ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
INTEGRAL SYSTEM AND MANUFACTURE METHOD

Перекрестные ссылки на родственные заявки
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США № 60/613871, поданной 28 сентября 2004 г.
Предпосылки изобретения
[0002] Рынок электронных устройств постоянно требует повышения рабочих характеристик при снижении затрат. Для выполнения этих требований желательно производить компоненты, которые содержат различные электронные устройства, более эффективно и в соответствии с более высокими техническими требованиями к проектированию.
[0003] Один тип электронного устройства представляет собой устройство на транзисторах со структурой металл-оксид-кремний. Эти устройства на транзисторах со структурой металл-оксид-кремний формируются в больших количествах на единой подложке, такой как кремниевая подложка. Проблема в ходе эксплуатации таких устройств при высоких напряжениях состоит в том, что непрерывная работа может вызывать образование некоторого количества электронно-дырочных пар на переходах транзистора, например на переходе сток-затвор. Электронно-дырочные пары, если они образуют достаточно большие концентрации заряда, могут снижать пороговое напряжение транзисторов или могут приводить к включению сформированного в подложке паразитного поперечного биполярного транзистора.
[0004] Двумя противоборствующими факторами при конструировании и изготовлении электронных устройств являются улучшение рабочих характеристик и снижение стоимости. Часто эти два фактора находятся в прямой противоположности друг другу, поскольку формирование более точных геометрий и дополнительных структур требует дополнительной обработки и масок, что увеличивает стоимость устройств. С другой стороны, сокращение обработки и масок может приводить к проблемам с рабочими характеристиками или невозможности обеспечить работу в рамках эксплуатационных требований, поскольку некоторые структуры могут быть исключены из электронного устройства.
Краткое описание чертежей
[0005] Специалисты в данной области техники легко поймут признаки изобретения из нижеследующего подробного описания примерных вариантов его воплощения, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах, на которых:
[0006] на фиг.1 показан вид в разрезе устройства эжекции текучей среды согласно одному варианту воплощения;
[0007] на фиг.2 показан вид в разрезе устройства эжекции текучей среды согласно другому варианту воплощения;
[0008] на фиг.3 показан разобранный вид в разрезе части устройства эжекции текучей среды по фиг.1 согласно одному варианту воплощения;
[0009] на фиг.4 показана принципиальная электрическая схема цепи, используемой для избирательного управления эжекцией текучей среды согласно одному варианту воплощения;
[00010] на фиг.5 показана блок-схема процесса формирования устройства эжекции текучей среды согласно одному варианту воплощения;
[00011] на фиг.6 показана блок-схема процесса формирования устройства эжекции текучей среды согласно другому варианту воплощения;
[00012] на фиг.7 показана блок-схема процесса формирования устройства эжекции текучей среды согласно другому варианту воплощения;
[00013] на фиг.8 показан вид сверху устройства эжекции текучей среды согласно одному варианту воплощения;
[00014] на фиг.9 показан узел эжекции текучей среды согласно одному варианту воплощения.
Подробное описание чертежей
[00015] Обращаясь к фиг.1, на ней показан вид в разрезе устройства эжекции текучей среды согласно одному варианту воплощения. Полупроводниковое устройство 5 сформировано на и/или в подложке 10, которая предпочтительно является кремниевой, хотя могут быть использованы и другие подложки, известные специалистам в данной области. Подложка 10 обработана с использованием традиционных методов обработки полупроводников для формирования одной или более зон 12 и 14, имеющих разные концентрации примесей, например, активных областей, которые образуют транзистор или диод. В этом варианте воплощения, где полупроводниковое устройство 5 включает в себя полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (полевые МОП-транзисторы или MOSFET), активные зоны могут включать в себя сформированные в подложке 10 области стока и истока.
[00016] Поверх поверхности подложки 10 расположен слой 15 подзатворного оксида. Поверх слоя 15 подзатворного оксида расположен полупроводниковый слой 20, например, сформированный из поликремния. В некоторых зонах поверх полупроводникового слоя 20 расположен пассивирующий слой 25, например фосфоросиликатное стекло. В других зонах поверх полупроводникового слоя 20 расположен проводящий слой 30. Однако могут быть использованы и другие структуры только с проводящим слоем.
