Способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела

Изобретение относится к способу изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела, для формирования активных и пассивных элементов интегральных схем. Сущность изобретения заключается в способе изготовления маски для травления вертикальной полупроводниковой структуры путем нанесения первого слоя материала (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.) на поверхность подложки. Затем с помощью фотолитографии формируют окошки в виде квадрата или прямоугольника, после чего травят этот слой, затем на этот слой наносят второй слой материала (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.), после чего на поверхность наносят третий слой материала, являющийся маской по отношению к первым двум слоям (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.), и с помощью химико-механической полировки удаляют третий слой материала, затем, используя оставшуюся часть третьего слоя как маску, удаляют как первый, так и второй слой материала, потом удаляют третий слой материала. Структура второго слоя любой формы, например в виде прямоугольника размером меньше чем это позволяет достичь фотолитография, используется как маска для получения вертикальной полупроводниковой структуры. Изобретение обеспечивает уменьшение размера и упрощение технологии изготовления вертикальной полупроводниковой структуры. 8 ил., 2 табл.

 

Область применения способа

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении активных и пассивных элементов, в том числе транзисторов, интегральных схем, многокристальных модулей, 3D- конструкций.

Уровень техники

Известен способ изготовления вертикальной полупроводниковой структуры «Способ формирования ребер в устройстве фин с использованием углеродного слоя» патент США 6,645,797 от 11 ноября 2003 года, авторы Буйновски М.С.и соавторы [1], для формирования активных и пассивных элементов интегральных схем, конструкция которых содержит вертикально ориентированную относительно плоскости полупроводниковой пластины область канала, сформированную методом фотолитографии с последующим химическим или плазмохимическим травлением полупроводниковой пластины. В патенте США 6,645,797 на кремниевой подложке наносится изолирующий слой, сверх него наносится проводящий слой, который в дальнейшем используется как теплоизоляционный слой. Затем поверх этого слоя наносится аморфный углеродный слой и на слое аморфного углерода, формируется жесткая маска из нитрида кремния. Далее с помощью плазмохимического травления (ПХТ) травится слой жесткой маски и аморфного слоя углерода на определенной ширине. С помощью травления уменьшается ширина аморфного слоя углерода и наносится слой окисла, чтобы изолировать эту структуру. Затем, удаляя часть оксида, жесткой маски и аморфного углерода, формируется отверстия шириной 25-45 нм и высотой 100 нм. После этого удаляется оставшаяся часть оксидного слоя. Затем заполняется этот проем проводящим материалом из легированного поликремния. Далее, посредством удаления оставшейся часть оксидного слоя и токопроводящего слоя формируется (ФИН) структура в виде столбика прямоугольной формы.

Предлагаемый способ не позволяет получить монокристаллическую структуру, поскольку ее получают с помощью осаждения. Полученный (ФИН) столбик прямоугольной формы из поликристаллического кремния имеет размер 25 нм поскольку уменьшение размера (ФИН) столбика связано с травлением аморфного углерода, это приводит к осложнению технологии и не позволяет уменьшить размер (ФИН) структуры меньше 25 нм.

Патент США 4,648,173 от 10 марта 1987 года, Малавия; Шаши Д. [2], являющимся прототипом данного изобретения.

Изготовление субмикронной монокристаллической кремниевой структуры, торчащей из монолитного кремниевого тела.

Авторами патента был предложен способ изготовления вертикального кремниевого МОП - транзистора, а также и биполярного транзистора на основе монокристаллического кремневого столбика, торчащего из монолитно-кремниевой подложки (фиг. 8). Монокристаллическая кремниевая структура в виде Н-образной формы имеет р - область, которая формируется с помощью ПХТ. Используя боковые окисные слои, а также ПХТ, формируют П-образную структуру, чтобы в дальнейшем в таких структурах формировать как биполярный, так и МОП-транзистор с вертикальны каналом. Поскольку размер таких столбиков зависит от возможностей фотолитографии, то уменьшение размера таких столбиков меньше, чем позволяет фотолитография, технологически невозможно.

