Способ формирования изоляции элементов имс

Авторы патента:

H01L21/762 - диэлектрических областей

Использование: в микроэлектронике. Сущность изобретения: способ включает следующие операции: формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости областей первого и второго типов проводимости, эпитаксиального слоя, диэлектрических слоев, травление щелей в эпитаксиальном, скрытом слоях и в подложке на глубину, равную ширине обедненного заряда донной части р-n перехода скрытый слой - подложка, обеспечивающее вертикальность вытравленных щелей, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках щелей, легирование дна щели примесью одного типа проводимости с подложкой, заполнение щели слоем при пониженном давлении, толщина которого определяется заданным микрорельефом структуры по формуле h_c=1/2(L²/4d+d), где h_c - толщина осаждаемого слоя; L - ширина щели; d - микрорельеф структуры; осуществляют планаризацию осажденного слоя химико-механической полировкой и плазмохимическим травлением до планарности со щелью и в изолированных областях известными методами формируют активные и пассивные элементы ИМС. Техническим результатом изобретения является уменьшение технологического цикла изготовления ИМС и повышение процента выхода годных из-за уменьшения обрывов металлизации на микрорельефе за счет осаждения оптимальной толщины слоя при пониженном давлении для формирования заданного микрорельефа по пластине. 2 ил.

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления интегральных микросхем (ИМС). В настоящее время в производстве ИМС широкое распространение получила щелевая изоляция ИМС. Зарубежная электронная техника, N10, 1987, с.3-55 /1/.

Известны способы изоляции ИМС, включающие травление щелей в эпитаксиальном, скрытом слоях и частично в подложке, формирование на вертикальных стенках щелей диэлектрических слоев, легирование дна щелей примесью одного типа проводимости с подложкой, заполнение щелей диэлектрическим или полупроводниковым материалом путем осаждения последних при пониженном давлении. Пат. США № 4104086, кл.148-15, опуб. 1978 121, пат. США № 4235207, кл.148-174, опуб. 1981 /3/, а.с. № 1060066, H 01 L 21/76, опуб. бюл. № 9, 1996 /4/, а.с. № 1111634, H 01 L 21/82, опуб. бюл. № 10, 1996 /5/, a.c. № l340500, H 01 L 21/76, опуб. бюл. N 11, 1996 /6/.

Недостатком вышеуказанных щелевых способов формирования изоляции элементов является: а) наличие вертикального клюва в щели, т.е. при заполнении щелей появляется микрорельеф относительно подложки, достигающий толщины осажденного слоя. Далее для удаления выросшего слоя на подложке применяется, например, ПХТ, химико-механическая или химико-динамическая полировка. При удалении слоя с подложки ПХТ или химико-динамической полировкой микрорельеф переносится на щели, что приводит к обрывам металлизированной разводки. При химико-механической полировке микрорельеф не переносится на щели, однако удлиняется процесс производства ИМС, а также неопределенность глубины травления щели в подложку приводит к ухудшению пробивных напряжений р-n переходов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ по а.с. №1060066, H 01 L 21/76, опуб. бюл. №9, 1996 г., включающий формирование в кремниевой подложке скрытых слоев первого и второго типов проводимости, эпитаксиального слоя, диэлектрических слоев, травление щелей в эпитаксиальном, скрытом слоях и в подложке, на глубину равную ширине обедненного заряда донной части р-n перехода скрытый слой - подложка, обеспечивающее вертикальность вытравленных щелей, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках щелей, подлегирование дна щели примесью одного типа проводимости с подложкой, заполнение щели диэлектрическим или полупроводниковым материалом путем осаждения последних при пониженном давлении до планарности по всей поверхности подложки с последующей планаризацией осажденного слоя до планарности с изолированными областями, формирование в изолированных областях известными методами активных и пассивных элементов ИМС.

К недостаткам прототипа относится:

а) осаждение слоев при пониженном давлении до планарности по всей поверхности подложки требует большой толщины слоя. Например, при ширине щели L=1 мкм и непланарности рельефа d=200 толщина осажденного слоя составляет 6 мкм, при d=200 толщина осажденного слоя составляет 6 мкм. Так при осаждении поликремния для заполнения щели (при скорости роста 0,6 мкм/час, наибольшая скорость осаждения из всех слоев) в первом случае необходимо затратить время 11-12 час, а во втором - 110-120 час;

б) при химико-механической полировке поликремния (скорость полировки 0,1 мкм/час) время полировки по сравнению с временем осаждения слоя увеличивается в 6 раз, что становится экономически невыгодно при производстве ИМС.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение технологического цикла изготовления ИМС и повышение процента выхода годных из-за уменьшения обрывов металлизации на микрорельефа за счет осаждения оптимальной толщины слоя при пониженном давлении для формирования заданного микрорельефа по пластине.

