СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Советский патент 1996 года по МПК H01L21/76 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления изоляции элементов сверхбольших интегральных схем (ИС).

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления изоляции элементов ИС и повышение выхода годных ИС путем устранения пустот в канавках.

На фиг.1 показана структура интегральной схемы в виде подложки со сформированными скрытыми эпитаксиальными слоями, а также с нанесенными пленками окисла кремния и поликремния, вытравленными канавками и сформированной противоканальной областью и окисленными вертикальными стенками канавок; на фиг. 2 структура после заполнения канавок окислом кремния, полученным пиролизом тетраметоксисилана (ТМОС) при пониженном давлении; на фиг.3 структура после удаления окисла кремния до планарности с изолированными областями; на фиг.4 структура изготовленного транзистора интегральной схемы.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 монокристаллическая кремниевая подложка р-типа проводимости, 2 сплошной скрытый слой n⁺-типа проводимости, 3 эпитаксиальный слой n-типа проводимости, 4 пленка поликристаллического кремния, 5 пленка окисла кремния, 6 канавка, 7 диэлектрическая пленка, 8 область противоканального подлегирования, 9 слой двуокиси кремния, 10 область коллектора, 11 область базы, 12 область эмиттера.

Ниже приведен пример реализации предлагаемого способа.

В монокристаллической кремниевой подложке 1р-типа проводимости с удельным сопротивлением 1-10 Ом · см формировали скрытый слой 2 с поверхностным сопротивлением 25-35 Ом/□ и глубиной 2,0-3,0 мкм. Наращивали эпитаксиальный слой кремния 3 n-типа проводимости с удельным сопротивлением 0,8-1,5 Ом·см и толщиной 1,0-1,5 мкм. Термически окисляли эпитаксиальный слой с получением пленки окисла кремния 5 толщиной 0,35-0,4 мкм и осаждали пленку поликремния 4 толщиной 0,15-0,2 мкм.

Методом фотолитографии в пленках окисла кремния и поликремния с помощью плазмохимического травления вскрывали контурные окна шириной 1,8-2,0 мкм, через которые плазмохимическим травлением вытравливали канавки 6 глубиной 5,0 мкм. Затем методом термического окисления на стенках и дне канавки формировали диэлектрическую пленку 7 толщиной 0,05-0,1 мкм.

Методом плазмохимического травления диэлектрическую пленку удаляли со дна канавки и формировали противоканальные р-области 8 имплантацией ионов бора с энергией 50 кэВ и дозой (3-3,2)·10¹⁴ см^-2 (cм.фиг.1).

На полученную структуру вакуумным пиролизом ТМОС осаждали слой двуокиси кремния при давлении 200 Па и 850^оС (см.фиг.2).

В общем случае толщина двуокиси кремния для заполнения канавок должна быть в 1,45 раза больше ширины канавок. Плазмохимическим травлением удаляли слой двуокиси кремния до планарности поверхности структуры (см.фиг.3).

При травлении двуокиси кремния стопором служила пленка поликремния. Далее удаляли пленку поликремния, после чего формировали коллекторную 12, базовую 11 и эмиттерную 10 области транзисторов (см.фиг.4).

Результаты исследований образцов с двуокисью кремния, осажденной на кремниевые пластины со щелевыми углублениями при граничных значениях давления и температуры осаждения, представлены в таблице.

Содержание углерода в слоях SiO₂ определялось методами ОЖЕ- и инфракрасной спектроскопии, скорость травления при травлении образцов в "буферном травителе", а заполнение канавок на растровом электронном микроскопе.

Как следует из таблицы, при температурах ниже 800^оС в слоях SiО₂обнаруживается углерод (находится в виде групп СН₃). Чем ниже температура, тем больше содержание углерода.

При температурах выше 880^оС также обнаруживается углерод в SiO₂ (в этом случае он содержится в виде соединений типа Si-С и СО).

Уменьшение давления ниже 133 Па ухудшает заполнение канавок (образование пустот) вследствие неравномерной абсорбции реагента по высоте ступеньки канавки.

При давлениях более 266 Па заполнение канавок также неудовлетворительно (образование пустот) из-за существенного уменьшения коэффициента диффузии реагента. Вследствие этого снижается массоподвод реагента в глубь канавки.

При осаждении слоев SiO₂ вне диапазонов температуры и давления, указанных в формуле, имеет место большой разброс скорости травления по пластине, что приводит к невоспроизводимости процессов фотолитографии по SiO₂ и к уменьшению выхода годных ИС.

По сравнению с известным способом заполнения канавок двуокисью кремния пиролизом моносилана предлагаемый способ позволяет формировать изоляцию элементов ИС без пустот в канавках.

После стравливания осажденной двуокиси кремния из ТМОС поверхность структуры имеет сглаженный рельеф, что упрощает процессы фотолитографии, формирования металлической разводки и за счет чего повышается выход годных ИС.

Предлагаемый способ формирования двуокиси кремния не требует формирования канавок с наклоном стенок, что технологически упрощает способ получения изоляции элементов и повышает выход годных ИС.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления изоляции элементов сверхбольших интегральных схем. Цель - упрощение технологии изготовления изоляции элементов за счет снижения требований к профилю канавок и повышение выхода годных интегральных схем путем устранения пустот в канавках. Согласно изобретению, заполнение канавок двуокисью кремния производят пиролизом тетраметоксисилана при давлении в реакторе 133 - 266 Па. При этом температуру подложек поддерживают в диапазоне 800 - 880^oС. Устранение пустот снижает технологические требования к профилю канавок и повышает выход годных. 4 ил., 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий формирование в кремниевой подложке сплошного скрытого слоя, наращивание эпитаксиального слоя, осаждение маскирующих пленок, формирование в них окон, вытравливание в эпитаксиальном, скрытом слоях и в исходной подложке канавок, формирование в канавках диэлектрического покрытия, удаление его с дна канавок, противоканальное подлегирование дна канавок, осаждение двуокиси кремния, удаление двуокиси кремния с изолирующих областей и частично с канавок, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления изоляции элементов за счет снижения требований к профилю канавок и повышения выхода годных интегральных схем путем устранения пустот в канавках, осаждение двуокиси кремния производят пиролизом тетраметоксисилана при давлении в реакторе 133-266 Па и 800 880^oС.