К недостаткам этого известного способа следует отнести ограниченная возможность уменьшения размера монокристаллического кремниевого столбика, поскольку это зависит от возможности фотолитографии.

Задачей изобретения является

Задачей изобретения является уменьшение размера и упрощение технологииизготовления вертикальной полупроводниковой структуры для формирования активных и пассивных элементов интегральных схем за счет того, что после травления первого слоя материала (металл, полупроводник, диэлектрик, силициды и т.д.) осаждается второй слой материала (металл, полупроводник, диэлектрик, силициды и т.д.) сверх первого слоя, а затем осаждается третий слой материала, являющийся маской по отношению к первым двум слоям (металл, полупроводник, диэлектрик, силициды и т.д.), и с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой, затем используя оставшуюся часть третьего слоя как маску удаляется как первый, так и второй слои материала, а потом травится третий слой материала, оставшаяся часть материала второго слоя размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе изготовления вертикальной полупроводниковой структуры выступающей из монолитного кремниевого тела, включающий формирование на полупроводниковой подложке второго слоя материала как маски для травления вертикального столбика, являющимся телом вертикальной полупроводниковой структуры (в том числе и транзисторной), отличающийся тем, что с целью уменьшения размера и вертикальной полупроводниковой структуры меньше, чем это достижимо с помощью фотолитографии, после травления первого слоя материала, осаждается второй слой материала и осаждается третий слой материала, после чего с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, затем, используя оставшийся часть третьего слоя как маска, удаляется как первый, так и второй слой материала а потом травится третий слой, оставшийся слой второго материала размером меньше, чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры.

Упрощение технологии при изготовлении вертикальной полупроводниковой структуры связано тем, что в данном способе используются нанесение и травление SiO2, поликремния и вольфрама, известным технологическим способом и не требуются дополнительные боковые подтравливания в виде П-образной структуры как в прототипе.

Сущность предложенного способа

Сущность предложенного способа заключается в следующем: уменьшение размера и упрощение технологии изготовления вертикальной полупроводниковой структуры за счет того, что после травление первого слоя материала осаждается второй слой материала сверх первого слоя, а затем осаждается третий слой материала, и с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, затем, используя оставшийся часть третьего слоя как маска, удаляется как первый, так и второй слои материала, а потом травится третий слой материала, оставшийся слой второго материала размером меньше, чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры, достижение технического результата показано в таблице 1.

Размер X (см. Фиг. 4) вычисляется по формуле:

X=У-2Z

X - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью способа.

Y - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью фотолитографии.

Z - Зависит от многих факторов, в том числе от толщины H1 (первый слой материала), Н2 (второй слой материала), от используемого материала, а также от условий технологических режимов обработки, так и состава используемых слоев.

Примерно ширина слоя Z меньше 1-25% от толщины слоя Н2.

Значение связанной между X, Y, Z, H1, H2 показано на таблице 2.

Описание чертежей

Краткое описание чертежей: Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (полупроводник,

металл, диэлектрик, силициды и т.д.) (1).

Фиг. 2 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (1); второй слой материала (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.) (2).

Фиг. 3 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (1); Второй слой материала (2); третий слой материала (полупроводник, металл, диэлектрик, силициды и т.д.) (5).

Фиг. 4 Полупроводниковая пластина (4); первый слой материала (1); второй слой материала (2); третий слой материала, конфигурация как маска для травления, как первого, так и второго слоев материала (3).

Фиг. 5 полупроводниковая пластина (4); второй слой материала (2); третий слой, конфигурация третьего слоя материала, как маска для травления, как первого, так и второго слоев материала (3).

Фиг. 6 Полупроводниковая пластина (4); Второй слой материала, как маска для травления кремния (2).

Фиг. 7 Полупроводниковая пластина (4): Столбик на подложке (6): Второй слой материала (2).

