Способ изготовления интегральных схем

 

3O277I

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских социалистических

Реслубгокк

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 10,Х1.1969 (№ 13?7200126-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 28.1Ъ,1971. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 7.Х.1971

МПК Н 01l 7/00

Комитет ло делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.382.002 (088.8) Авторы изобретения Ю. П. Завальский, В. И. Никишин, Л. Н. Петров и К. И. Шапошник

Заявитель

6в

".тИЬЛ ЮТЕКА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕН ИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов, в частности кремниевых интегральных схем.

Известен способ получения изолированных обратно смещенным р — п переходом областей монокристаллического кремния, включающий следующие последовательные операции: создание на поверхности исходной пластины р-типа слоя окисла; селективное вытравливание окон в окисле 1О до поверхности кремния; проведение диффузии п-типа в образовавшиеся окна до создания высоколегированного слоя п -типа кремния или образование его эпитаксиальным путем; 15 удаление оставшегося на поверхности пластины слоя окисла; эпитаксиальное выращивание слоя кремния п-типа на поверхности пластины; выращивание термического окисла кремния 20 на поверхности эпитаксиального слоя; селективное вытра влив ание окон в окисле до поверхности эпитаксиального слоя; проведение диффузии р-типа в эпитаксиальный слой через окна в окисле до смыкания 25 образовавшихся в п-слое участков кремния р-типа с материалом подложки.

На образовавшиеся в результате всех этих операций р — п-переходы подают обратное смещение, чем добиваются изоляции заклю- 30 ченных между переходами областей кремния п-типа, в которых создают структуры интегральных схем. Кроме того, создается заглубленный n+-слой, располагающийся между эпитаксиальным слоем и-типа и подложкой р-типа. Создание гг+-слоя преследует цель снижения последовательного сопротивления коллектора транзисторной структуры, образуемой в п-области, что особенно важно для транзисторов, работающих в режиме ключа.

Однако проведение длительной и весьма критичной операции диффузии р-типа для создания изолирующих р — n-переходов обходится довольно дорого. Образовавшиеся в процессе диффузии участки р-типа, разделяющие области п-типа, имеют в разрезе форму, расширяющуюся к поверхности и сужающуюся в месте смыкания их с материалом подложки, в результате чего ухудшается плотность компоновки элементов интегральных схем, то есть степень интеграции. Кроме того, при диффузии примеси р-типа в эпитаксиальный гг-слой, а также при последующих высо котемпературных операциях (термическое окисление, диффузия при создании активных и пассивных элементов интегральных схем) происходит одновременно диффузия примесей и-типа (напрпмер, сурьмы) из и- -слоя в направлении поверхности, в результате чего

n+-слой распространяется в сторону поверх302771 ности, а толщина высокоомного и-слоя в этой части уменьшается. Поскольку процесс диффузии р-типа является длительным, возможно образование значительного по толщине слоя и+-типа, что может привести к большому проценту брака диффузионных структур.

Цель изобретения — сокращение технологического цикла, повышение плотности компоновки интегральных схем на пластине, улучшение электрических и эксплуатационных характеристик интегральных схем и повышение процента выхода годных интегральных схем.

Это достигается образованием на поверхности селективно вытравленных в р-типа кремний углублений п+-слоя путем легирования или эпитаксии с последующим эпитаксиальным заполнением yríóáëåíèé кремнием и-типа при наличии на поверхности кремния р-типа окисла кремния.

Выведение высоколегированного слоя на поверхность позволяет улучшить частотные свойства активных компонентов интегральных схем по сравнению со структурами с заглубленным п+-слоем. Это достигается за счет уменьшения 1ошротивления прибора (транзистора, диода) в открытом состоянии, умень . Ъ", ц. щения влияния паразитного р — п — р транзистора (так .Как „сокращается время жизни неосновных носителей в его базе), уменьшения объема высоколегированной части тела коллектора, способной накапливать значительный заряд неосновных носителей при работе транзистора интегральной схемы в режиме насыщения.

На фиг. 1 — -6 показано техническое осуществление предлагаемого способа на примере создания интегральных схем на основе пластины из р-кремния.