[00017] В варианте воплощения, показанном на фиг.1, проводящий слой 30 содержит резистивный материал, например тантал-алюминиевый материал, на котором расположен проводящий материал, например, алюминий. Следует также отметить, что проводящий слой 30 расположен также поверх пассивирующего слоя 25. Кроме того, материалы, используемые для формирования резистивного материала и/или проводящего материала, могут варьироваться и зависят от применения и технических условий.
[00018] Пассивирующий слой 40 расположен поверх проводящего слоя 30 для изоляции и защиты проводящего слоя 30. Пассивирующий слой 40 может быть сформирован из одного или более из карбида кремния и нитрида кремния, или из множественных слоев каждого из них, или их комбинаций. Кроме того, для пассивирующего слоя 40 могут быть использованы другие материалы или их комбинации.
[00019] В слое 15 подзатворного оксида, полупроводниковом слое 20, пассивирующем слое 25, проводящем слое 30 и пассивирующем слое 40 сформировано множество отверстий 45, позволяющих проводящему слою 50, который также расположен поверх пассивирующего слоя 40, контактировать с поверхностью или, если поверхность частично удалена, другими участками подложки 10. В одном варианте воплощения проводящий слой 50 контактирует с областями тела транзисторного устройства, которые сформированы в подложке 10. В этих вариантах воплощения область тела может быть p-легированной областью, однако, могут быть использованы и другие варианты легирования.
[00020] В одном варианте воплощения отверстия 45 и сформированные в них в результате контакты формируются как можно ближе к активным областям или устройствам, сформированным в подложке, без влияния на работу этих устройств или активных областей. Точное позиционирование может зависеть от типа подложки и концентрации легирующей примеси в активных областях. Кроме того, количество контактов зависит от количества активных областей или устройств, сформированных в подложке. В одном варианте воплощения может существовать по одному контакту на каждое сформированное в подложке устройство. В некоторых вариантах воплощения количество контактов может быть функцией мощности сформированных в подложке устройств, концентрации легирующей примеси в активных областях и материала подложки.
[00021] Критерий непосредственного контакта с телом полевого МОП-транзистора может использоваться для предотвращения увеличения количества электронно-дырочных пар на границе раздела сток/затвор, которое, в свою очередь, может снижать вероятность того, что полевой МОП-транзистор переключится в открытое состояние, вследствие малых токов утечки, обеспеченных на его затворе.
[00022] В некоторых вариантах воплощения непосредственный контакт может быть выполнен между одним или более транзисторами, сформированными в подложке 10. В этих вариантах воплощения контакт может быть выполнен рядом с областью истока одного или более транзисторов. В этих вариантах воплощения контакты с областью истока и телом могут быть выполнены в одно и то же или в разное время. В том варианте воплощения, где полупроводниковое устройство 5 представляет собой устройство эжекции (выброса) текучей среды, непосредственный контакт может существовать между транзистором логической схемы и транзистором схемы управления, которые приводят в действие эжекционные элементы.
[00023] Резистор 60 и пассивирующий слой 40 защищены от повреждения из-за, например, схлопывания пузырьков в камере 75 текучей среды после эжекции текучей среды из сопла 80 кавитационным слоем 85, который расположен поверх пассивирующего слоя 40. В некоторых вариантах воплощения кавитационный слой 85 содержит металл, выбранный из группы, состоящей из тантала, вольфрама и молибдена.
[00024] Для создания камеры 75 и сопла 80, через которое может эжектироваться (выбрасываться) текучая среда, предусмотрен сопловой слой 70, показанный как в виде барьерного слоя 72 и слой 74 сопел. Обычно все другие слои располагают на подложке 10 до нанесения соплового слоя 70. Сопловой слой 70 может представлять собой единичный или множественные слой(и) полимеров, эпоксидных материалов, металлов и т.п. Известны несколько методов, материалов и структуру для создания соплового слоя 70, и они могут использоваться со структурой по фиг.1.
