Способ изготовления полупроводниковых кремниевых структур Советский патент 1993 года по МПК H01L21/78 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых кремниевых структур.

Известен способ изготовления полупроводниковых структур, включающий операции формирования элементов структуры в полупроводниковой подложке с маскирующим их пиэлектрическим покрытием, вскрытие контактных областей к элементам структуры и под разделительные канавки. Формирование металлизированной разводки с использованием фоторезистивной маски и разделительных канавок, удаление фоторезистивной i маски, нанесение защитной диэлектрической пленки и вскрытие окон в ней.

контроль электропараметров, нанесение защитной маски, скрайбирование, удаIОление продуктов скрайбирования и разламывание подложки на отдельные кристаллы.

ю ел

Основньм недостатком этого способа является необходимость глубокого травления разделительных канавок, что приемлемо не для всех типов инте(- ральных схем.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления полупроводниковых кремниевых структур, включающий формирование элементов структуры в полупроводниковой кремниевой подложке с маскирующим их диэлектрическим покрытием двуокиси кремния, вскрытие контактных окон, нанесение металла, формирование металлизированной разводки с использованием фоторезистивмой маски, удаление фоторезистивной маски, надрезание структуры на глубину не более 2/3 ее толщины,- удаление продуктов надрезания, нанесение защитной диэлектрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки на кристаллы,

К основным недостаткам способа следует отнести низкое качество ди;Электрической защиты краев кристалла обусловленное загрязнением этой части поверхности кристалла продуктами надрезания (скрайбирования), что повышает уровень поверхностных токов утечек с Надрезание полупроводниковой подложки на отдельные кристаллы возможно лазерным лучом или алмазными дисками,

В случае лазерного скрайбирования на лицевую поверхность полупроводниковой подложки наносят маску, которая защищает поверхность полупроводниковой подложки и металлизированной разводки от поверхностных загрязнений продуктами скрайбирования.: После скрайбирования маску удаляют, а вместе с ней и часть продуктов скрайбирования, остается только буртик {высотой 9-12 мкм и шириной 12-15 мкм), состоящий из конгломерата выгоревшей защитной маски, кремния и окиси кремния. Буртик является проводящим, однако удалить последний с поверхности пластины или получить на нем качественную защитную пленку практически не удаляется из-за сложной по составу и рыхлой его структуры.

При дископс надрезании подложки защитную маску на поверхность пластины не наносят, так как она будет засаливать инструмент и, следовательно, снижать его стойкость и ухудшать качество реза. При TaKOf-i надрезании по краю реза образуется нарушенный слой подложки, амикронные частицы кремния загрязняют контактные площадки (поры металла и периметр разводки) и спрессовываются по краю реза, удалить данные загрязнения и дефекты отмывками не удается, а применить травление в данном случае нельзя, так как будет вытравливаться кремний из алюминиевой разводки npo

реагировавший при вжигании алюминия и добавленный в металл при напылении, например, для БИС), что приводит к нарушениям и порам в последней. Получить качественную диэлектрическую пленку на таком слое также не удается .

Сложность способа в случае лазерного надрезания подложки состоит в том, что требуется проведение специальных операций нанесения и удаления защитной маски.

Цель изобретения - упрощение способа и уменьшение уровня поверхностных токов утечек.

Поставленная цель достигается тем что в способе изготовления полупроводниковых кремниевых структур, включающем формирование элементов структуры в кремниевой подложке с маскирующим их диэлектрическим покрытием двуокиси кремния, вскрытие контактных окон, нанесение металла, формирование металлизированной разводки с использованием фоторезистивной маски удаление .фоторезистивной маски, надрезание структуры на глубину не более 2/3 ее толщины, удаление-продуктов надрезания, нанесение защитной диэлектрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки на кристаллы, после формирования металлизированной разводки фоторезист оставляют на металлизированной поверхности структур, затем проводят надрезание подложки, а удаление фоторезиста и продуктов надрезания проводят в едином технологическом цикле с очисткой поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и металла путем плазмохимической обработки во фторсодержащей среде

Оставляя фоторезист на металлизированной разводе, осуществляют защиту металла подложки при надрезании от загрязнения продуктами надрезания, а при очистке от вытравливания кремния из металлизации. При такой защите можно также наиболее эффективно проводить лазерное скрайбирование, так как отсутствие защитной маски на разделительных дорожках способствует увеличению глубины реза, а высота буртика при этом уменьшается и состоит он только из кремния и продуктов термической реакции его с воздухом. Следующей после надрезания очисткой

51

удаляют продукты надрезания и буртик с поверхности подложки, а также удаляют поверхностный дефектный и загрязненный слой маскирующего диэлектрического покрытия двуокиси кремния.