Поставленная задача решается в способе формирования изоляции элементов включающем формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости областей первого и второго типов проводимости, эпитаксиального слоя, диэлектрических слоев, травление щелей в эпитаксиальном, скрытом слоях и в подложке, на глубину равную ширине обедненного заряда донной части р-n перехода скрытый слой-подложка, обеспечивающее вертикальность вытравленных щелей, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках щелей, подлегирование дна щелей примесью одного типа проводимости с подложкой, причем для заполнения щели осаждают слой при пониженном давлении, толщина которого определяется заданным микрорельефом структуры по формуле h_c=1/2(L²/4d+d), где h_с- толщина осаждаемого слоя; L - ширина щели; d - микрорельеф структуры; а затем осуществляют планаризацию осажденного слоя химико-механической полировкой и ПХТ до планарности с изолированными областями и в полученных изолированных областях известными методами формируют активные и пассивные элементы ИМС.

Таким образом, отличительным признаком изобретения является осаждение оптимальной толщины слоя от задаваемого микрорельефа структуры, что позволяет сократить цикл изготовления ИМС и увеличить выход годных ИМС за счет предотвращения обрывов металлизированной разводки. Следует отметить, что толщина осаждаемого слоя зависит и от ширины щели. Например, для получения микрорельефа 600 для щели L=1 мкм h_с=2,1 мкм, а для L=2 мкм h_с=8,2 мкм. Возникновение микрорельефа структуры при заполнении щели происходит из-за конформности осаждаемых слоев при пониженном давлении. Встречный рост слоев на вертикальных стенках при их схлопывании дает образование вертикального клюва. Микрорельеф структуры имеет максимальное значение при схлопывании осажденного слоя и равняется толщине слоя. По мере увеличения толщины слоя микрорельеф структуры уменьшается. Предложенная зависимость микрорельефа структуры от толщины слоя заранее определяет оптимальные условия изготовления ИМС.

Изобретение поясняется фиг.1-2. На фиг.1: 1 - диэлектрический слой; 2, 3, 4, 5, 6, 7 - последовательно осажденные слои; AB=L/2, при h_c=AB=L/2 микрорельеф над щелью равняется: d=L/2. AC=h_c2+h_с3+h_c4+h_c5- толщина осажденного слоя, при котором микрорельеф над щелью равняется d₁. AD=h_c2+h_с3+h_c4+h_c5+h_с6- толщина осажденного слоя, при котором микрорельеф над щелью равняется d₂. Из фиг.1, на которой представлена эволюция микрорельефа структуры щели при осаждении слоев при пониженном давлении, выведена предложенная формула. Из треугольника ABF: AF=AF₁=h_c; над центром щели; AF₁-BF=d, h_c-BF=d, с другой стороны , откуда ; , h_c=l/2(L²/4d+d). Ha фиг.2 представлена номограмма, по которой определяется толщины слоев для заполнения щелей линейных размеров L=1 мкм, L=2 мкм, L=3 мкм при заданном микрорельефе над щелью, рассчитанной по предложенной формуле:

h_c=1/2(L²/4d+d)

Пример.

В монокристаллической кремниевой подложке р-типа проводимости формировали сплошной скрытый слой n⁺ типа проводимости с R_s=(25-35 ) Oм/кв. и глубиной (2-3) мкм. Наращивали эпитаксиальный слой кремния n типа R_v=(0,8-1,5) Ом см, толщиной (2-3) мкм. На эпитаксиальном слое формировали диоксид кремния (0,5-0,6) мкм и методом фотохемографии в последнем вскрывали окна линейных размеров 1 мкм и с помощью ПХТ в парогазовой смеси SF₆+СF₃ при давлении (5-7) мм рт.ст. формировали щель в эпитаксиальном, скрытом слоях и частично в подложке на глубину (1-1,5) мкм. На щели формировали диоксид кремния из ТХЭ+О₂ 0,05 мкм и нитрид кремния 0,12 мкм из ДХС+NН₃ при давлении (15-20) Па. РИТ удаляли со дна щелей диэлектрик и формировали противоканальные области р типа имплантацией ионов бора с Е=50 кэВ и Д=10 мкКул/см². Щель заполняли поликристаллическим кремнием при Т=620 С пиролизом моносилана при давлении 40 Па. Задавались микрорельефом над щелью 400 , а толщину слоя определяли по формуле h_c=1/2(L²/4d+d)=3,145 мкм. При скорости роста поликремния 0.6 мкм/час время осаждения составило 5,3 часа. Далее химико-механической полировкой удаляли слой поликремния толщиной 600 в течение 40 мин, потом ПХТ травили оставшийся слой в парогазовой смеси SF₆+О₂ при давлении (2-3) Па в течение 12,5 мин. Вне щелей удаляли диоксид кремния, формировали на всей подложке диоксид кремния и в изолированных областях известными методами формировали коллекторную, базовую и эмиттерную области с последующей их металлизацией.