[00025] Обращаясь к фиг.2, на ней показан вид в разрезе устройства эжекции текучей среды согласно другому варианту воплощения. Устройство эжекции текучей среды по фиг.2 по существу аналогично показанному на фиг.1. Вместе с тем, на некоторых участках поверхности подложки 10 расположен защитный оксид 90. Защитный оксид 90 предусмотрен рядом с областями 95 контакта, через которые проводящий слой 50 должен контактировать с подложкой 10. Защитный оксид 90 обычно обеспечивает больший барьер для диффузии, чем подзатворный оксид 15.
[00026] Хотя фиг.1 и 2 обеспечивают описания вариантов воплощения устройств эжекции текучей среды, однако, могут использоваться и другие полупроводниковые устройства и структуры, имеющие аналогичные конфигурации и конструкции. Например, такие структуры будут иметь сопловой слой 70, и кавитационный слой 85, и пассивирующую структуру, которая отличается по структуре и/или материалу от пассивирующего слоя 40.
[00027] Обращаясь к фиг.3, на ней показан разобранный вид в разрезе части устройства эжекции текучей среды по фиг.1 согласно одному варианту воплощения. Отверстие 45 проходит от верхней поверхности пассивирующего слоя 40 к поверхности подложки 10. Проводящий слой 50, который содержит резистивный слой 115 и проводящий слой 120, расположенный поверх резистивного слоя 115, находится в контакте с поверхностью подложки 10. Можно видеть, что некоторые участки проводящего слоя 50, которые лежат поверх пассивирующего слоя 25, проводящего слоя 30 и пассивирующего слоя 40, находятся в электрическом контакте с теми участками проводящего слоя 50, которые находятся в физическом контакте с поверхностью подложки 10. По сути может быть создан устойчивый контакт с подложкой, который обеспечивает преимущества в отношении паразитного включения устройств, сформированных в подложке 10.
[00028] Дополнительная конструктивная особенность варианта воплощения, изображенного на фиг.3, состоит в том, что резистивный слой 105, проводящий слой 110 и пассивирующий слой 40 образуют ступенчатый рисунок (рельеф), если смотреть на перспективном виде в разрезе. Это позволяет упростить производство. В других вариантах воплощения могут использоваться другие конфигурации.
[00029] Обращаясь к фиг.4, на ней показана принципиальная электрическая схема цепи 150, используемой для избирательного управления эжекцией текучей среды согласно одному варианту воплощения. Эжекционный элемент 100 подключен к источнику 105 питания и к стоку транзистора 110. Исток транзистора 110 подключен к заземлению 115. Затвор транзистора 110 подключен к истоку транзистора 122 и стоку транзистора 125. Исток транзистора 125 подключен к заземлению 115. Затвор транзистора 125 подключен для поступления на него первого сигнала 130 управления. Затвор транзистора 122 подключен для поступления на него второго сигнала 135 управления, а его затвор подключен для поступления на него сигнала 140 адресации.
[00030] В некоторых вариантах воплощения могут быть сформированы контакты с областями тела между областью истока транзистора 110 и областью истока любого из транзисторов 122 или 125. В некоторых вариантах воплощения, где каждый эжекционный элемент приводится в действие с использованием цепи 150, изображенной на фиг.4, контакт с телом может быть выполнен в каждой цепи 150 или некоторых из цепей 150.
[00031] Обращаясь к фиг.5, на ней показана блок-схема процесса формирования устройства эжекции текучей среды согласно одному варианту воплощения. Подложка, например подложка 10, может быть легирована p-примесью в случае процесса формирования n-канальной МОП-структуры (NMOS), блок 200. Однако подложка может быть также легирована n-примесью в случае процесса формирования p-канальной МОП-структуры (PMOS). Затем поверх поверхности подложки обеспечивают материал подзатворного оксида, блок 205. После обеспечения материала подзатворного оксида обеспечивают полупроводниковый материал, такой как поликремний, поверх этого материала подзатворного оксида, блок 210. Поверх полупроводникового материала обеспечивают изоляционный материал, такой как фосфоросиликатное стекло, блок 215.
