Способ изготовления полупроводниковых приборов

Способ изготовления полупроводниковых приборов

Реферат

 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИМС. Цель - повышение надежности приборов за счет предотвращения образования контактов внешних выводов с проводящими участками поверхности кристаллов. Для этого при изготовлении приборов на основе кремниевых структур с диэлектрической изоляцией приборных элементов контактные площадки металлизации выполняют на участках структур, изолированных от периферии кристаллов областями диэлектрика, а перед нанесением пассивирующего покрытия и разделением структуры на кристаллы проводят локальное вытравливание поверхностного слоя кремния над межкристальными разделительными дорожками и на участках структуры, удаленных от контактных площадок на расстояние не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемых к контактным площадкам внешних выводов и расположенных между контактными площадками и областями диэлектрика, изолирующими контактные площадки от периферии кристаллов. Образующийся после вытравливания кремния диэлектрический выступ препятствует касанию создаваемых затем внешних выводов с торцовыми участками кристаллов. 2 ил.

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИМС. Известен способ изготовления полупроводниковых структур с изоляцией элементов с помощью эпик-процесса, включающий операции оксидирования монокристаллической подложки, фотогравировку по оксиду кремния, вытравливание кремния во вскрытых окнах, термическое или пиролитическое оксидирование рельефной поверхности, наращивание на изолированную поверхность слоя пиролитического кремния, сошлифовки слоя монокристаллического кремния до вскрытия канавок, заполненных поликремнием, полировки и окисления поверхности, формирования элементов структур в изолированных карманах монокристаллического кремния методами фотолитографии и диффузии, формирование металлизированной разводки, контактные площадки которой расположены также в изолированных карманах, и присоединение проводников к контактным площадкам методом микросварки давлением. Основным недостатком таких структур является наличие вскрытых от диэлектрика участков поликристаллической подложки, образующихся при разделении пластины на отдельные кристаллы из-за микросколов поверхностного диэлектрика по периметру кристаллов. Контактирование внутренних выводов с такими участками приводит к замыканию на тело кристалла или появлению токов утечек через слой поликремния, в результате чего структура выходит из строя. Наиболее близким техническим решением из существующих является способ создания полупроводниковых структур, включающий операции оксидирования монокристаллической подложки, фотогравировку по оксиду кремния, вытравливание кремния во вскрытых окнах, оксидирование рельефной поверхности, наращивание на изолированной поверхности слоя поликремния, сошлифовки слоя монокристаллического кремния до вскрытия канавок, заполненных поликремнием, полировки и оксидирования поверхности, формирование элементов структуры в изолированных карманах монокристаллического кремния методами фотолитографии и диффузии, используя маску, например из оксида кремния, формирование металлизированной разводки, вытравливание кремния в промежутках между структурами в среде, селективно травящей кремний, используя защитную маску, например из оксида кремния, нанесения пассивирующего диэлектрического покрытия, удаление его на контактных площадках металлизированной разводки и присоединение внутренних выводов к контактным площадкам методом микросварки давлением. При формировании такой конструкции кристалла внутренние выводы при прогибе касаются лицевой поверхности кристалла, которая изолирована слоем пассивирующего диэлектрического покрытия, а микровыколы диэлектрика (дефекты скрайбирования) лежат в плоскости дна канавки (ниже на глубину канавки). За счет этого резко снижается брак по токам утечек или короткому замыканию между внутренними выводами. Однако такая конструкция требует высокой сплошности диэлектрического покрытия, которая на практике не всегда достижима в диапазоне применяемых толщин оксидных слоев и стекол, поскольку на поверхность алюминия они могут наноситься пиролитическим или плазмохимическим способом. Из-за наличия дефектов в поверхностном пассивирующем окисле и касания выводом этой области кристалла могут возникать токи утечек в пpоцессе эксплуатации приборов за счет влаги, адсорбированной поверхностью из корпусного объема, что приводит к выходу из строя прибора. Целью изобретения является повышение надежности приборов за счет предотвращения образования контактов внешних выводов с проводящими участками