напівпровідникову пластину послідовно були нанесені окисел кремнію товщиною 1,2мкм, і сформована рекристалізована кремнієва плівка (КНІ) товщиною 0,5мкм. Доза легування цієї плівки в місцях контактів становила 1е20см -3 n-типу. Розміри фронтальної поверхні контактів для моделювання становили 1мкмх1мкм. Товщина шару алюмінію становила 0,8мкм, і затворного полікремнію - 0,5мкм. Товщина міжшарового ізоляційного окислу - 0,7мкм, а підзатворного діелектрика - 40нм. Розміри елементів структур контактів подано на вертикальних і горизонтальних осях на Фіг.3 і Фіг. 5 в мкм. Як видно із ВАХ стандартного (Фіг.2.) і пропонованого (Фіг.4) контактів, електропровідність останнього в 1,5 - 2 рази є кращою. Площа яку займає пропонований контакт порівняно зі стандартним є меншою в середньому на 25-30%. За рахунок збільшеної загальної тривимірної поверхні контактування, як до фронтальної поверхні кремнієвих шин, так і до їх бокових поверхонь та фронтальної поверхні ізоляційної плівки (Фіг.5.) будуть забезпечені також і кращі механічні властивості контактів. Запропонований контакт може мати як промислове застосування, так і науково-дослідних роботах в проектуванні елементів lС і виробів МСТ на основі КНІ-структур і дозволить покращити їх електричні характеристики та підвищити елементну інтеграцію на кристалі. Аналогічним чином можуть бути реалізовані також і міжшарові контактні з'єднання в інтегральних структурах, наприклад, між двома рівнями металізацій. Перелік фігур креслення та прийняті позначення. Фіг.1. Схематична топологія КНІ МОНтранзистора із різними типами контактів до його електродів: 1 - металеві шини (Аl); 2 - контактне вікно у підзатворному діелектрику; 3, 6, 8 контактні вікна у міжшаровому ізоляційному діелектрику із оксиду кремнію SiO2; 4 - стіквитокові області КНІ МОН-транзистора; 5 полікремнієвий затвор КНІ МОН-транзистора; 7 поверхня оксиду кремнію SіО2 в структурі КНІ. На Фіг.1. елементами 1, 3 і 4 утворено стандартний контакт між шаром металу і кремнієвою шиною (стік КНІ МОН-транзистора), поперечний перетин якого зображено на Фіг.3. Елементи 1, 8 і 4 утворюють пропонований контакт між шаром металу і кремнієвою шиною (витік КНІ МОН-транзистора), поперечний перетин якого зображено на Фіг.5. Елементи 1, 6 і 5 утворюють пропонований контакт між шаром металу і затворного полікремнію. Елементами 5, 2 і 4 утворено пропонований контакт між шаром затворного полікремнію і кремнієвою шиною витоку КНІ МОН-транзистора. 6 Фіг.2. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) стандартного контакту. Фіг.3. Поперечний переріз стандартного контакту: 1 - фізичний контакт (анод); 2 - шар металу (Аl), 3 - міжшаровий ізоляційний оксид кремнію (SіО2); 4 - кремнієва шина; 5 - кремнієва підкладка; 6 - фізичний контакт (катод); 7 - плівка SiO2 (Елементи 4, 7 і 5 - утворюють стр уктуру КНІ). Фіг.4. Вольт-амперна характеристик пропонованого контакту. Фіг.5. Поперечний переріз пропонованого контакту: 1 - фізичний контакт (анод); 2 - шар металу (Аl), 3 - шар оксиду кремнію SiO2; 4 - шар полікремнію; 5 - кремнієва підкладка; 6 - фізичний контакт (катод); 7 - шар ізоляційного оксиду кремнію (між металічним шаром і катодом і одночасно елементи 4, 7 і 5 - утворюють структуру КНІ). Використані джерела інформації: 1. Эннс В.И., Кобзев Ю.М. «Проектирование аналоговых КМОП-микросхем» М. - Горячая линия - Телеком. - 2005. - с.39, рис. 1.35. 2. J.P. Colinge "Silicon-on-insulator technology: materials to VLSI". -Kluwer Academic Publishers, 1991. p. 103, fig.4.5.2. 3. «Технология СБИС» под редакцией С.Зи, в 2-книгах, Москва. - «Мир». - 1986. - с. 207, рис. 11.12 (книга 2). 7 29701 8