Фиг. 8 Прототип: кремниевая подложка (7), вертикальный столбик (8)

Пример осуществления изобретения

Предложен способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела заключающийся в том, что формирование на поверхности кремниевой пластины первого слоя окисла кремния (1) толщиной 50 нм, затем с помощью фотолитографии вскрываем окошки любой формы, например квадратной формы размером 50× 100 нм. Потом на поверхность этого слоя наносим второй слой окисла (2) толщиной 60 нм. После чего на этой поверхности наносим слой W (вольфрам) толщиной 50 нм. С помощью химико-механической полировки (ХМП) удаляем W, после чего оставшийся W в виде столбика высотой 50 нм (3) остается на окисле. Используя W как маску с помощью плазмохимического травления (ПХТ) удаляется первый (1) и второй (2) слой окисла, затем с помощью ПХТ удаляется W (3). На поверхности кремния (4) остается слой окисла прямоугольник (2) размером 20×40 нм. Используя окисел (2) как маску, травим кремний (4) толщиной 200 нм (при этом уход размера по вертикальной поверхности составляет менее 1%) и формируем вертикальную полупроводниковую структуру (6). Используя фотолитографический размер 50 нм с помощью предлагаемого способа получается слой (2) как маска для травления кремния меньшего размера 20 нм.

Литература

1. Патент США 6,645,797 от 11 ноября 2003 года, авторы: Буйновски М.С.и соавторы. [1]

2. Патент США 4,648,173 от 10 марта 1987 года: Малавия С.Д., Шашин Д. (Хоупвелл - Джанкшн, Нью-Йорк. [2]

Способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела, включающий формирование на полупроводниковой подложке окисла, фотолитографию, травление окисла, который является маской для травления вертикального столбика полупроводниковой структуры, отличающийся тем, что с целью уменьшения размера и упрощения технологии изготовления вертикальной полупроводниковой структуры для формирования активных и пассивных элементов интегральных схем меньше чем это достижимо с помощью фотолитографии после травления первого слоя материала осаждается второй слой материала и осаждается третий слой материала, после чего с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, затем, используя оставшуюся часть третьего слоя как маску, удаляется как первый, так и второй слои материала, а потом травится третий слой материала, оставшаяся часть материала второго слоя размером меньше чем это позволяет достигать фотолитография используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления гетероструктур с низкой плотностью дефектов.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления гетероструктур с низкой плотностью дефектов.

Использование: для получения спин-поляризованных носителей заряда в графене. Сущность изобретения заключается в том, что методом молекулярно-лучевой эпитаксии на поверхности предварительно сформированной структуры монослой графена/подложка формируют субмонослой европия со структурой Eu.

Изобретение относится к способу изготовления полупроводниковых материалов, содержащих пограничные слои между материалами из III-V групп и подложкой Si. Изобретение относится к способу изготовления полупроводниковых материалов, содержащих GaAs в комбинации с подложками Si(111), причем остаточная деформация, обусловленная различными коэффициентами теплового расширения соответствующих материалов, нейтрализуется посредством введения добавочного слоя (слоев), компенсирующего остаточную деформацию.

Использование: для получения наноразмерных композитных структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ формирования упорядоченного массива нанокристаллов или нанокластеров кремния в диэлектрической матрице включает формирование на подложке многослойной пленки, состоящей из чередующихся слоев SiNx и Si3N4, где 0<х<4/3, методом низкочастотного плазмохимического осаждения из газовой фазы с использованием смеси моносилана (SiH4) и аммиака (NH3) с объемным соотношением [NH3]/[SiH4] в диапазоне от 1 до 5 при давлении в камере 100-250 Па, температуре подложки 20-400°С и удельной мощности разряда 0,02-0,2 Вт/см2 с последующим отжигом полученной многослойной пленки в инертной атмосфере при температуре в диапазоне 800-1150°С не менее 5 минут с получением многослойной матрицы с нанокристаллами или нанокластерами.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при росте эпитаксиальных структур монокристаллического карбида кремния (SiC) с малой плотностью эпитаксиальных дефектов.

