Способ создания структуры - кремний на изоляторе для сбис (варианты)

 

Использование: микроэлектроника, технология изготовления СБИС, у которых на одном кристалле формируются как полевые, так и биполярные транзисторы. Сущность изобретения: в способе создания структуры -кремний на изоляторе для СБИС, включающем формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния и металлического слоя на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, осуществляют утонение второй пластины кремния, непосредственно граничащей со слоем силицида металла, формируют углубления в этой пластине кремния и в слое силицида металла до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния над слоем силицида металла наряду с полевыми транзисторами создают биполярные транзисторы. Техническим результатом изобретения является создание структуры как с полевыми, так и с биполярными транзисторами. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления СБИС, у которых на одном кристалле формируются как полевые, так и биполярные транзисторы.

Наиболее прогрессивным способом изготовления ИС является создание структур кремний на изоляторе (SOI = Silicon on Insulator), когда тонкие кремниевые слои изготавливаются на слое диэлектрика, а боковая изоляция кремниевых областей, в которых изготавливаются элементы СБИС, осуществляется углублениями, заполненными, например, поликристаллическим кремнием. Такое исполнение структуры СБИС обеспечивает существенное увеличение степени интеграции и значительное повышение быстродействия ИС.

Вместе с тем большинство работ по совершенствованию структуры кремний на изоляторе (SOI = Silicon on Insulator) [1,2] ограничивается использованием в новых структурах только полевых транзисторов, в то время как использование одновременно полевых и биполярных транзисторов существенно расширяет функциональные возможности СБИС.

Известен полупроводниковый прибор со структурой кремний на изоляторе [3] , содержащий полупроводниковую пластину, изолирующий слой, сформированный на полупроводниковой пластине, и полупроводниковый монокристаллический слой, выполненный над этим изолирующим слоем. Далее в монокристаллическом слое в результате ионной имплантации создают скрытый низкоомный слой в местах предполагаемого размещения биполярных транзисторов, наращивают эпитаксиальный слой, в котором вертикальными канавками разделяют области кремния для размещения полевых и биполярных транзисторов. Затем область монокристаллического слоя на границе между областями кремния подвергают окислению, а канавки заполняют поликристаллическим кремнием. Данная структура позволяет создавать ИС с полевыми и биполярными транзисторами.

Однако используемый в структуре монокристаллический слой над изолирующим слоем, создается рекристаллизацией поликристаллического слоя, содержит высокий уровень дефектов, прорастающих затем в эпитаксиальный слой кремния, выращиваемый над дефектным монокристаллическим, что в дальнейшем снижает качество биполярных транзисторов. Это одна из причин по которой в биполярной технологии не могут быть использованы структуры "кремний на сапфире", "кремний на шпинели", по методу SIMOX, применяемые в технологии изготовления полевых транзисторов. В первых двух упомянутых структурах несоответствие параметров подложки и эпитаксиального слоев кремния, а в методе Simox процесс высокоэнергетической имплантации, приводят к появлению дефектов, снижающих время жизни неосновных носителей в полупроводнике, что делает изготовление в нем биполярных структур, использующих как основные, так и неосновные носители заряда, невозможным. Для изготовления биполярных структур применяются либо пластины монокристаллического кремния, полученные методами Чохральского или зонной плавкой, либо эпитаксиальные слои кремния, выращенные на бездефектных подложках монокристаллического кремния.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ соединения полупроводниковых пластин с помощью слоя силицида металла [4], включающий формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния и металлического слоя на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение первой пластины кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния.

На фиг. 1.1 - 1.5 приведены этапы способа создание структуры, выполненного в соответствии с прототипом.

На фиг. 1.1 представлен разрез структуры после формирования диэлектрического слоя 1, осаждения слоя поликристаллического кремния 2 и металлического слоя 3 на первой пластине кремния 4 до соединения ее со второй пластиной кремния 5.

На фиг. 1.2 представлен разрез структуры после соединения первой пластины 4 со второй пластиной кремния 5, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивания соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла 6 между ними.

На фиг. 1.3 представлен разрез структуры после утонения одной из пластин кремния 7.

На фиг. 1.4 представлен разрез структуры после формирования в ней углублений вокруг областей кремния 8, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытия стенок углублений диэлектриком 9, заполнение углублений 10.

