СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2003 года по МПК H01L21/76 

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

Известен способ получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов (1), 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 известного способа является то, что эпитаксиальный слой кремния в углублениях рельефа имеет относительное 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.

Кроме этого сложность технологии ведет к снижению процента выхода годных структур.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления полупроводниковых приборов (2), включающий механическую обработку подложек кремния, формирование на поверхности монокристаллического кремния подложки рельефа с углублениями и выступами, и скрытого слоя, формирование слоя диоксида кремния и слоя поликристаллического кремния больше глубины рельефа, полировку его до получения плоской поверхности, соединение его с поликристаллической пластиной и термическую обработку при температуре большей 1100^oС, вскрытие областей монокристаллического кремния.

Недостатком известного способа является высокие требования к геометрическим формам соединяемых поликристаллических слоев, трудности с использованием кремневых пластин больших диаметров, особые требования к среде процесса. 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, согласно работе (3) это размер порядка 80,0 нм.

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

Обрезка по кромке не менее 2 мм соединяемых пластин, т.к. при механических видах полировки происходит снятие фаски по кромке, что приводит к плохому качеству соединения по кромке пластин и дальнейшим сколам краев структур при механической обработке.

Использование подложек больших диаметров (больших 100 мм) еще больше усложняет техническую сторону требований к геометрической форме поверхности соединяемых пластин.

Процесс соединения поликристаллических слоев без соединительного слоя должен протекать либо в вакууме, либо в полированных поверхностях должны формироваться каналы для удаления либо среды сварки, либо продуктов газовыделения поликристаллического кремния при нагревании свыше 1100^oС. Если не проводить вакуумирование процесса (делающего процесс более сложным и дорогим) или не формировать каналы газовыделения (также удорожающие структуры), то будет происходить снижение качества соединительного слоя за счет наличия в нем продуктов газовыделения, и, как следствие, снижение процента выхода годных структур.

В предлагаемом способе получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов, включающий механическую обработку кремниевых подложек, формирование на поверхности монокристаллической подложки рельефа с углублениями и скрытого слоя, формирование слоя диоксида кремния 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 слой поликристаллического кремния и подложку без рельефа дополнительно наносят слои диоксида кремния, на которые наносят соединительный слой состава, мол. %: диоксид кремния, полученный плазмохимическим способом от (0,077 Т-14,3) до (0,077 Т-38), оксид бора от (100-(0,077 Т-14,3)) до (100-(0,077 Т-38)), где Т - температура термообработки, ^oС, при этом термообработку проводят в гомогенной газовой среде при температуре синтеза боросиликатных соединений, при скорости газовой среды от (0-83)х10^-5 м³/с.

Применение раствора оксида бора указанного состава в качестве основы соединительного слоя позволяет избежать высокоточной полировки и фаски, образующуюся при полировке, по кромке пластины.

Выбор режимов термообработки оптимальный с точки зрения экспериментальных данных и данных источника (4).

Т. к. толщина соединительного слоя превышает неровности рельефа, а также сам его состав позволяет сгладить дефекты соединяемых поверхностей, при этом нарушенный слой и фаска по кромке не образуется.

Наличие синтезируемого соединительного слоя, находящегося под давлением, толщина которого уменьшается, а плотность в процессе синтеза увеличивается, способствует удалению газообразных продуктов синтеза по кромке структуры и значит формированию бездефектного соединительного слоя.

На фиг. 1 показана кремневая подложка после формирования скрытого слоя, пленки диоксида кремния, соединений поликристаллического кремния, пленки диоксида кремния и нанесенного соединительного слоя указанного состава.

На фиг. 2 показана монокристаллическая подложка без рельефа после нанесения пленки диоксида кремния и соединительного слоя указанного состава.

На фиг.3 показана структура после соединения кремневых подложек.

На фиг.4 показана структура после вскрытия областей монокристаллического кремния.

Перечень позиций
Кремневая подложка с рельефом п-типа проводимости - 1.

Скрытый слой п + - типа проводимости - 2.

Пленка диоксида кремния - 3.

Слой поликристаллического кремния без рельефа - 4.

Пленка диоксида кремния - 5.