Отсутствие специальной операции нанесения защитной маски, а также очистки подложки от продуктов скрайбирования маскирующего диэлектрического покрытия и металлизированной разводки в одном технологическом цикле упрощает способ и сокращает время его проведения

Пример, Полупроводниковую подложку кремния толщиной 250 мкм п-типа проводимости, служащую коллектором, подвергают термическому окислению при температуре 1150°С в течение 3 ч. Процесс проводят в комбинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода, еыращивая маскирующее диэлектрическое покрытие двуокиси кремния. В результате получают пленку толщиной А/0,8 мкм, достаточную для маскирования подложки от последующих операций диффузии и селективного травления Через вскрытое фотолитографическое окно в покрытии формируют вначале базовую область, например, термической загонкой бора из борного ангидрида с последующей его разгонкоГ; при температуре 1150°С в комбинированной среде сухого и увлажненного водянь1ми парами кислорода до глубины 3 мкм„ В этом же процессе получают маскирующее диэлектрическое покрытие двуокиси кремния толщиной л/0,6 мкм о

Далее формируют эмиттерную область, например, термической диффузией фосфора из хлорокиси фосфора при температуре в среде азота с добавлением кислорода, так что в процессе диффузии вырастает также маскирующее диэлектрическое покрытие фосфорно-силикатного стекла толщиной 0, мкм„

К сформированным областям базы эмиттера фотогравировкой открывают контактные области, после чего фоторезист снимают и проводят отмывку пластины в перекисноаммилчной смеси. Затем осуществляют вакуумное напыление алюминия до толщины ,5 мкм.

Металлизированную разводку формируют фотогравировкой с травлением

608956

алюминия в травителе состава : : HNOj : СН.СООН : Р (l40:6:30:5),: используя мчскируклцие свойства фотоg резиста, который в качестве маски осг тавляют при скрайбировании канавок, .|ри этом фотолитографию осу111ествляют нанесением фоторезиста ЛП-ЗВЗ на основе новолачной смолыо Резист нано 0 сят центрифугированием со CKOffocrbro вращения 3000 об/мин толщиной- Т мкм„

,1ялее следует сушка при температуре л в течение 15 мин, совмещение, экспонирование, проявление в 15 0, растворе щелочи КОН и вскрытие контактных областей селективным травлением

Яатем, не удаляя фоторезист, т„е, оставляя его на металлизированной поверхности структур, проводят скрайбирование подложки путем нанесения сетки канавок. При этом фоторезистивную маску используют для защиты металлизиррванной разводки от загрязнения 25 продуктами лазерного испарения кремния, осаждающимися при лазерном скрайбировании.

Режимы лазерного скрайбирования: ток накачки (мощ30 ность излучения) JO А, скорость скрайбирования15 см/с частота следования импульсов 27 кГц, 25 В результате получают канавки шириной 20 мкм и глубиной 100 мкм, при этом прочность полупроводниковой подложки достаточна для выполнения с ней последующих операцийо 40 После этого в едином технологическом цикле проводят удаление продуктов лазерного скрайбирования (надрезйния), очистку поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и 45 металла путем плазмохимической обработки во фторсодержащей среде, в которую сначала добавляют азот (Ср4. : : N2 1:1), а зйтем добавляют 15 кислорода,

50 Режим травления: напряжение на

аноде3 кВ,

ток ансда0,7 А

ток сетки0,3 А

55 давление в

камере (Р) 133 Па, время травления 12 мин . Указанная травящая среда и условия ее образования обладают селектив

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР, включающий формирование элементов структуры в кремниевой подложке с маскирующим их диэлектрическим покрытием двуокиси кремния, вскрытие контактных окон, нанесение металла, формирование металлизированной разводки с использованием фоторезистивной маски, удаление фоторезистивной маски, надрезание структуры на глубину не более 2/3 ее толщины, удаление продуктов надрезания, нанесение защитно11 диэлектрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки на кристаллы, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и уменьшения уровня поверхностных токов утечек, после формирования металлизированной разводки фоторезист оставляют на металлизированной поверхности структур, затем проводят надрезание подложки, а удаление фоторезиста и продуктов надрезания проводят в едином технологическом цикле с очисткой поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и металла путем плазмохимической обработки во (Л фторсодержащей среде« с