На фиг. 1.5 представлен разрез структуры после формирования полевых транзисторов 11 в изолированных областях кремния.

В прототипе рассматривается и другой вариант способа соединения полупроводниковых пластин с помощью слоя силицида металла [4], включающий формирование диэлектрического слоя и осаждение слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, со сформированными на поверхности диэлектрическим слоем, слоем поликристаллического кремния и металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния.

Кроме того, в прототипе [4] рассматривается разновидность способа соединения полупроводниковых пластин с помощью слоя силицида металла, включающего формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния, нанесения капли водного раствора окислителя на поверхность слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, со сформированными на поверхности диэлектрическим слоем, слоем поликристаллического кремния и металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния.

Однако способ, описанный в прототипе [4], имеет и существенные недостатки.

В прототипе не предусмотрена возможность создания в структуре на изоляторе, наряду с полевыми транзисторами, биполярных транзисторов, что не позволяет создавать всю номенклатуру СБИС на биполярных транзисторах и полевых транзисторах, в частности БиКМОП СБИС.

Для создания современного биполярного транзистора необходимо формирование скрытого низкоомного слоя в коллекторе транзистора, не предусмотренного в способе создания структуры кремний на изоляторе по прототипу.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в способе создания структуры кремний на изоляторе для СБИС, включающей как полевые транзисторы, так и биполярные транзисторы, имеющие скрытый низкоомный слой в коллекторе.

Для достижения названного технического результата в способе соединения полупроводниковых пластин с помощью слоя силицида, включающем формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния и металлического слоя на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, утоняют пластину кремния, непосредственно граничащую со слоем силицида металла, формируют углубления в пластине кремния и в слое силицида металла до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния над слоем силицида металла наряду с полевыми транзисторами создают биполярные транзисторы.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что утоняют пластину кремния, непосредственно граничащую со слоем силицида металла, формируют углубления в пластине кремния и в слое силицида металла до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния над слоем силицида металла наряду с полевыми транзисторами создают биполярные транзисторы.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемой структуры и способа ее изготовления. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, оказывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

Указанное выполнение предлагаемого способа приводит к тому, что в структуре кремний на изоляторе для СБИС появляется возможность создания как полевых, так и биполярных транзисторов, использующих слой силицида металла в качестве скрытого низкоомного слоя в коллекторе.

Такая совокупность отличительных признаков позволяет устранить недостатки способа создания структуры кремний на изоляторе и позволяет реализовать в СБИС структуру БиКМОП.

На фиг. 2.1 - 2.5 приведены этапы предлагаемого способа создания структуры.

На фиг. 2.1 представлен разрез структуры после формирования диэлектрического слоя 1, осаждения слоя поликристаллического кремния 2 и металлического слоя 3 на первой пластине кремния 4 до соединения ее со второй пластиной кремния 5.

На фиг. 2.2 представлен разрез структуры после соединения первой пластины кремния 4 со второй пластиной кремния 5, так что осажденные слои оказываются между пластинами, и сращивания соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла 6 между ними.

На фиг. 2.3 представлен разрез структуры после утонения одной из пластин кремния 7.

На фиг. 2.4 представлен разрез структуры после формирования в ней углублений вокруг областей кремния 12 и в слое силицида металла 13 до диэлектрического слоя 1, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытия стенок углублений диэлектриком 9 и заполнения углублений 10.

На фиг. 2.5 представлен разрез структуры после формирования полевых 11 и биполярных 14 транзисторов в изолированных областях кремния над слоем силицида металла 13.

Биполярные транзисторы в предлагаемом нами способе создают путем формирования областей базы, создания локальных высоколегированных областей между областью базы и слоем силицида металла и между предполагаемым контактом к области коллектора и слоем силицида металла, формирования контактов к областям эмиттера, базы и коллектора.

На фиг. 2.6 представлен разрез структуры после формирования областей базы 15, создания локальных высоколегированных областей 16 между областью базы 15 и слоем силицида металла 13 и между предполагаемым контактом к области коллектора 17 и слоем силицида металла 13, формирования контакта 18 к области эмиттера 19, контакта к области базы 20 и контакта к области коллектора 21.

Проведение процесса создания локальных высоколегированных областей обеспечивает, наряду с известным эффектом повышения быстродействия транзистора за счет утонения базовой области [5], одновременно подлегирование обедненной области, непосредственно примыкающей к слою силицида металла (за счет возможного эффекта "отсоса" примеси силицидом металла).

