Способ получения ориентированных пленок кремния на окисленном кремнии методом боковой эпитаксии Советский патент 1992 года по МПК C30B13/00 C30B29/06 H01L21/20 

Изобретение относится к выращиванию пленок кремния и может быть использовано в электронной технике для производства полупроводниковых интегральных схем или чувствительных элементов тензопреобразо- вателей на.базе структур кремний на диэлектрике.

Известен способ получения ориентированных пленок кремния методом боковой эпитаксии, включающей формирование на поверхности кремниевой подложки слоя оксида кремния, имеющего сквозные щелевые

отверстия, осаждение на слое оксида кремния пленки поликристаллического кремния, нанесение на ее поверхность защитного покрытия, подогрев подложки до 500°С, зонную .перекристаллизацию пленки поликристаллического кремния с последующим удалением защитного покрытия.

В известном способе пленка поликристаллического кремния через сквозные щелевые отверстия (затравочные окна) контактирует с монокристаллической подложкой. С помощью сфокусированного

лазерного излучения в пленке кремния формируют зону расплава диаметром около 50 мкм, которую перемещают вдоль пленки путем многократного последовательного сканирования лазерного пучка, причем за затравочными окнами пленка кремния наследует кристаллографическую ориентацию подложки.

Недостатком этого способа является образование большого числа дефектов в ме- стаж стыковки соседних проходов зоны расплава.

Наиболее близким к изобретению является способ получения ориентированных пленок кремния на окисленном кремнии ме- годом боковой эпитаксии, включающей формирование на поверхности кремниевой подложки слоя оксида кремния, имеющего сквозные затравочные окна, осаждение на слое оксида кремния пленки поликристал- лического кремния, нанесение на ее поверхность защитного покрытия, подогрев подложки и перекристаллизацию пленки поликристаллического кремния полосковой зоной расплава.

Подложку подогревают до общей температуры 1280-1350°С. Сфокусированным в узкую полоску световым излучением в пленке поликристаллического кремния создают полосковую зону расплава шириной 1-4 мм и длиной на всю подложку. Перекристаллизацию пленки кремния проводят путем однократного перемещения зоны расплава вдоль пленки в направлении нормали к полоске расплава.

Однако известный способ неэффективен для получения пленок толщиной менее 1 мкм, так как в области затравочного окна, где подложка испытывает максимальный нагрев, она плавится на большую глубину (до 100-200 мкм), причем кристаллизация этих локально расплавленных участков приводит к образованию на поверхности структуры остроконечных холмиков, выступающих над поверхностью подложки и на- рушающих ее планарность. В результате, качество и выход годных структур резко снижаются.

Целью способа является повышение выхода годных пленок за счет устранения пи- рамид роста на подложке.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения ориентированных пленок кремния на окисленном кремнии методом боковой эпитаксии, вклю- чающему формирование на поверхности кремниевой подложки слоя оксида кремния, имеющего сквозные затравочные окна, осаждение на слое оксида кремния пленки поликристаллического кремния, нанесение

на ее поверхность защитного покрытия, подогрев подложки и перекристаллизацию пленки поликристаллического кремния полосковой зоной расплава, затравочные окна формируют в виде узких сплошных или прерывистых полосок шириной не более 5 мкм, а над затравочными окнами и на прилегающих к ним участках шириной не менее 3 мкм толщина пленки поликристаллического кремния в 1,5-5 раз превышает толщину пленки на остальных участках.

На чертеже приведена более толстая пленка поликристаллического кремния.

