СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПОРНОГО СЛОЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ КРЕМНИЙ-НА-ДИЭЛЕКТРИКЕ Российский патент 1997 года по МПК H01L21/76 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам получения структуры типа кремния-на-диэлектрике и может быть использовано при изготовлении высококачественных интегральных схем с диэлектрической изоляцией.

Типичный процесс получения полупроводниковой структуры с взаимно изолированными областями типа кремний-на-диэлектрике заключается в следующем. В монокристаллической подложке формируют канавки (как правило V-образного профиля). Затем стенки канавок заполняют диэлектирческим материалом, поверх которого наращивают опорный слой. С тыльной стороны монокристаллической пластины посредством шлифовки или травления удаляют часть материала, в результате чего в пластине образуются островковые области, изолированные друг от друга диэлектрической изоляции и скрепленные опорным слоем [1, 2]
V-образные канавки получают путем травления реактивными ионами или посредством селективного травления с использованием фотолитографии. В качестве монокристаллической подложки используют кремний.

Одним из важных этапов в технологии получения полупроводниковой структуры типа крмений-на-диэлектрике, является формирование несущего опорного слоя необходимой несколько сотен мкм толщины.

Известны способы формирования опорного слоя полупроводниковой структуры кремний-на-диэлектрике, в которых с целью увеличения толщины опорного слоя на поверхность слоя поликристаллического кремния, закрывающего диэлектрический слой (как правило SiO₂) накладывается монокристаллическая кремниевая пластина, соединяемая тем или иным образом с полупроводниковой структурой. Так, в способе [3] соединяемые поверхности покрывались тонкой пленкой окисла и нагревались при температуре 700-1400^oC: в способе [4] склеивались с последующим химическим соединением, в способе [5] между соединяемыми поверхностями размещалось тонкое металлическое тело.

В качестве прототипа предлагаемого технического решения выбран способ формирования опорного слоя полупроводниковой структуры кремний-на-диэлеактрике, в котором наращивание опорного слоя на поверхности диэлектрического материала, закрывающего выполненные в полупроводниковой монокристаллической пластине разделительные канавки ведут методом химического осаждения из паровой фазы. (6).

Недостатком известного способа является невысокая производительность, обусловленная тем, что скорость осаждения кремния методом химического осаждения из паровой фазы невелика и не превышает 50 мкм/ч. в то время как требуемая толщина опорного слоя 400 мкм.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением повышение производительности способа формирования опорного слоя полупроводинковой структуры "кремний-на-диэлектрике".

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения опорного слоя полупроводниковой структуры "кремний-на-диэлектрике", заключающемся в направлении на поверхность слоя диэлектрического материала, закрывающего выполненные в полупроводниковой монокристаллической пластине разделительные канавки частиц материала опорного слоя и формировании опорного слоя требуемой толщины, частицы материала опорного слоя направляют на поверхность слоя диэлектрического материала в виде порошка, нагревают и осаждают в расплавленном состоянии, при этом осуществляют нагрев полупроводниковой монокристаллической пластины и ее перемещение относительно потока осаждаемого материала.

Нагрев потока порошка материала опорного слоя осуществляют использованием потока фотонов (например, лазерного или светового излучения, или потока электронов (в последнем случае материал опорного слоя должен быть предварительно окислен, что необходимо для обеспечения коэффициента вторичной эмиссии K≈1 и получения устойчивого потока вещества при его разогреве электронным лучом).

В качестве материала опорного слоя используют порошкообразный кремний. В качестве полупроводниковой пластины используют монокристаллический кремний.

На чертеже схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит размещение в вакуумной камере полупроводниковую монокристаллическую пластину 1 с выполненными на ее поверхности разделительными канавками 2, заполненными слоем диэлектрического материала 3, механизм 4 перемещения пластины 1, нагреватель 5 пластины 1, сито 6, в котором находится в порошкообразном состоянии материал опорного слоя, вибратор 7, бункер 9 с щелью 9 и источник нагрева потока порошка материала опорного слоя, выполненный в виде лазера 10. Источник нагрева потока порошка материала опорного слоя также может быть выполнен в виде электронной пушки, снабженной системой магнитного отклонения электронного луча.