[00032] После обеспечения изоляционного материала в этом изоляционном материале формируют одно или более сквозных отверстий (межсоединений), блок 220. Например, одно или более сквозных отверстий можно формировать в тех зонах, где может быть желательным формирование контакта с телом транзистора. Сквозные отверстия могут быть вытравлены до поверхности полупроводникового материала, обеспеченного в блоке 215. После формирования одного или более сквозных отверстий обеспечивают первый проводящий слой поверх изоляционного материала и в одно или более сквозных отверстий, блок 220. Одно или более сквозных отверстий затем перетравливают таким образом, что удаляют не только проводящий материал в одном или более сквозных отверстий, но и полупроводниковый материал, который лежит под одним или более сквозными отверстиями, блок 230. В этом варианте воплощения сформированный подзатворный оксид все еще остается в сквозных отверстиях. В одном варианте воплощения процесс перетравливания представляет собой процесс реактивного ионного травления.
[00033] После того как проводящий материал и полупроводниковый материал удалены, на проводящем материале обеспечивают пассивирующий материал, блок 235. В некоторых вариантах воплощения пассивирующий материал не обеспечивают в одно или более сквозных отверстиях. В других вариантах воплощения пассивирующий материал наносят в сквозные отверстия и затем удаляют. Затем подзатворный оксид, оставшийся в сквозных отверстиях, вытравливают так, чтобы сквозные отверстия были открыты до подложки, блок 240. Затем обеспечивают второй проводящий материал, который контактирует с подложкой в сквозных отверстиях, блок 245. Затем обеспечивают дополнительные слои, которые необходимы для формирования полупроводникового устройства, блок 250.
[00034] Обращаясь к фиг.6, на ней показана блок-схема процесса формирования устройства эжекции текучей среды согласно другому варианту воплощения. Подложка, например подложка 10, может быть легирована p-примесью в случае процесса NMOS, блок 260. Однако подложка может быть также легирована n-примесью в случае процесса PMOS, что описано со ссылкой на фиг.5.
[00035] На подложке формируют одну или более областей контакта, блок 265. Одну или более областей контакта можно сформировать, например, нанося полупроводниковый материал на подзатворный оксид, который расположен на поверхности подложки. Затем рядом с контактами обеспечивают защитный оксид, блок 270. Альтернативно, защитный оксид может обеспечиваться так, что отверстия остаются там, где могут быть сформированы контакты.
[00036] Поверх контактов и защитного оксида обеспечивают изоляционный материал, такой как фосфоросиликатное стекло, блок 275. Затем формируют одно или более сквозных отверстий через изоляционный материал, блок 280. Сквозные отверстия формируют лежащими сверху одной или более зон контакта. Таким образом, сквозные отверстия могут соответствовать тем областям, где нужно выполнить контакт с подложкой или с зонами, где должны быть сформированы контакты затвора транзистора.
[00037] После формирования сквозных отверстий обеспечивают проводящий материал лежащим поверх изоляционного материала и в сквозных отверстиях, блок 285. Проводящий материал в сквозных отверстиях и, по желанию, в других областях вытравливают, блок 290. В одном варианте воплощения при травлении проводящего материала в сквозных отверстиях также вытравливается, по меньшей мере, часть контактов. Травление по меньшей мере части контактов может быть осуществлено, например, путем перетравливания с использованием процесса реактивного ионного травления. В некоторых вариантах воплощения процесс вторичного травления может использоваться после процесса первого травления для того, чтобы удалить любой оставшийся материал контакта.
