СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Российский патент 1998 года по МПК H01L21/322 H01L21/324 H01L21/20 

Известно большое количество технических решений, призванных решить проблему создания быстродействующих и радиационно стойких интегральных схем. Суть решения [1], выбранного в качестве аналога, состоит в том, что на лицевой стороне пластины формируют изолирующие канавки, отделяющие островки кремния друг от друга по боковым поверхностям, затем на лицевую сторону пластины наносят несущий слой поликремния, обратную сторону сошлифовывают до уровня изолирующих канавок.

Недостатки способа: невозможность удаления кремния с большой точностью, что является основной причиной брака при изготовлении приборов на основе описанного способа. Способ, изложенный в патенте США [2] и выбранный в качестве ближайшего аналога, частично устраняет недостатки аналога.

Суть способа заключается в том, что на подложке N⁺ типа формируют P-эпитаксиальный слой, поверх которого наносят несущий поликремниевый слой, затем подложку стравливают электрохимическим способом селективно к P-эпитаксиальному слою, после чего проводят формирование полупроводниковых приборов в P-слое.

Использование химического или электрохимического травления до стопорного слоя упрощает задачу получения равнотолщинного остаточного слоя монокристаллического кремния, что существенно улучшает как техническую, так и экономическую сторону изготовления ИС такого типа по сравнению с аналогом. Вместе с тем, он содержит и ряд недостатков, главный из которых - изготовление вторичной несущей поликристаллической подложки толщиной 250 мкм, жесткости которой все равно будет недостаточно для транспортировки и обработки, другим существенным недостатком является использование электрохимического травления. При малых скоростях травления для достижения равномерного удаления процесс становится неоправданно длительным, при выборе больших теряется преимущество перед другими способами, например, шлифовкой.

Еще одним недостатком является то, что описанный способ не позволяет осуществлять доступ к обратной стороне рабочего слоя после формирования вторичной подложки, что не позволит изготавливать, например, мощные дискретные переключающие приборы. На основании вышеизложенного можно утверждать, что описанный способ применим к узкому классу микросхем с ограниченной областью использования. Техническим результатом данного изобретения является создание способа изготовления интегральных схем с высокой радиационной стойкостью и быстродействием, а так же дискретных и интегральных приборов, в том числе безэпитаксиальных, допускающего их вертикальное включение и позволяющего стать доступным для изготовления широкого класса приборов за счет относительно низкой себестоимости их производства.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления дискретных и интегральных приборов, включающем операции формирования функциональных областей приборов в полупроводниковой подложке, формирование разводки, резку и сборку приборов, отличие состоит в том, что в качестве исходной берется полупроводниковая подложка, у которой с обратной стороны формируют геттерирующий слой, проводят геттерирующий отжиг, на лицевой стороне полностью или частично проводят формирование полупроводниковых приборов, утоняют пластину с обратной стороны под активной областью кристалла, под всем кристаллом, или под группой кристаллов, проводят окончательное формирование прибора на лицевой или обратной стороне, одним из известных способов с обратной стороны пластины формируют планарную поверхность, затем проводят дальнейшие операции по сборке кристалла.

Геттерирующий отжиг, о котором говорилось выше, может быть проведен до формирования структуры прибора, в процессе формирования, или перед утонением пластины, в интервале температур от 1100 до 1200^oC в течение 1-4 ч., кроме того, после утонения обратной стороны пластины перед ее транспортировкой или обработкой углубленные области заполняют легкоудаляемым полимерным материалом, например фоторезистом.

Главным достоинством ближайшего аналога является то, что предложен наиболее реальный способ получения тонких слоев монокристаллического кремния для производства интегральных схем с полной диэлектрической изоляцией для повышения их радиационной стойкости.