Размер ячеек сита 6 выбирается равным 150x150 мкм, размер ширины щели 9 бункера 8 в пределах 25-75 мкм, расстояние от плоскости щели 9 до поверхности, на котором осуществляется наращивание опорного слоя в пределах 0,5-1 см. Выбор параметров в указанных пределах позволяет обеспечить необходимую скорость осаждения материала опорного слоя. Размер длины щели 9 выбирается на 10-15% превышающим диаметр пластины 1.

Механизм 4 может осуществлять как линейное перемещение пластины 1, так и ее вращение вокруг оси.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

В сито 6 засыпается порошкообразный кремний со средним размером частиц 1 мкм. В случае использования в качестве источника нагрева электронной пушки засыпаемый в сито порошок кремния должен быть предварительно окислен, при этом средняя толщина окисной пленки на частице составляет 2,5 мм.

Сито 6 с помощью вибратора подвергается вибрации, в результате чего обеспечивается непрерывная подача порошка в бункер 8. Из бункера 8 через щель 9 порошок попадает на движущуюся в горизонтальном направлении со скоростью 8,33х10 м/с пластину 1, на которой предварительно выполнены разделительные канавки 2, заполненные диэлектрическим материалом 3 SiO₂. С помощью нагревателя 5 пластина 1 нагревается до температуры 800-1000^oC. Перемещение пластины 1 относительно потока осаждаемого материала обеспечивает равномерность по толщине формируемого опорного слоя.

Под действием силы тяжести частицы потока порошка падают на движущуюся пластину 1, подвергаясь при этом воздействию лазерного излучения с плотностью мощности 5х10-1х10 Вт/см² необходимой для расплавления частиц кремния.

Размер области взаимодействия потока порошка кремния с потоком подводной мощности выбирается в пределах 0,1-0,3 см, а расстояние от области взаимодействия до плоскости движущейся пластины 1 составляет не более 0,3 см. При большем расстоянии порошок поступает на поверхность пластины 1 не в виде жидких капель, а уже закристаллизовавшемся, что ухудшает качество формируемого опорного слоя.

В конечном итоге на поверхности слоя 3 диэлектрического материала за время 10-20 мин наращивается опорный слой поликристаллического кремния требуемой толщины 400 мкм.

Предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом позволяет значительно сократить время формирования опорного слоя и тем самым повысить производительность всего технологического процесса получения структуры "кремний-на-диэлектрике".

Использование: в технологии изготовления интегральных схем с диэлектрической изоляцией. Сущность: формирование опорного слоя ведут посредством направления на поверхность слоя диэлектрического материала потока порошка кремния, его нагрева и осаждения в расплавленном состоянии на движущуюся и нагретую до температуры 800-1000^oC полупроводниковую пластину. Нагрев порошка осуществляют фотонным излучением или потоком электронов. А расстояние от зоны взаимодействия излучения с потоком порошка до поверхности движущейся пластины выбирают не более 0,3 см. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения опорного слоя полупроводниковой структуры кремний-на-диэлектрике, включающий направление на поверхность слоя диэлектрического материала, закрывающего выполненные в полупроводниковой монокристаллической пластине разделительные канавки, частиц кремния и формирование слоя кремния, отличающийся тем, что частицы кремния направляют на поверхность диэлектрического материала в виде потока порошка, нагревают поток порошка кремния излучением до расплавления, слой кремния формируют путем осаждения расплавленного порошка на поверхность слоя диэлектрического материала, при этом пластину нагревают до 800 1000^oС и перемещают относительно потока частиц кремния, а расстояние от зоны взаимодействия излучения с потоком частиц кремния до плоскости движущейся пластины выбирают не более 0,3 см. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев потока порошка осуществляют фотонным излучением. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев потока порошка осуществляют потоком электронов.