Частым явлением, обусловленным наличием загрязнений (прежде всего остатков естественного окисла кремния) на поверхности второй пластины, является неоднородное взаимодействие силицидообразующего металла с кремнием и, как следствие этого, возникновение непланарного фронта силицид/кремний.

Поэтому является целесообразным нанесение дополнительного слоя на вторую пластину кремния, обеспечивающего получения планарной границы между слоем силицида металла и пластиной кремния.

Для улучшения границы кремний/силицид металла в способе создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающем формирование диэлектрического слоя и осаждение слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, со сформированными на поверхности несколькими слоями, верхний из которых является металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают первый и второй слои, каждый из которых выбирается из группы металлов или металлических соединений (металлидов), утоняют вторую пластину, формируют углубления в ней и в нижележащих слоях до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы.

На фиг. 3.1 представлен разрез структуры после формирования диэлектрического слоя 1, осаждения слоя поликристаллического кремния 2 и металлического слоя 3 на первой пластине кремния, и формирования на второй пластине 5 слоев, состоящих из металлического слоя 22 и слоя металлида 23.

На фиг. 3.2 представлен разрез структуры после соединения первой пластины 4 со второй пластиной кремния 5, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивания соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла 6 между ними.

На фиг. 3.3 представлен разрез структуры после утонения второй пластины кремния 7.

На фиг. 3.4 представлен разрез структуры после формирования во второй пластине углублений вокруг областей кремния 24 и в нижележащих слоях металлида 25 и силицида металла 13 до диэлектрического слоя 1, покрытия стенок углублений диэлектриком 9, заполнения углублений 10.

На фиг. 3.5 представлен разрез структуры после формирования полевых 11 и биполярных транзисторов 14 в изолированных областях кремния над слоями металлида 25 и силицида металла 13.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают первый и второй слои, каждый из которых выбирается из группы металлов или металлических соединений (металлидов), утоняют вторую пластину, формируют углубления в ней и в нижележащих слоях до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы.

Целесообразно, чтобы в качестве первого слоя на второй пластине осаждался барьерный слой металлида. Большинство силицидообразующих систем металл-кремний имеют целый набор силицидных фаз. В рассматриваемом нами случае формирования силицида металла источники кремния (слой поликристаллического кремния с одной стороны и вторая кремниевая пластина с другой) оказываются практически бесконечными по отношению к тонкой пленке металла, т.е. всегда имеется избыток кремния. Отсюда следует, что стабильность какой-либо силицидной фазы в системе металл-кремний является условным и характеризуется некоторым ограниченным температурно-концентрационным диапазоном, выход за рамки которого приводит к деградации данной силицидной фазы и, в конечном итоге, потреблению кремния из слоя кремния, предназначенного для размещения элементов СБИС, когда израсходован весь поликристаллический кремний. Поэтому введение между слоем кремния и слоем силицидообразующего металла барьерного слоя преследует цель - повышение стабильности структуры, что достигается а) за счет предотвращения потребления кремния из утоненной пластины, б) за счет повышения стабильности силицидной фазы, поскольку барьерный слой ограничивает количество кремния, расходуемого на формирование силицида, только слоем поликристаллического кремния.

Помимо этого появляется возможность получения определенного силицида из набора этих фаз, задавая соответствующие толщины слоев поликристаллического кремния и силицидообразующего металла. Достоинство этого заключается в возможности управлять механическими напряжениями, возникающими в системе в результате образования силицида.

Известно, что эффективными диффузионными барьерами являются тугоплавкие металлы, их соединения и сплавы [6].

С термодинамических позиций критерием выбора материала диффузионного барьера, если это химическое соединение металла, является более отрицательная теплота образования этого соединения по сравнению с теплотой образования силицида.

Выбор сплавов металлов в качестве материалов диффузионного барьера обусловлен возможностью управлять механическими свойствами системы, подбирая концентрации ингредиентов сплава.

Можно использовать в качестве материалов диффузионных барьеров нитриды, бориды, карбиды тугоплавких металлов, поскольку они имеют более отрицательную энтальпию образования по сравнению с силицидами. Например, известно, что нитрид титана является эффективным диффузионным барьером для диффузии атомов металлов и кремния [7].