Формула изобретения

1. Способ формирования изоляции элементов ИМС, включающий формирование в кремниевой подложке первого типа проводимости областей первого и второго типов проводимости, эпитаксиального слоя, диэлектрических слоев, травление щелей в эпитаксиальном, скрытом слоях и в подложке на глубину, равную ширине обедненного заряда донной части р-n перехода скрытый слой - подложка, обеспечивающее вертикальность вытравленных щелей, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках щелей, легирование дна щели примесью одного типа проводимости с подложкой, заполнение щелей, планаризацию, отличающийся тем, что для заполнения щели осаждают слой при пониженном давлении, толщина которого определяется заданным микрорельефом структуры по формуле

h_c=1/2(L²/4d+d),

где h_c - толщина осаждаемого слоя;

L - ширина щели;

d - микрорельеф структуры,

а планаризацию осуществляют в два этапа путем химико-механической полировки осажденного слоя на толщину заданного микрорельефа, а затем ПХ травлением удаляют оставшийся осажденный слой до планарности с щелью и в изолированных областях известными методами формируют активные и пассивные элементы ИМС.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2

Способ изоляции канавками для полупроводникового устройства // 2187174

Изобретение относится к полупроводниковой технике

Способ изготовления кремниевых структур со скрытым диэлектрическим слоем // 2151446

Способ самосовмещенного формирования изоляции элементов интегральных микросхем и поликремниевых контактов к подложке и скрытому слою // 2356127

Способ формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя // 2449416

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к способам формирования приборных систем микро- и наноэлектроники

Изготовление самостоятельных твердотельных слоев термической обработкой подложек с полимером // 2472247

Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе // 2497231

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления приборных структур. В способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе в аморфный изолирующий слой SiO2 подложки кремния осуществляют имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в слое SiO2 и/или на границе раздела между слоем SiO2 и поверхностным слоем кремния - F+. Формируют область локализации имплантированной примеси при условиях, обеспечивающих концентрацию внедряемой примеси не менее 0,05 ат.% и не более 1 ат.%, достаточную для устранения негативных проявлений нерегулярных и оборванных связей, при дозах не менее 3×1014 см-2 и менее 5×1015 см-2. Соединяют со слоем SiO2 подложки кремниевую подложку-донор и проводят сращивание с формированием поверхностного слоя кремния требуемой толщины на SiO2, изготавливая структуру кремний-на-изоляторе. В финале осуществляют отжиг при условиях, обеспечивающих диффузию внедренной примеси с удалением нерегулярных связей и насыщением оборванных связей в SiO2 и/или на границе раздела между слоем SiO2 и поверхностным слоем SiO, при температурах 700-1100°C, длительности более 0,5 часа, в инертной атмосфере. Изобретение обеспечивает повышение качества структуры, расширение сферы применения способа - для создания устройств с повышенной стойкостью к воздействию ионизирующего излучения. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления структуры полупроводник-на-изоляторе // 2498450

Изобретение относится к полупроводниковой технологии. В аморфный изолирующий слой SiO2 подложки Si осуществляют имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать нанокристаллы в объеме слоя SiO2-Si+ или Ge+. Получают область локализации имплантированной примеси. Режимы имплантации обеспечивают концентрацию внедряемой примеси, достаточную для формирования нанокристаллов не менее 10 ат.% и не более 20 ат.%, при которой расстояние между внедренными примесными атомами меньше их диффузионной длины при отжиге, и расположение области локализации имплантированной примеси на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника не менее длины диффузии внедренной примеси при отжиге. Соединяют со слоем SiO2 подложки полупроводниковую подложку-донор из Si и проводят сращивание с формированием поверхностного слоя Si требуемой толщины на SiO2, изготавливая структуру полупроводник-на-изоляторе. В финале осуществляют отжиг, обеспечивающий диффузию внедренной примеси, коалесценцию и формирование нанокристаллов в аморфном изолирующем слое. За счет формирования нанокристаллов, являющихся ловушками отрицательных зарядов, компенсируется негативное влияние встроенного положительного заряда в диэлектрике, обеспечивая повышение качества структуры, устранение последствий ионизирующего излучения, расширение сферы применения способа - для создания устройств с повышенной стойкостью к воздействию ионизирующего излучения. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления диэлектрического слоя мдп структур, обладающих эффектом переключения проводимости // 2529442

