Способ получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов

Способ получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: микроэлектроника, технология изготовления структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией эпементоа Сущность изобретения: при изготовлении структур с диэлектрической изоляцией элементов проводят механическую обработку кремниевых подложек, формируют на поверхности монокристаллической подложки рельеф с углублениями, скрытый слой, слой диоксида кремния и слой поликристаллического кремния толщиной на 5 - 100% больше глубины рельефа На слой поликристаллического кремния и на подложку без рельефа наносят дополнительный слой диоксида кремния а на него - соединительный слой толщиной 5 - 95% от глубины рельефа подложек , следующего состава мас.%: оксид бора 3 - 7. спирт 95 - 97. Подложки соединяют и подвергают термообработке под давлением в азотной среде с расходом азота (5.6-83) мэ/с/, после чего вскрывают области монокристаллического кремния

(19) RÖ (11) (5i) 5 HO Ь21 76

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5026935/25 (22) 110292

{ж) Э0.10.9З Ь М ЗВЮ (76) Сероусов Игорь Юрьевич (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР ДЛЯ .

ИНТОРАЛЬНЫХ СХЕМ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Использование: микроэлектроника, технология изготовления структур дпя интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов. Сущность изобретении при изготовлении структур с диэлектрической изоляцией элементов проводят механическую обработку кремниевых подложек формируют на поверхности монокристаллической подложки рельеф с углубленитве, скрытый слой, слой диоксида кремния и спой поликристаллического кремния толщиной на 5 — 100% больше глубины рельефа

На слой поликристаллического кремния и на подпожну без рельефа наносят дополнительный слой диоксида кремния, а на него — соединительный слой толщиной 5 — 95% от глубины рельефа подложек, следующего состава, мас%: оксид бора 37, спирт 95-97. Подложки соединяют и подвергают термообработке под давлением в азотной среде с расходом азота (5.6-8Э)х10 м /с/, после чего вскрывают области монокристаллического кремния.

2002340

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов.

Известен способ получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов, включающий механическую обработку подложек монокристаллического кремния, формирования на поверхности подложек рельефа с углублениями и выступами, последовательное формирование на поверхности со стороны рельефа скрытого слоя, пленки диоксида кремния, областей монокристаллического кремния, Недостатком этого способа является то, что зпитаксиальный слой кремния в углублениях рельефа имеет относительно низкое структурное совершенство. Это обусловлено особенностью эпитаксиального наращивания кремния на маскированный рельеф.

Скорость роста кремния на ровной поверхности и в углублениях различны, возникают напряжения и как следствие, дефекты роста.

Кроке того, сложность технологии ведет к снижению процента выхода годных структур.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления полупроводиковых приборов, включающий механическую обработку подложек кремния, формирования на поверхности монокристаллического кремния рельефа с углублениями и выступами и скрытого слоя, формирования слоя диоксида кремния и слоя поликристаллического кремния больше глубины рельефа, полировку его да получения плоской поверхности, соединения его с поликристаллической пластиной и термической обработкой при температуре

>1100 С, вскрытие областей монокристаллического кремния.

Недостатками способа, являются высокие требования к геометрическим формам соединяемых поликристаллических слоев, трудности с использованием кремниевых пластин больших диаметров, особые требования к среде гроцесса. Преодоление этих недостатков удорожает структуры, не позволяет получать структуры больших диаметров. А именно: в прототипе речь идет о диффузной или атомарной сварке посредством поликристаллических слоев кремния.

Успешное проведение данного процесса обусловлено выполнением следующих требований, Разброс по толщине пластин должен быть меньше размеров зерен поликристаллического кремния (порядка 80,0 нм).

Необходимость удаления нарушенного слоя по всем полированным поликристаллическим поверхностям, в противном случае, так как отсутствует соединительный слой, концентраторы напряжения наерушенного слоя приведут к снижению процента выхода годных структур на дальнейших операциях механической обработки.

Обрезка по кромке не менее 2 мм соединяемых пластин, так как при механических видах полировки происходит снятие фаски по кромке что гриводит к плохому качеству соединения по кромке пластин и дальнейшим сколам краев структуры при

15 механической обработке.

Использование подложек больших диаметров (больших 100 мм) еще более усложняет техническу о сторону требований к геометрической форме поверхности соединяемых пластин, Процесс соединения поликристаллических слоев без соединительного слоя должен протекать или в вакууме, или в полированных поверхностях должны формироваться каналы для удаления либо среды сварки, либо продуктов газовыделения поликристаллического кремния при нагревании свыше 1100 С. Если не проводить вакуумирования процесса (процесс делается более clio>KHblM и дорогим) или не формировать каналы газовыделения (также удоро>кающие структуры), то происходит снижение качества соединительного слоя за счет продуктов газовыделения и, следова35 тельно, снижения процента выхода годных структур.

Б предлагаемом способе получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов, включаю40 щем механическую обработку подложек кремния, формирование на поверхности монокристаллической подло>кки рельефа с углублениями и скрытого слоя, формирование слоя диоксида кремния толщиной, большей

45 глубины рельефа, соединение подложек между собой, термическую обработку под давлением и вскрытие областей монокристаллического кремния, после формирования слоя поликристаллического кремния

50 толщиной на 5-100% больше глубины рельефа на соединяемые стороны наносят соединительный слой толщиной 5-95% от глубины рельефа подложки, следующего состава, мас,%:

5 -> Оксид бора 3-5, Спирт 97-95 а термообработку проводят в азотной среде с расходом азота(5,6-83) х 105 м /с.