В качестве материала второго слоя может быть выбран любой силицидообразующий металл. Однако наиболее благоприятными являются те из них, у которых имеются силицидные фазы с параметрами кристаллической решетки, близкими к кремниевой, поскольку в этом случае в системе возникают минимальные механические напряжения. Например, в этом качестве могут быть использованы никель и кобальт, поскольку, известно, что силициды NiSi₂ и CoSi₂ имеют параметры решеток, очень близкие к кремнию [8].

Кроме того, для улучшения процесса сращивания пластин целесообразно использование окислителя, заявленного в прототипе [4].

Для этого в способе создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающем формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния, нанесение капли водного раствора окислителя на поверхность слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния со сформированными на поверхности несколькими слоями, верхний из которых является металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают последовательно слой, выбираемый из группы металлов или металлидов, затем слой поликристаллического кремния и металлический слой, а после утонения пластины формируют в ней и в нижележащих слоях углубления до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают последовательно слой, выбираемый из группы металлов или металлидов, затем слой поликристаллического кремния и металлический слой, а после утонения пластины формируют в ней и в нижележащих слоях углубления до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы На фиг. 4.1 представлен разрез структуры после формирования диэлектрического слоя 1, осаждения слоя поликристаллического кремния 2, нанесения капли водного раствора окислителя 26 на поверхность слоя поликристаллического кремния 2 на первой пластине кремния 4, формирования на поверхности второй пластины последовательно слоя 27, выбираемого из группы металлов или металлидов, затем слоя поликристаллического кремния 28 и металлического слоя 29.

На фиг. 4.2 представлен разрез структуры после соединения первой пластины 4 со второй пластиной кремния 5, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивания соединенных пластин путем нагревания до образования между ними слоя силицида металла 6 и дополнительного диэлектрического слоя 30.

На фиг. 4.3 представлен разрез структуры после утонения второй пластины кремния 7.

На фиг. 4.4 представлен разрез структуры после формирования во второй пластине углублений вокруг областей кремния 31 и в слоях металлида 32, силицида металла 13 и дополнительного диэлектрического слоя 33 до диэлектрического слоя 1, покрытия стенок углублений диэлектриком 9, заполнения углублений 10.

В соответствии с материалами способа соединения пластин, заявленного в прототипе [4], капля окислителя, например водного раствора азотной кислоты и перекиси водорода, нанесенная на поверхность слоя поликристаллического кремния, при соединении пластин заполняет неизбежные зазоры и пустоты, вызванные неплоскостностью и шероховатостью поверхностей соединяемых пластин, а при сращивании взаимодействует с материалом соприкасаемых поверхностей с образованием уже твердой фазы, способствующей сращиванию и исключению пустот.

Наличие пустот на границе соединения, сравнимых с размером коллекторной области транзистора 2 х 5 мкм² приводит "к отрыву" коллекторной области от скрытого низкоомного коллектора, т.е. к деградации параметров транзистора, а при размерах, сравнимых с чипом СБИС, - к "отрыву" чипа от структуры.

В последнее время в печати появились публикации о новых способах утонения пластин.

Так, имеется публикация о новой технологии создания структуры кремний на изоляторе, с утонением одной из кремниевых пластин структуры до тонкого слоя по методу Smart - cut [9]. Метод основан на имплантации ионов водорода в одну из соединяемых пластин с последующей термообработкой, в процессе которой происходит сращивание пластин и одновременно отделение нелегированной части пластины по границе расположения максимальной концентрации водорода в кремнии, создающей напряжения, "раскалывающие" кристалл при нагревании до 400 - 600^oC.

Нами в предлагаемом способе создания структуры кремний на изоляторе рассмотрено использование метода Smart - cut. Применение метода Smart - cut стало возможным в структурах со скрытым низкоомным слоем только благодаря использованию тонких субмикронных силицидных слоев Так, в способе создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающем формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния и металлического слоя на первой пластине кремния, перед соединением пластин во вторую пластину со сращиваемой стороны проводят имплантацию водорода на глубину, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения, осуществляют соединение пластин, так что сформированные на поверхностях слои оказываются между ними, проводят сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение второй пластины в процессе нагревания в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси, проводят формирование углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, осуществляют покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений и формирование полевых и биполярных транзисторов.

На фиг. 5.1 - 5.5 иллюстрируется возможное выполнение заявляемого способа создания структуры на основе использования метода Smart - cut.