Поверхность пластины 1 (см. фиг. 1) соответствующим образом обрабатывают, после чего на нее наносят слой 2 окисла кремния (см. фиг. 2). С помощью фотомаскирования производят травление окон в окисле (см. фиг. 3), после чего через окна в окисле осуществляют вытравливание углублений в кремнии р-типа (фиг. 4). В образовавшемся углублении проводят диффузию примеси и-типа, например сурьмы, для создания высоколегированного п+-слоя 3 по всей поверхности углублений (фиг. 5). Используемая для леги- 5 рования примесь выбирается с низким коэффициентом диффузии, поскольку примесь должна оставаться локализованной в созданном диффузионном слое в течение последующих высокотемпературных операций технологического цикла. Концентрация примеси в высоколегированном п+-слое составляет более

10" ат см", а удельное сопротивление этого слоя р=0,01 ом см. Толщина образованного диффузией слоя п+-типа составляет около

1 мкм.

Возможно также создание высоколегированного п -слоя эпитаксиальным путем.

Далее, сохраняя на поверхности пластины слой 2 окисла кремния, оставшийся после се- 6

4 лективного вытравливания углублений, производят эпитаксиальное заполнение углублений монокристаллическим кремнием и-типа 4 (см. фиг. 6). В процессе эпитаксии и при после5 дующих высокотемпературных операциях, связанных с созданием активных и пассивных элементов интегральных схем в кремнии п-типа, происходит диффузия примеси и-типа, например сурьмы, преимущественно в образуюlo щийся п-слой и в меньшей степени в р-область пластины. Таким образом, расширенный

n+-слой оказывается выведенным на поверхность. Ширина выведенного на поверхность и+-слоя составляет 6 — 9 мкм.

15 Существенным моментом является то, что при эпитаксиальном наращивании кремний и-типа образует монокристаллический слой на поверхности кремния р-типа и не осаждается на узкие выступы окисла кремния, как бы

20 стекая с них.

В полученной в результате всех перечисленных выше операций структуре п-области оказываются изолированными р — и переходами при подаче на них обратного смещения. Из-за

25 ограниченной диффузии примеси п-типа в р-область пластины слой кремния р-типа, согласно данному способу, в отличие от диффузионного р-слоя в известном способе, может быть выбран весьма узким, и за счет этого

30 повышается плотность компоновки интегральных схем на пластине.

Далее, вследствие того, что тело коллектора транзистора интегральных схем оказывается

«погруженным» в n+-слой, значительно сниЗ5 жается эффективное сопротивление коллектора, уменьшается паразитный р — n — р транзисторный эффект и тем самым улучшается работа транзистора в режиме ключа.

Проводившаяся ранее диффузия примеси

40 р-òèïà в эпитаксиальный слой кремния п-типа для изоляции р — п переходами областей кремния п-типа оказывается в данном способе ненужной ввиду образования р — п перехода в самой пластине кремния р-типа. При этом для создания изолирующих р — и переходов вместо восьми операций по известному способу выполняется лишь пять операций, улучшаются свойства образованных по данному способу р — п переходов, совершенствуются

0 частотные характеристики интегральных схем, повышается выход годных и значительно снижаются затраты на изготовление интегральных схем.

Предмет изобретения

Способ изготовления интегральных схем, включающий операции создания высоколеги60 рованного п+-слоя кремния, с типом проводимости, противоположным типу проводимости исходного материала, с последующим эпитаксиальным осаждением на поверхности высоколегированного слоя высокоомного слоя кремния того же типа проводимости, что и вы302771

Риг 5

Риг Б

Составитель М. Г. Лепешкина

Редактор Ю. Д. Полякова Техред А. А. Камышникова Корректор О. И. Волкова

Заказ 2542!2 Изд. ¹ 1048 Тираж 473 Подписное

1ДНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 соколегированный слой, отличающийся тем, что, с целью повышения плотност I компо;1овки интегральных схем на пластине, улучшения электрических и эксплуатационных характеристик интегральных схем, на поверхности селективно вытравленных в кремнии р-типа углублений создают и+-слой с последующим заполнением $ 1 лублений кремнием а-типа при наличии на поверхности кремния р-типа окисла кремния.