Главными недостатками способа является трудоемкость, связанная с удалением основной подложки и формированием вторичной, а так же потеря доступа к одной из сторон после формирования вторичной подложки, что не допускает формирования вертикальных структур. Предлагаемый способ изготовления полупроводниковых приборов устраняет перечисленные недостатки. Прежде всего, в качестве несущей конструкции для утоненного слоя монокремния используются остатки пластины первоначальной толщины, жесткости которой в принципе достаточно для проведения транспортных операций, однако при проведении например, фотолитографических операций, в случае, когда толщина пленки составляет несколько десятков микрон, целесообразно утоненные области заполнить каким-либо легкоудаляемым полимерным материалом, например, фоторезистом, который придаст дополнительную жесткость пластине и, главное, защитит тонкий слой кремния от повреждений.

При таком подходе доступными для обработки являются обе стороны пластины, что является основой для создания приборов с большей степенью интеграции за счет вынесения части функциональных элементов прибора, например разводки или ее части, на обратную сторону, а так же для изготовления приборов с вертикальным включением, например дискретных сильноточных ключей на основе биполярных или полевых транзисторов, поскольку для их изготовления необходим контакт к обратной стороне. Технология ближайшего аналога такую возможность не предоставляет.

Далее, предлагаемый способ не использует стопорного слоя и, соответственно, сложных сопутствующих операций для получения монокристаллического равнотолщинного слоя кремния при утонении подложки. Это является следствием того, что экспериментально установлено, что разнотолщинность слоя, получаемого в результате химического травления, помимо геометрических характеристик пластины, определяется, так же концентрацией микродефектов, механическими напряжениями, а также их распределением внутри пластины.

Высокотемпературный отжиг при наличии геттерирующего слоя с обратной стороны пластины позволяет, с одной стороны, значительно снизить их количество в объеме, а, с другой стороны, упорядочить их распределение по глубине с градиентом в сторону геттерирующего слоя. Такая обработка пластин, с учетом их геометрии позволяет получить приемлемую величину разнотолщинности остаточного монокристаллического слоя, которая не превышает 4-7 мкм, а при ужесточении требований к геометрическим характеристикам исходных пластин может быть еще меньше.

Как следует из вышеизложенного, при изготовлении дискретных и интегральных приборов с использованием предлагаемого способа, в тех случаях, когда это не является обязательным условием, не требуется выращивания эпитаксиальных слоев, например, для изготовления высоковольтных приборов или интегральных схем, для которых низкоомный коллекторный слой формируют после утонения пластины.

При поведении фотолитографических операций с обратной стороны могут возникнуть сложности, связанные с нанесением фоторезиста на обратную сторону пластины после ее утонения. Для упрощения этой задачи целесообразно объединить несколько областей утонения, а для сохранения жесткости пластины увеличить расстояние между областями утонения. Эти параметры зависят от площади кристалла, требований к остаточной толщине утоняемой области и подбираются экспериментально. Изготовленные таким образом кристаллы для сборки непригодны, поскольку углубление с обратной стороны, если оно выполнено под частью кристалла, значительно усложнит сборку кристалла и наложит жесткие ограничения на тепловой режим прибора, если же углубление было изготовлено под всем кристаллом, то пластина непригодна даже для скрайбирования.

Для подготовки сборки кристалла предназначены операции создания планарной поверхности с обратной стороны. Для этих целей может быть использована пластмасса, если к кристаллу не предъявлено особых требований к тепловым режимам работы кристалла. В противном случае, после нанесения диэлектрических слоев на обратную сторону, если это необходимо, наносят слой металла, например, напылением, затем проводят электрохимическое доращивание металла до требуемой толщины, затем шлифовкой металла и пластины или только металла доводят обратную сторону до планарного состояния, после чего производят резку и сборку кристаллов.

Решение поставленной задачи позволяет получить новый технический результат, а именно: создавать безэпитаксиальные высоко- и низковольтные дискретные и интегральные приборы с вертикальным включением, радиационно стойкие интегральные схемы с полной диэлектрической изоляцией.

Пример 1.

Изготавливается интегральная схема с полной диэлектрической изоляцией, со скрытыми слоями N₊-типа глубиной 5 мкм, эпитаксиальным слоем толщиной 2 мкм на подложке КЭФ-4, 5, ориентацией (100) и обратной стороной, обработанной селективным травителем для получения развитой поверхности, которая будет являться геттером.