Применение раствора оксида бора указанного состава в качестве основы соедини2002340 тельного слоя позволяет избежать высокоточной полировки кремниевых пластин, необходимости удалять наружный слой полировки и фаску, образующуюся при полировке по кромке пластины, так как толщи- 5 на соединительного слоя. а также сам его состав позволяет сгладить дефекты соединяемых поверхностей, а нарушенный слой и фаска по кромке при отсутствии полировки не образуются. 10

Наличие синтезируемого соединительного слоя, находящегося под давлением, толщина которого уменьшается, а плотность в процессе синтеза увеличивается, способствует удалению газообразных про- 15 дуктов синтеза по кромке структуры и значит формированию бездефектного соединительного слоя. Таким образом не требуются специальные газоотводные технологии, которые ведут к удорожанию 20 структур.

Нанесение слоя из раствора в органической среде позволяет при менять метод пульверизации и получать плотные равномерные соединительные слои, что повыша- 25 ет качество соединения пластин.

Органическая среда выполняет функцию связующей добавки, которая высыхает и удаляется еще до соединительных соединений боросигикатной системы при термиче- 30 ской обработке, т.е. люба=-. органическая среда существенно не влияет на качество соединительного слоя.

На фиг. 1 показана кремниевая подложка после формирования скрытого слоя, 35 пленки диоксида кремния, соединений поликристаллического кремния, пленки диоксида кремния и нанесения соединительного слоя указанного состава; на фиг,2 — монокристаллическая подложка беэ рельефа по- 40 сле нанесения пленки диоксида кремния и соединительного слоя указанного состава; на фиг,3 — структура после соединения кремниевых подложек; на фиг.4 — структура после вскрытия областей монокристалличе- 45 ского кремния, где 1 — кремниевая подложка с рельефом и-типа проводимости, 2— скрытый слой и -типа проводимости,3— пленка диоксида кремния, 4 — слой поликристаллического кремния беэ рельефа, 5 — 50 пленка диоксида кремния, 6 — соединительный слой указанного состава на подложке с рельефом, 7 — кремниевая подложка без рельефа, 8 — пленка диоксида кремния на подложке без рельефа, 9 — соединительный слой указанного состава на подложке с рельефом, 10 — соединительный слой из соединений боросиликатной системы, 11 — области монокристаллического кремния после вскрытия, 12 — пленка диоксида кремния.

На кремниевой подложке 1 и-типа проводимости (фиг.1) формируют рельеф с углублениями, глубиной 25-65 мкм, Диффузией создают скрытый слой 2 fl-типа, толщиной 3-6,5 мкм. На окисленный слой рельефа 3 наносят слой 4 поликристаллического кремния толщиной 26.3-130 мкм эпитаксиальным наращиванием. На него наносят пленку 5 диоксида кремния, толщиной 0,7-1,4 мкм, затем на нее методом пульверизации наносят слой 6 иэ следующего состава, мас. оксид бора 3-5, изопропиловый спирт 97-95 толщиной 1,3-63,7 мкм.

На вторую кремниевую подложку 7 без рельефа (фиг.2) после нанесения пленки 8 диоксида кремния толщиной 0,7-1,4 мкм также наносят соединительный слой 9 укаэанного состава, такой же толщины, как на первую пластину, тем же методом. Пластины соединяют(фиг.3) под давлением не менее 0,3 кг/м и производят термическую обработку в азотной среде с расходом азо а (5,6-83) х 10 м с при оптимальной температуре 1200-1215 С в течение 10-30 мин.

Далее производят вскрытие областей монокристаллического кремния двусторонней шлифовкой и односторонней полировкой. Завершается процесс нанесением пленки 12 диоксида кремния (фиг,4) толщиной 0,7-1,4 мкм, Применение оксида бора в качестве основного компонента соединительного слоя позволяет получить дешевые структуры больших диаметров, исключить применение высокоточной планириэации соединяемых поверхностей, (56) Клюбин 3.Д., Михайлов Ю.А., Сорокин

М.Т. Структуры с диэлектрической изоляцией кремния электронной и дырочной проводимости. Электронная промышленность.

Вып. 8/92 — 9/93, с. 46-48.

Заявка Японии N 63 — 141345, кл. Н 01 L 21/76, 1988.

2002340

У

7

У

Составитель И. Сероусов

Техред M,Mîðlåíòàë Корректор О. Густи

Редактор Т. Рыбалова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Заказ 3176

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР ДЛЯ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОИ ИЗОЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ, 5 включающий механическую обработку кремниевых подложек, формирование на поверхности монокристаллической подложки рельефа с углублениями и скрытого слоя; формирование слоя диоксида крем- 10 ния и слоя поликристаллического кремния толщиной больше глубины рельефа, соединение подложек между собой, термообработку под давлением и вскрытие областей монокристаллического кремния, отличающийся тем, что слой поликристаллического кремния формируют толщиной на 5 - 100 больше глубины рельефа, на слои поликристаллического кремния и на подложку без рельефа наносят дополнительный слой диоксида кремния, а на него - соединительный слой толщиной 5 - 95 от глубины рельефа подложек, состава, мас.ф,:

Оксид бора 3-7

Спирт 95-97, термообработку проводят в азотной среде с расходом азота (5,6 - 83) ° 10 м lc.