поверхности кристаллов. Способ отличается от прототипа тем, что при вытравливании кремния между структурами дополнительно удаляют монокремний в карманах с контактными площадками по их периферии, при этом между краем контактной площадки и канавкой формируют зазор шириной не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемого вывода. Вытравливанием монокремния в карманах контактных площадок по периферии, оставляя зазор между краем контактной площадки и канавкой не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемого вывода, обеспечивают возможность касания внутренними выводами (при их прогибе) только изоляционного выступа, образованного окислом, изолирующим боковую поверхность кармана, заполненного монокремнием. Расстояние между краем контактной площадки не менее 10 мкм необходимо для исключения выколов кремния в процессе присоединения внутренних выводов из-за краев напряжений в структуре при сварке давлением. Расстояние от контактной площадки до края канавки не более диаметра присоединяемого вывода ограничено из условия исключения возможности касания выводом лицевой поверхности кристалла. При деформации вывода в процессе микросварки давлением происходит изгиб вывода и сварного соединения, т. е. гарантированно отсутствует контакт с лицевой поверхностью на расстоянии не менее одного диаметра от контактной площадки. Разделительные дорожки между кристаллами выполняют в зависимости от технологического процесса разделения пластин кристаллы (ширина реза), ориентируясь на наличие минимального зазора между изоляцией кармана и краем кристалла 12 мкм. Минимизация этого размера связана экономией площади пластины (возможно большим съемом кристаллов с пластины), максимально возможное расстояние между краем кристалла и изоляцией кармана (при увеличенной дорожке и смещении линии реза) не превышает диаметр вывода. Поэтому при касании выводом изоляционного выступа он не может коснуться заглубленной периферии кристалла. На фиг. 1 изображена полупроводниковая структура, состоящая из поликремниевой подложки 1, в которой сформированы монокристаллические области - карманы 2, изолированные со всех сторон от подложки слоем 3 диэлектрика. В монокремниевых карманах сформированы области противоположной проводимости: коллекторная 4, базовая 5 и эмиттерная 6, изолированные с поверхности слоем 7 диэлектрика, через окна 8 в котором они соединены с металлизированной разводкой 9, имеющей контактные площадки 10, также расположенные в изолированных карманах, к которым через окна в пассивирующем диэлектрике 11 присоединены проводники 12. По периферии структуры выполнена канавка 13, проходящая по внутренней части кармана и вскрывающая боковую часть изолирующего диэлектрика 3. Проводник 11 при провисании опирается на изоляционный выступ 14, образованный изолирующим диэлектриком 3. На фиг. 2 изображен фрагмент структуры в области контактной площадки. Пассивирующий диэлектрик имеет дефекты 15 в виде пор и трещин, которых не может коснуться проводник 11, опирающийся на выступ 14 изолирующего диэлектрика 3. При этом расстояние 16 между контактной площадкой 10 и краем канавки 13 равно 10 мкм. П р и м е р. Исходной структурой служит пластина кремния n-типа, на которой методом диффузии формируют n⁺ -слой, который оксидируют, например, многоступенчатым способом в среде сухого, влажного и вновь сухого кислорода при температуре 1200^оС в течение времени, необходимого для выращивания пленки толщиной 1,5 мкм. Затем с помощью фотолитографии вскрывают окна нужной конфигурации в слое оксида кремния и вытравливают, например, химическим способом кремний 26 в окнах на глубину 20-25 мкм при ширине разделительной канавки 50-80 мкм. На поверхности эпитаксиального слоя и вытравленных канавок путем термического оксидирования многоступенчатым способом создают слой SiO₂ толщиной 1,5-2 мкм, например 1,7 мкм. Затем на всю окисленную поверхность пластины наращивают слой 1 поликристаллического кремния, толщиной 200-250 мкм, в результате чего все канавки полностью зарастают. На презиционном станке часть поликремния сошлифовывают, обеспечивая при этом плоскопараллельность пластины. Пластину переворачивают и шлифуют монокристаллическую подложку до тех пор, пока не обнажаются канавки, заполненные поликремнием. Поверхность тщательно полируют и окисляют термическим способом до толщины оксида кремния 0,8 мкм. Формирование элементов структуры осуществляют диффузией бора для создания р-области базы и фосфором или мышьяком для создания n⁺-области эмиттера. Для создания локальных областей различных типов проводимости используют защитные свойства пленок оксида кремния, которые наносят термическим способом, и вскрывают