На фиг. 5.1 представлен разрез структуры после формирования диэлектрического слоя 1, осаждения слоя поликристаллического кремния 2 и металлического слоя 3 на первой пластине кремния 4 до соединения ее со второй пластиной кремния 5.

На фиг. 5.2 представлен разрез структуры до соединения пластин, при этом во вторую пластину 5 со сращиваемой стороны проводят имплантацию водорода 34 на глубину 35, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения 36.

На фиг. 5.3 представлен разрез структуры после соединения первой пластины кремния со второй пластиной кремния, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивания соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла 6 между ними.

На фиг. 5.4 представлен разрез структуры после оставления утоненной части пластины 7 (в процессе сращивания) в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси 35, указанной на фиг. 5.3.

Разрезы структуры после формирования изолированных областей кремния и формирования полевых и биполярных транзисторов в изолированных областях кремния над слоями силицида металла аналогичны показанным на фиг 2.4 и 2.5. Использование метода [9] возможно также и в других предлагаемых нами способах.

Так в способе создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающем формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, со сформированными на поверхности несколькими слоями, верхний из которых является металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают в процессе, сопровождающемся нагревом пластины, первый и второй слои, каждый из которых выбирается из группы металлов или металлидов, проводят имплантацию водорода через осажденные слои в пластину на глубину, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения, а в процессе сращивания осуществляют утонение пластины в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси, формируют углубления в утоненной пластине и в нижележащих слоях до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы.

А также в способе создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающем формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния, нанесения капли водного раствора окислителя на поверхность слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, со сформированными на поверхности несколькими слоями, верхний из которых является металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают в процессе, сопровождающемся нагревом пластины, слои, верхний из которых является металлическим слоем, проводят имплантацию водорода через осажденные слои в пластину на глубину, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения, а в процессе сращивания осуществляют утонение пластины в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси, формируют углубления в утоненной пластине и в нижележащих слоях до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы Пример 1. Пластины кремния (КЭФ - 4.5, (100), толщиной 500 мкм) подвергались стандартной обработке в буферном растворе HF:NH₄F:H₂O для удаления естественного окисла с поверхности кремния. На первой пластине термическим окислением формировался диэлектрический слой окисла кремния толщиной 1 мкм, осаждался слоя поликристаллического кремния толщиной 500 А при температуре 625^oC из парогазовой фазы из дихлорсилана при пониженном давлении. Затем наносили методом физического осаждения из газовой фазы слой кобальта толщиной 150 нм. Магнетронное распыление мишени Co осуществлялось в режимах: давление остаточных газов в рабочей камере установки - 6,5 ·10^-4 Па давление рабочего газа (Ar или Ar+N₂₊) - 6,5·10^-1 Па напряжение мишени - 500 В ток мишени - 1 - 2 А скорость нанесения пленок - 0,2 - 0,25 нм/с
После этого первая и вторая пластины соединялись таким образом, что осажденные слои оказывались между пластинами, осуществлялось сжатие пластин, и проводился нагрев пластин в вакууме при P<1,3· 10^-3 Па в диапазоне 750 - 900^oC с использованием печи резистивного нагрева, время отжига составляло порядка одного часа. При этом происходило сращивание соединенных пластин за счет образования слоя силицида металла между ними. Выполнялось утонение структуры со стороны второй пластины кремния стандартными методами шлифовки и химико-механической полировки до остаточной толщины пластины 2 мкм. На поверхности пластины наносился плазмохимическим осаждением слой окисла кремния толщиной 0,5 мкм при температуре 250^oC. С использованием методов литографии и РИТ во фторсодержащей плазме формировали углубления в утоненной части пластины до слоя силицида кобальта, а затем травлением ионами Ar силицида кобальта - до диэлектрического слоя. Стенки углублений окислялись (500 А), покрывались слоем нитрида кремния (0,15 мкм) и заполнялись поликристаллическим кремнием, с удалением избыточного поликристаллического кремния с поверхности методом химико - механической полировки (ХМП), а в изолированных областях кремния формировали полевые и биполярные транзисторы. Для этого в диэлектрическом слое на поверхности утоненной пластины с использованием методов литографии и РИТ вскрывались окна для создания полевых транзисторов и биполярных транзисторов, осуществлялась имплантация примеси бора при E = 20 кэВ дозой 3 мкКл/см² в места последующего расположения базовой области биполярного транзистора, на поверхности выполнялось формирование подзатворного диэлектрика окислением кремния при температуре 850^oC толщиной 150 А, осаждался первый слой поликристаллического кремния толщиной 0,05 мкм, методами литографии и РИТ травления удалялся поликристаллический кремний и подзатворный диэлектрик в местах расположения эмиттера биполярного транзистора, через окна в поликристаллическом кремнии проводилось высокоэнергетическое ионное легирование локальных областей в кремнии фосфором с E= 130 кэВ с дозой 0.5 мкКл/см² для последующего расположения введенной примеси между областями базовых областей и слоем силицида кобальта и между контактом к коллекторной области и слоем силицида кобальта, наносился второй слой поликристаллического кремния, легированный мышьяком, толщиной 0.2 мкм, осаждался диэлектрический слой толщиной 0.5 мкм, методами литографии и РИТ травления в диэлектрическом слое и в слое поликристаллического кремния формировались затворы полевых транзисторов и электроды эмиттеров и электроды контактов к коллекторной области биполярных транзисторов, методам ионного легирования бора с E=10 кэВ 500 мкКл/см² создавались области стоков и истоков Р - канального полевого транзистора и области пассивной базы N-P-N биполярного транзистора и производился отжиг структуры при температуре 900^oC в течении 30 мин для окончательного формирования областей стока и истока полевого транзистора, а также базовых и эмиттерных областей биполярного транзистора.