[00038] После травления проводящего материала обеспечивают второй изоляционный материал на первом проводящем материале, блок 295. В одном варианте воплощения второй изоляционный материал обеспечивают так, что он не заполняет сквозные отверстия или не входит в них. В других вариантах воплощения второй изоляционный материал может обеспечиваться в сквозных отверстиях вместе с обеспечением на первом проводящем материале. Второй изоляционный материал, обеспеченный в сквозных отверстиях, может быть затем удален с использованием известных процессов.
[00039] После обеспечения второго изоляционного материала обеспечивают второй проводящий материал лежащим поверх второго изоляционного материала и в сквозных отверстиях, блок 300. Второй проводящий материал обеспечивают в сквозных отверстиях так, что участки второго проводящего материала, обеспеченного в сквозных отверстиях, находятся в контакте с подложкой и обеспечивается электрический контакт с участками второго проводящего материала, лежащими поверх второго изоляционного материала. Затем может быть обеспечен дополнительный пассивирующий материал поверх второго проводящего материала и других участков устройства, блок 305.
[00040] Вариант воплощения, представленный на фиг.5, можно изменить, устранив блок 255 и использовав только защитный оксид. В этом варианте воплощения блок 260 будет предусматривать обеспечение защитного оксида поверх всей площади подложки, где нужно сформировать структуры. Кроме того, блок 280 может предусматривать перетравливание первого проводящего материала таким образом, что вытравливается лежащий под сквозными отверстиями защитный оксид, обеспечивая контакт с подложкой. Альтернативно, может использоваться отдельный блок процесса для удаления оксида перед обеспечением первого проводящего материала и стандартный процесс травления, используемый в блоке 180.
[00041] Обращаясь к фиг.7, на ней показана блок-схема процесса формирования устройства эжекции текучей среды согласно еще одному варианту воплощения. В варианте воплощения по фиг.7 блоки 320-340 по существу идентичны блокам 200-215 и 225, описанным со ссылкой на фиг.5. Однако вместо формирования сквозного отверстия в первом изоляционном материале перед обеспечением первого проводящего слоя, как на фиг.5, сквозные отверстия формируют путем травления через первый проводящий слой и первый изолирующий слой в одном блоке процесса, т.е. блоке 345. После формирования этих сквозных отверстий блоки 330-340 по существу идентичны блокам 235-245, описанным со ссылкой на фиг.5.
[00042] Как можно видеть из фиг.4-6, количество блоков обработки не нужно увеличивать, и фактически количество блоков по существу одинаково. Кроме того, поскольку может использоваться процесс перетравливания, в некоторых вариантах воплощения фактические процессы, используемые для формирования структуры с контактом с телом, являются такими же, как и без него. Кроме того, поскольку для формирования отверстия не используется дополнительная обработка, т.е. иная, чем травление проводящего слоя, имеется меньшая вероятность того, что произойдет неточное совмещение или диффузия в подложку, которые имели бы место в том случае, если использовалась бы дополнительная обработка для формирования контакта с подложкой.
[00043] В некоторых вариантах воплощения способов, описанных со ссылкой на фиг.4 и 6, перетравливание может быть таким, что участки подложки удаляются совместно с проводящим, полупроводниковым слоями и слоем подзатворного оксида. Этот подход может использоваться, например, в том случае, когда выполняется контакт с телом подложки через область устройства, которая была легирована в качестве области истока транзистора. Затем может обеспечиваться второй проводящий слой так, чтобы он контактировал с той областью тела подложки, где подложка была вытравлена.
[00044] На фиг.8 показан увеличенный вид в перспективе одного варианта воплощения печатающей головки 400. Печатающая головка 500 в этом варианте воплощения имеет многочисленные особенности, в том числе краевой уступ 505 для краевой подачи текучей среды к резисторам (или выбрасывателям текучей среды) 510. Печатающая головка также может иметь углубление 515, которое частично сформировано вглубь поверхности подложки. На этой печатающей головке также показаны прорезь (или канал) 520 для подачи текучей среды к резисторам 510, и/или ряд отверстий 525, подающих текучую среду к резисторам 510. В одном варианте воплощения на печатающей головке 500 может быть по меньшей мере две из описанных особенностей по фиг.1. Например, в печатающей головке 500 сформированы только подающие отверстия 525 и прорезь 520, тогда как краевой уступ 505 и/или углубление 515 отсутствуют. В другом варианте воплощения в печатающей головке 520 сформированы краевой уступ 505 и прорезь 520, тогда как углубление 515 и/или подающие отверстия 525 отсутствуют. Также могут быть предусмотрены различные комбинации этих особенностей с другими особенностями или же совершенно другие особенности.