Изобретение относится к области полупроводниковой опто- и микроэлектроники и может быть использовано при создании приборов на основе полупроводниковых гетероструктур, в том числе многопереходных фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к технологии получения материалов нанометрового размера, состоящих из нанокристаллов силицида железа α-FeSi2 с контролируемо изменяемой преимущественной кристаллографической ориентацией, формой и габитусом, и может применяться для разработки новых функциональных элементов в спинтронике и нанотехнологии.

Изобретение относится к способам получения эпитаксиальных тонкопленочных материалов, а именно пленок монооксида европия на графене, и может быть использовано для создания таких устройств спинтроники, как спиновый транзистор и инжектор спин-поляризованных носителей.

Изобретение относится к технологии эпитаксии легированных слоев германия, основанной на сочетании в одной вакуумной камере одновременных осаждения германия из германа и сублимации германия с легирующим элементом с поверхности источника легированного германия, разогретого электрическим током, и может быть использовано для производства полупроводниковых структур.

Изобретение относится к нанотехнологии, а именно к способу выращивания многослойных наногетероэпитаксиальных структур с массивами идеальных квантовых точек (НГЭС ИКТ). Способ основан на процессах растворения и кристаллизации полупроводниковых и металлических материалов из растворов-расплавов легкоплавких металлов. Способ выращивания в вертикальном реакторе многослойных наногетероэпитаксиальных структур с массивами идеальных квантовых точек методом жидкофазной эпитаксии в потоке водорода или форминг-газа включает нагрев емкостей с различными растворами кристаллизуемых материалов в расплавах легкоплавких металлов до температуры их насыщения и монокристаллической подложки до такой же температуры, при этом подложка плотно прикреплена тыльной поверхностью к нижнему основанию цилиндра за счет создания вакуума, последовательное приведение растворов-расплавов в контакт с лицевой поверхностью подложки при многократном переносе теплопоглотителем в виде пластины импульсов «холода» на тыльную поверхность подложки для выращивания эпитаксиальных слоев и массивов квантовых точек, выращивание эпитаксиальных слоев или массивов идеальных квантовых точек из объема раствора-расплава, ограниченного внутренними стенками нижнего основания цилиндра, лицевой поверхностью подложки и плавающей на поверхности раствора-расплава пластиной с отверстиями, через которые производят как заполнение, так и удаление остатков раствора-расплава в те же емкости при вращении цилиндра с подложкой вокруг его вертикальной оси, перенос импульса тепла теплонагревателем на тыльную поверхность подложки, величина которого меньше импульса холода для растворения механически напряженных смачивающих слоев, расположенных между квантовыми точками, удаление остатков растворов-расплавов с эпитаксиального слоя или массива квантовых точек после каждого процесса их выращивания, последующее наращивание омических контактов через отверстия в плавающей пластине, находящейся в контакте с поверхностью многослойной структуры при многократном импульсном охлаждении теплопоглотителем тыльной поверхности подложки, при этом стабилизацию температуры в вертикальном реакторе, где размещены емкости с различными растворами-расплавами и подложка, осуществляют размещенными вдоль вертикальной оси реактора экранами в виде пластин со смещенными друг относительно друга отверстиями из высокотеплопроводящего материала, стабилизацию температуры в цилиндре осуществляют высокотемпературопроводным материалом цилиндра, а стабилизацию температуры импульса «холода», который без сопротивления среды многократно переносится теплопоглотителем внутри цилиндра от нагретой «холодной» пластины к тыльной поверхности подложки и обратно, осуществляют «холодной» пластиной с высокой теплопроводностью, имеющей стабильную температуру за счет сопряженного с ней каскада «холодных» пластин. Изобретение обеспечивает выращивание многослойной НГЭС ИКТ и наращивание омических контактов на поверхности структуры без использования фотолитографии, а также эффективное удаление растворов-расплавов и напряженных смачивающих слоев из промежутков между квантовыми точками, в том числе и из металлических квантовых точек, путем вращения цилиндра с подложкой вокруг его вертикальной оси. 6 ил., 2 пр.
Наверх