Пример 2. Пластины кремния (КЭФ - 4.5, (100), толщиной 500 мкм) подвергались стандартной обработке в буферном растворе HF:NH₄F:H₂O для удаления естественного оксида с поверхности кремния. На первой пластине термическим окислением формировался диэлектрический слой окисла кремния толщиной 1 мкм, осаждался слой поликристаллического кремния толщиной 180 нм при температуре 625^oC из парогазовой фазы из дихлорсилана при пониженном давлении, а на второй пластине осаждался слой TiN толщиной 100 нм методом реактивного физического осаждения из газовой фазы из мишени титана в смеси Ar+N₂ и слой кобальта (Co) толщиной 150 нм в Ar.

Режимы процесса нанесения слоев Ti N и Co:
давление остаточных газов в рабочей камере установки - 6,5·10^-4 Па
давление рабочего газа (Ar или Ar+N₂₊) - 6,5·10^-1 Па
напряжение мишени - 500 В
ток мишени - 1-2 А
скорость нанесения пленок - 0,2 - 0,25 нм/с
После этого первая и вторая пластины соединялись и осуществлялись операции примера 1, с уточнением операции создания углублений. Так во фторсодержащей плазме формировали углубления в утоненной части пластины до слоя нитрида титана, а затем травлением ионами Ar - в нитриде титана и силициде кобальта до диэлектрического слоя.

Пример 3. Пластины кремния (КЭФ - 4.5, (100), толщиной 500 мкм) подвергались стандартной обработке в буферном растворе HF:NH₄F:H₂O для удаления естественного оксида с поверхности кремния. На первой пластине термическим окислением формировался диэлектрический слой окисла кремния толщиной 1 мкм, осаждался слоя поликристаллического кремния толщиной 90 нм при температуре 625^oC из парогазовой фаза из дихлорсилана при пониженном давлении, наносилась капля раствора окислителя, состоящего из HNO₃ H₂O₂ (20 объемных % 67% раствора кислоты и 80% 30% перекиси), а на второй пластине осаждались последовательно слои Ti N толщиной 100 нм, поликристаллического кремния толщиной 90 нм и Co толщиной 50 нм.

После этого первая и вторая пластины соединялись и осуществлялись операции примера 1, с уточнением операции проведения сращивания, проводящейся в атмосфере кислорода при температуре 900^oC в течение 10 часов. Кроме того, при выполнении углублений проводилось травление в начале слоя кремния, затем нитрида кремния и силицида кобальта, как в примере 2, до диэлектрического слоя. Так во фторсодержащей плазме формировали углубления в утоненной части пластины до слоя нитрида титана, а затем травлением ионами Ar, нитрида титана и силицида кобальта - до диэлектрического слоя.

Литература
1. Патент Японии N 61-240629.

2. Патент Японии N 5-251292.

3. Патент Японии N 6069086 B4.