фотолитографией локально окна необходимой конфигурации. Затем на поверхность наносят слой алюминия и методом фотолитографии, используя защитные свойства фоторезиста, формируют металлизированную разводку структур. Затем осуществляют травление кремния в промежутках между соседними контактными площадками структур, расположенными в изолированных карманах. В качестве маски используют слой защитных оксидных пленок, оставленных на части кармана с зазором между краем контактной площадки не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемого вывода, при этом край канавки проходит по внутренней части кармана. В необходимых случаях при тонком маскирующем эмиттерном окисле и требуемой большой глубине разделительной канавки (более 10 мкм) формируют дополнительную резистивную маску на лицевой поверхности структуры. Металлизированную разводку оставляют под слоем фоторезиста или удаляют последней в зависимости от свойств травящей среды. Травление кремния осуществляют химическим или плазмохимическим способом, например, на установке "Плазма", используя активный газ СF₄ или SF₆ с кислородом в пределах 5-10% . Режим травления: напряжение на аноде 3 кВ, ток анода - 0,5 А, ток сетки - 250 мА, давление в камере 610^-1 мм рт. ст. Так как указанная травящая среда индефферентна к алюминию и обеспечивает селективность травления кремния к оксиду кремния 20: 1, то при вытравливании кремния образуется изоляционный выступ (буртик) из оксида кремния, изолирующего боковую поверхность кармана, выступающий над дном канавки. Например, при глубине канавки 5 мкм высота буртика SiO₂ составляет 4 мкм. Формирование канавок большей глубины представляется технически не оправданным, так как при высоте диэлектрического буртика 4-5 мкм обеспечиваются максимально возможные для микросхем пробивные напряжения с учетом исключения при таком зазоре капиллярного эффекта собирания адсорбированной влаги. Запас по глубине необходим лишь в случае значительного разброса по глубине травления канавок. На сформированную таким образом поверхность можно дополнительно наносить слой пассивирующего диэлектрического покрытия, например оксида кремния или нитрида кремния. Нанесение можно проводить пиролитическим или плазмохимическим методами. Затем слой пассивирующего покрытия удаляют с контактных площадок структуры. Присоединение внутренних выводов осуществляют методом микросварки давлением, например алюминиевой микропроволокой внахлестку методом ультразвуковой микросварки. При толщине проволоки 25 мкм и более она не может за счет прогиба коснуться поверхности кристалла на расстоянии менее 30 мкм от контактной площадки. Поэтому при прогибе проволочный вывод может коснуться только диэлектрического буртика оксида кремния, который надежно изолирует его от поликристаллической подложки. Таким образом, исключается брак по утечкам между выводами при их провисании как в процессе производства, так и при длительной эксплуатации полупроводниковых структур у потребителя. (56) Бургер Р. , Донован Р. Основы технологии кремниевых интегральных структур. Окисление, диффузия, эпитаксия. М. : Мир, 1969, с. 445. Авторское свидетельство СССР N 944465, кл. H 01 L 21/306, 1980.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий создание кремниевых структур с диэлектрической изоляцией, формирование приборных элементов и металлизированной разводки с контактными площадками, отделенными от участков структр под межкристальные разделительные дорожки областями диэлектрической изоляции, локальное стравливание поверхностного слоя кремния на участках структур под межкристальные разделительные дорожки, нанесение пассивирующего диэлектрического покрытия, вскрытие в нем окон над контактными площадками, механическое разделение структур на кристаллы и присоединение внешних выводов к контактным площадкам методом микросварки давлением внахлестку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности приборов за счет предотвращения образования контактов внешних выводов с проводящими участками поверхности кристаллов, перед нанесением пассивирующего диэлектрического покрытия проводят локальное селективное травление кремния на участках структур, удаленных от контактных площадок на расстояние не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемых внешних выводов и расположенных между контактными площадками и областями диэлектрической изоляции, отделяющими контактные площадки от участков структур под межкристальные разделительные дорожки, совмещая процесс указанного травления с локальным стравливанием поверхностного слоя кремния на участках структур под межкристальные разделительные дорожки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2