Соединительный слой указанного состава на подложке с рельефом - 6.

Кремневая подложка без рельефа - 7.

Пленка диоксида кремния на подложке без рельефа - 8.

Соединительный слой указанного состава на подложке с рельефом - 9.

Соединительный слой из соединений боросиликатной системы - 10.

Область монокристаллического кремния после вскрытия - 11.

Пленка диоксида кремния - 12.

Изобретение осуществляется следующим образом.

На кремневой подложке 1 п-типа проводимости (фиг.1) формируют рельеф с углублениями и выступами, глубиной 25-65 мкм. Диффузией создают скрытый слой + п-типа 2 толщиной 3-6,5 мкм. На окисленный слой рельефа 3 наносят слой поликристаллического кремния толщиной 26,3-130 мкм эпитаксиальным наращиванием. На него в свою очередь наносят пленку диоксида кремния 5 толщиной 0,7-1,4 мкм, затем на нее методом пульверизации наносят слой 6 из следующего состава, вес. %: оксида бора 3-40, диоксид кремния - спирт 97-60, толщиной 1,3-63,7 мкм. На вторую кремневую пластину 7 без рельефа (фиг.2) после нанесения пленки диоксида кремния толщиной 0,7-1,4 мкм, также наносят соединительный слой указанного состава 9, такой же толщины, как и на первую пластину, тем же методом. Пластины соединяют (фиг.3) под давлением не менее 0,3 кг/м и производят термическую обработку в гомогенной среде с расходом кислорода от 0 до 83х10^-5 м³/с, при оптимальной температуре (1200-1215)^oС в течение 10-30 мин. Затем производят вскрытие областей монокристаллического кремния двусторонней шлифовкой и односторонней полировкой.

Завершается процесс нанесением пленки диоксида кремния 12 (фиг.4) толщиной 0,7-1,4 мкм.

Применение оксида бора в качестве основного компонента соединительного слоя позволяет получать дешевые структуры, больших диаметров, исключить применение высокоточной планирезации соединяемых поверхностей.

Источники информации
1. Клюбина З. Д., Михайлов Ю.А., Сорокина Н.Т. "Структуры с диэлектрической изоляцией кремния электронной и дырочной проводимости". Электронная техника. Вып. 8/92-9/93/, с. 46-48.

2. Заявка Японии 63-141345, H 01 L 21/76.

3. Сугаио Т., Икома Т. и др. Введение в микроэлектронику: Пер. с яп. - М.: Мир, 1988, с. 181.

4. Горта З. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. -М.: Радио и связь, 1991, с. 194о

Использование: в микроэлектронике, а именно в технологии изготовления структур для интегральных схем. Сущность изобретения: способ изготовления структур предусматривает соединение двух кремниевых пластин, посредством соединений боросиликатной системы, путем синтеза в гомогенной (газовой) среде из следующего состава компонентов: диоксид кремния, полученный плазмохимическим способом от (0,077Т-14,3) до (0,077 Т-38), оксид бора от (100-(0,077 Т-14,3)) до (100-(0,077 Т-38)), где Т - температура термообработки, ^oС, при этом термообработку проводят в гомогенной газовой среде при температуре синтеза боросиликатных соединений, при скорости газовой среды от (0-83)х10^-5 м³/с. Техническим результатом изобретения является уменьшение стоимости структур, получение структур диаметром 100 мм. 4 ил.

Способ получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов, включающий механическую обработку кремниевых подложек, формирование на поверхности монокристаллической подложки рельефа с углублениями и скрытого слоя, формирование слоя диоксида кремния 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 слой поликристаллического кремния и подложку без рельефа дополнительно наносят слои диоксида кремния, на которые наносят соединительный слой состава, мол. %: диоксид кремния, полученный плазмохимическим способом от (0,077Т-14,3) до (0,077 Т-38), оксид бора от (100-(0,077 Т-14,3)) до (100-(0,077 Т-38)), где Т - температура термообработки, ^oС, при этом термообработку проводят в гомогенной газовой среде при температуре синтеза боросиликатных соединений, при скорости газовой среды от (0-83)x10^-5 м³/с.