4. Патент США N 5387555.

5. SHINSUKE Konaka, Eiichi Yamamoto "A 20-ps Si Bipolar IC Using Advanced Super Self-Aligned Process Technology with Collecton Ion Implantation" IEEE TEANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, vol.36 N 7, 1989
6. Достанко А.П., Баронов В.В., Шаталов В.В. "Пленочные токопроводящие системы СБИС". Минск: "Вышэйшая школа", 1989 г, 238 стр.

7. Сейдман Л. А. Реактивное травление в вакууме слоев нитрида титана и применение их в системах контактной металлизации полупроводниковых приборов. Обзоры по ЭТ. Серия 2 Полупроводниковые приборы Вып.6 (1366), 1988 г, стр. 58.

8. Свойства получение и применение тугоплавких соединений. Справочник. Под ред. Т.Я. Косолаповой. М.; Металлургия, 1986 г, 928 стр.

9. Bruel М. , Aspar В., Auberten - Herve A. J. "Smurt - Cut: A new Silicon on insulator material technology based on hydrogen implantation and wafer bounding" Jap. J. Appl. Phys. Part 1, 1997, vol. 36 N38 pp. 1636 - 1641.

Формула изобретения

1. Способ создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающий формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния и металлического слоя на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, отличающийся тем, что осуществляют утонение второй пластины кремния, непосредственно граничащей со слоем силицида металла, формируют углубления в этой пластине кремния и в слое силицида металла до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния над слоем силицида металла наряду с полевыми транзисторами создают биполярные транзисторы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые биполярные транзисторы создают путем формирования областей базы, создания локальных высоколегированных областей между областью базы и слоем силицида металла и между предполагаемым контактом к области коллектора и слоем силицида металла, формирования контактов к областям эмиттера, базы и коллектора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед соединением пластин во вторую пластину со сращиваемой стороны проводят имплантацию водорода на глубину, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения, а в процессе сращивания осуществляют утонение пластины в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси.

4. Способ создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающий формирование диэлектрического слоя и осаждение слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния, со сформированными на поверхности несколькими слоями, верхний из которых является металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, отличающийся тем, что перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают первый и второй слои, каждый из которых выбирается из группы металлов или металлидов, утоняют вторую пластину, углубления формируют в ней и в нижележащих слоях до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве первого слоя на второй пластине осаждают слой со свойствами барьера для силицидов и кремния.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве барьера осаждают нитриды, бориды или карбиды металлов.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают в процессе, сопровождающемся нагревом пластины, первый и второй слои, каждый из которых выбирается из группы металлов или металлидов, проводят имплантацию водорода через осажденные слои в пластину на глубину, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения, а в процессе сращивания осуществляют утонение пластины в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси.

8. Способ создания структуры - кремний на изоляторе для СБИС, включающий формирование диэлектрического слоя, осаждение слоя поликристаллического кремния, нанесение капли водного раствора окислителя на поверхность слоя поликристаллического кремния на первой пластине кремния, соединение ее со второй пластиной кремния со сформированными на поверхности несколькими слоями, верхний из которых является металлическим слоем, так что осажденные слои оказываются между пластинами, сращивание соединенных пластин путем нагревания до образования слоя силицида металла между ними, утонение одной из пластин кремния, формирование в ней углублений вокруг областей кремния, предназначенных для размещения элементов СБИС, покрытие стенок углублений диэлектриком, заполнение углублений, формирование полевых транзисторов в изолированных областях кремния, отличающийся тем, что перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают последовательно слой, выбираемый из группы металлов или металлидов, затем слой поликристаллического кремния и металлический слой, а после утонения пластины формируют в ней и в нижележащих слоях углубления до диэлектрического слоя, а в изолированных областях кремния формируют полевые и биполярные транзисторы.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве первого слоя на второй пластине осаждают слой со свойствами барьера для силицидов металлов и кремния.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве барьера осаждают нитриды, бориды или карбиды металлов.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что перед соединением пластин на вторую пластину кремния осаждают в процессе, сопровождающемся нагревом пластины, слои, верхний из которых является металлическим слоем, проводят имплантацию водорода через осажденные слои в пластину на глубину, соответствующую требуемой толщине пластины после утонения, а в процессе сращивания осуществляют утонение пластины в результате отделения нелегированной части пластины по границе расположения примеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5