После окончательного формирования компонентов схемы на лицевой стороне с обратной стороны пластины проводят локальное травление подложки в 30%-ном растворе КОН до областей боковой диэлектрической изоляции. Геттерирующий отжиг пластины проводят во время формирования скрытых слоев и выращивания эпитаксиальной пленки при температуре 1150^oC. В данном примере утонение пластины проводят под всей поверхностью кристалла, включая контактные площадки.

После локального утонения подложки на ее обратную сторону наносят слой диэлектрика, например, SiO₂ толщиной 0,6-1 мкм, затем слой металла до полного или частичного заполнения углубленных областей, 7 после чего проводят шлифовку до получения планарной поверхности, пригодной для проведения сборочных операций. Описанная последовательность приведена на фиг. 1-3, где 1-компоненты интегральной схемы, 2-разводка A1, 3-боковая диэлектрическая изоляция, 4-диэлектрик, 5-эпитаксиальный слой, 6-скрытый слой, 7-подложка, 8-область утонения подложки, 9-диэлектрик, 10-металл.

Пример 2.

Изготавливается интегральная схема с полной диэлектрической изоляцией без скрытого и эпитаксиального слоя в подложке, аналогичной примеру 1. Геттерирующий отжиг проводят перед формированием транзисторных структур ИС. Утонение обратной стороны пластины проводят только под активными областями кристаллов ИС.

Разрез структуры примера приведен на фиг. 4, где обозначение слоев совпадает с фиг. 1-3 примера 1.

Пример 3.

Изготавливается интегральная схема с полной диэлектрической изоляцией аналогично примеру 2. Отличие состоит в том, что для повышения степени интеграции часть разводки выполнена с обратной стороны пластины. Разрез структуры примера приведен на фиг.5, где обозначение слоев совпадает с фиг. 1-4 примеров 1-2 с дополнением: 11-диэлектрик, 12-раэводка A1 с обратной стороны кристалла.

Изобретение относится к области изготовления интегральных схем. Сущность: предлагается способ изготовления как дискретных приборов, так и интегральных схем, формируемых в полупроводниковой подложке, которая затем утоняется с помощью химического травления. Равномерность травления обеспечивается за счет формирования с обратной стороны пластины геттерирующего слоя и последующего геттерирующего отжига, которые позволяют уменьшить и упорядочить концентрацию микродефектов в объеме пластины. Подготовка к сборочным операциям включает в себя создание планарной поверхности с обратной стороны. 5 з. п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ изготовления интегральных схем, включающий, операции формирования элементов интегральных схем в полупроводниковой пластине, формированием разводки, межоперационную транспортировку, резку и сборку приборов, отличающийся тем, что в полупроводниковой пластине формируют с обратной стороны геттерирующий слой, проводят геттерирующий отжиг, на лицевой стороне полностью или частично проводят формированием элементов интегральных схем, проводят утонение пластины с обратной стороны под активной областью интегральной схемы, под всей интегральной схемой, или под группой интегральных схем, проводят окончательное формирование прибора на лицевой или обратной стороне, одним из известных способов с обратной стороны пластины формируют полностью или частично планарную поверхность, после чего проводят резку пластины и сборку приборов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что геттерирующий отжиг проводят при температуре 1100 - 1200^oС в инертной или слабоокислительной среде в течении 1 - 4 ч. 3. Способ по пп.1 - 2, отличающийся тем, что геттерирующих отжиг проводят перед утонением пластины. 4. Способ по пп.1 - 2, отличающийся тем, что геттерирующий отжиг проводят перед формированием активных областей интегральных схем. 5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что геттерирующий отжиг совмещают с формированием активных областей интегральных схем. 6. Способ по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что после утонения обратной стороны пластины перед ее транспортировкой углубленные области заполняют легкоудаляемым полимерным материалом, например, фоторезистом.