[00045] На фиг.9 показано схематическое изображение примерного печатного картриджа 600, который может быть использован в примерном устройстве печати. Печатный картридж состоит из печатающей головки 602 и корпуса 604 картриджа, который поддерживает печатающую головку. Хотя в этом печатном картридже 600 используется одна единственная печатающая головка 602, другие варианты воплощения могут предусматривать использование нескольких печатающих головок на одном картридже.
[00046] Печатный картридж 600 выполнен имеющим автономный (встроенный) источник текучей среды или чернил в корпусе 604 картриджа. Другие конфигурации печатного картриджа могут альтернативно или дополнительно быть выполнены с возможностью приема текучей среды из внешнего источника. Специалистам в данной области будут понятны и другие примерные конфигурации.
[00047] Описанные здесь структуры полупроводникового устройства применимы к широкому кругу технологий полупроводниковых устройств и могут быть изготовлены из разнообразных полупроводниковых материалов. Поэтому, хотя в вышеприведенном описании рассмотрены несколько вариантов воплощения полупроводниковых устройств, реализованных на кремниевых подложках, описанные здесь и изображенные на чертежах способы и структуры могут быть также реализованы на арсениде галлия, германии и других полупроводниковых материалах. Соответственно, описанные здесь и изображенные на чертежах способы и структуры не предполагаются ограниченными теми устройствами, которые изготовлены на кремниевых полупроводниковых материалах, и будут включать в себя те устройства, которые изготовлены на одном или более из доступных полупроводниковых материалов и по технологиям, доступным специалистам в данной области техники.
[00048] Кроме того, хотя в проиллюстрированных вариантах воплощения было показано наличие конкретных областей p- и n-типа, следует отчетливо понимать, что основные принципы изобретения в равной степени применимы к полупроводниковым устройствам, в которых типы проводимости различных областей были противоположными, например, для обеспечения устройства, комплементарного проиллюстрированному устройству.
[00049] Дополнительно, хотя проиллюстрированные здесь варианты воплощения показаны на двухмерных видах, где различные области имеют глубину и ширину, следует отчетливо понимать, что эти области являются иллюстрациями только части одной ячейки устройства, которое может включать в себя множество таких ячеек, организованных в трехмерную структуру. Соответственно, при изготовлении на реальном устройстве эти области будут иметь три измерения, а именно длину, ширину и глубину.
19
3
+
+
16
3
-
-
[00050] Следует отметить, что чертежи выполнены не в масштабе. Кроме того, на чертежах сильно легированные области (обычно с концентрациями примесей в по меньшей мере 1×10 атомов примеси/см) обозначены знаком полюс (например, n или p), а слаболегированные области (обычно с концентрациями не более примерно 5×10 атомов примеси/см) - знаком минус (например, p или n).
[00051] Компонент активной зоны, например исток и сток, изоляция МОП-транзистора (полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник) традиционно изготавливается с использованием двух маскирующих слоев, островкового слоя и затворного слоя. Островковый слой используется для формирования отверстия внутри толстого защитного оксида, «выросшего» на подложке. Затворный слой используется для создания затвора транзистора и образует самосовмещенные и раздельные активные зоны (исток и сток) транзистора внутри островкового отверстия толстого защитного оксида.
[00052] Хотя принципы изобретения были описаны выражениями, характерными для конструктивных признаков и относящихся к способу этапов, следует понимать, что прилагаемая формула изобретения не ограничивается описанными конкретными признаками или этапами. Напротив, конкретные признаки и этапы раскрыты в качестве предпочтительных форм реализации принципов изобретения.