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники. Способ изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения, заключается в нанесении нанокомпозитной пленки оксинитрида кремния с включенными кластерами кремния. Нанесение осуществляют методом плазменного распыления кремниевой мишени при скорости осаждения 5-7 нм/мин в среде аргона с добавками 3-5% об. кислорода и 6-8% об. азота. Техническим результатом изобретения является получение диэлектрических слоев, обладающих эффектом переключения проводимости, полностью совместимых с материалами, а также с большинством технологических воздействий, применяемых в традиционной кремниевой технологии интегральных микросхем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления структуры кремний-на-сапфире // 2538352

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления приборных структур. В подложку из кремния проводят имплантацию ионов с формированием слоя, предназначенного для переноса. Осуществляют активирующую обработку поверхности, по которой проводят сращивание. Подложки кремния и сапфира соединяют в пары поверхностями, предназначенными для сращивания. Предварительно придают им температуру, соответствующую состояниям их материалов, обусловленных термическим расширением, гарантирующим при соединении в пары и последующих термических воздействиях отсутствие вызывающих разрушение внутренних механических напряжений. Выполняют сращивание поверхностей подложки из кремния и подложки сапфира друг с другом и расслоение, осуществляя перенос слоя кремния на подложку сапфира и получая структуру. За счет предварительного, перед соединением в пары, нагрева до температур 200-400°C подложек достигают повышения устойчивости к механическому разрушению структуры кремний-на-сапфире при нагреве/остывании, снижения концентрации дефектов в кремнии. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Конструкция диэлектрического слоя для мдп cтруктур, обладающих эффектом переключения проводимости // 2563553

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к конструкции диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости. Особенность предлагаемой конструкции состоит в том, что внутри основной диэлектрической пленки - широкозонного полупроводника из оксида и/или нитрида кремния или их сплавов с углеродом или германием, со встроенными наноразмерными кластерами кремния - сформированы 1-5 слоев материала на базе кремния толщиной 1-5 нм, отличающихся от материала основного слоя химическим составом и меньшей шириной запрещенной зоны. Техническим результатом изобретения является получение диэлектрических слоев на базе кремния для МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости, позволяющее получать МДП структуры малой площади при повышении выхода годных структур. 2 ил.

Способ изготовления структуры // 2607336

Использование: для создания высокочастотных структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления структуры, содержащей в определенном порядке опорную подложку, диэлектрический слой, активный слой, выполненный в полупроводниковом материале, так называемый разделительный слой из поликристаллического кремния, помещенный между опорной подложкой и диэлектрическим слоем, причем способ включает следующие этапы: этап обеспечения донорной подложки, выполненной в указанном полупроводниковом материале; этап формирования области охрупчивания в донорной подложке таким образом, чтобы разграничить первую часть и вторую часть донорной подложки на каждой стороне области охрупчивания, при этом первая часть предназначена для формирования активного слоя; этап обеспечения опорной подложки, имеющей удельное сопротивление больше, чем заранее определенное значение; этап формирования разделительного слоя на опорной подложке; этап формирования диэлектрического слоя на первой части донорной подложки и/или на разделительном слое; этап сборки донорной подложки и опорной подложки через промежуточное звено из указанных диэлектрического слоя и разделительного слоя; этап растрескивания донорной подложки по области охрупчивания таким образом, чтобы получить указанную структуру; этап подвергания структуры упрочняющему отжигу по меньшей мере в течение 10 минут после этапа растрескивания; причем указанный способ выполняют таким образом, что поликристаллический кремний разделительного слоя имеет полностью случайную ориентацию зерен по меньшей мере по части толщины разделительного слоя, обращенного к опорной подложке, и так, что упрочняющий отжиг выполняют при температуре строго выше чем 950°С и ниже чем 1200°С. Технический результат: обеспечение возможности создания высокочастотных структур без промежуточных обработок. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Структура полупроводник-на-изоляторе и способ ее изготовления // 2633437

Изобретение относится к твердотельной электронике. Структура полупроводник-на-изоляторе содержит изолятор, расположенный на нем поверхностный слой полупроводника и сформированный в изоляторе имплантацией ионов легкого газа и последующего высокотемпературного отжига дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением. Дефектный слой содержит термостабильные микропоры и расположен на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника меньшем длины диффузии носителей заряда, возникающих при указанном облучении. В качестве подложки может использоваться изолятор, в качестве изолятора - сапфир, в качестве полупроводника - кремний, а в качестве легкого газа - гелий. Структура полупроводник-на-изоляторе выполнена как гетероструктура и в поверхностном слое полупроводника при помощи различных выбранных режимов имплантации созданы требуемые упругие напряжения, необходимые при дальнейшем изготовлении полупроводниковых приборов. Изобретение обеспечивает создание требуемых упругих напряжений в слое полупроводника, улучшение электрических свойств структур полупроводник-на-изоляторе и упрощение способа их изготовления. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.