Пленка способна отводить по обе стороны от затравочного окна большее количество тепловой энергии. Поэтому с увеличением в окрестности узкого затравочного окна толщины пленки кремния тепловой поток; нагревающий подложку через затравочное окно, существенно уменьшается. В результате понижается вероятность плавления подложки на большую глубину. В случае использования в окрестности затравочных окон пленок кремния толщиной более 0,8 мкм плавление подложки практически не имеет места. Если ширина участка с повышенной толщиной пленки кремния меньше 10 мкм (по 3 мкм с двух сторон затравочного окна и 4 мкм ширина окна), теплоотвод от затравочного окна осуществляется недостаточно эффективно. Увеличение ширины затравочного окна также приводит к снижению эффективности способа, Толщина пленки на этих участках выбирается исходя из того, что, если она превышает толщину пленки на рабочих участках менее, чем в 1,5 раза, не удается избежать локального плавления подложки. Максимальное значение отношения толщин пленки кремния используется для пленок толщиной около 0,2 мкм и ограничивается (до 5 раз) с целью ограничить высоту ступеньки в кремниевом слое. Затравочные окна формируют длиной на всю подложку параллельно друг к другу на расстоянии, равном сумме размера кристалла микросхемы и ширины дорожки реза между кристаллами.

Затравочные окна располагаются вдоль середины дорожек реза, а выращенная ориентированная пленка кремния - на кристалле микросхемы между затравочными окнами. Тогда выбор максимальной толщины пленки кремния в окрестности затравочных окон и ширины этого участка может быть произвольным, так как он не связан с топологией микросхемы, причем оказываются допустимыми некоторые дефекты при затравлении пленки от подложки. Кроме того, полученные структуры могут использоваться для микросхем с различной топологией (но одинакового размера кристалла), без учета при их проектировании конфигурации затравочных окон. Дублирование затравочных окон перед каждым кристаллом необходимо для устранения возможного некачественного затравления на предыдущем затравочном окне.

Пример 1. Пластину кристаллического кремния с ориентацией (100) окисляют в атмосфере влажного кислорода при 1150°С до толщины окисла 1 мкм. Затем с помощью фотолитографии и травления в буферном растворе HF в пленке оксида кремния на расстоянии 50 мкм друг от друга формируют сквозные затравочные окна в форме прямолинейной щели шириной 5 мкм и длиной на всю подложку. На пленку оксида кремния с затравочными окнами при 620°С в реакторе пониженного давления осаждают слой поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм. По слою поликристаллического кремния проводят фотолитографию, оставляя маску из фоторезистора только вдоль затравочных окон на расстоянии + 5 мкм от них. Незащищенную фоторезистором пленку поликристаллическогр кремния удаляют плазмохимическим травлением. Маску из фоторезистора удаляют в кислородной плазме, затем повторно осаждают слой поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм. На его поверхности формируют защитный слой из оксида кремния толщиной 1 мкм, В результате на расстоянии 5 мкм от затравочных окон пленка поликристаллического кремния имеет толщину 1 мкм, а на остальных участках подложки (на расстоянии около 50 мкм между затравочными окнами) 0,5 мкм. Полученную структуру нагревают до 1300°С. Действием сфокусированного в узкую протяженную полоску излучения непрерывного лазера (марки ЛТН- 103) в пленке поликристаллического кремния создают полосковую зону расплава шириной около 0,5 мм и длиной на всю подложку. Перемещая подложку со скоростью около 1 мм/с, проводят процесс зонной перекристаллизации. В результате пленка поликристаллического кремния подвергается перекристаллизации на всей поверхности подложки диаметром до 100 мм. При этом плавление подложки в окрестности затравочных окон не имеет место и, следовательно, пирамидки роста на выращенных структурах отсутствуют.

Известная методика позволяет вырастить пленки кремния толщиной 0,5 мкм, однако при этом вдоль затравочных окон в

основном на центральных участках подложки формируются пирамидки роста. Длина таких участков составляет около 40% от общей длины затравочных щелей.

Следовательно, предлагаемый способ позволяет увеличить полезную площадь поверхности пленок на 40%.

Пример 2. Проводят операции, аналогичные примеру 1, отличие заключалось в

том, что толщина пленки поликристаллического кремния в окрестности затравочных окон составляет 1 мкм, а на остальных участках 0,3 мкм. Полоски затравочных окон формируют в виде цепочки прямоугольных

отверстий размером 3x5 мкм2 через каждые 10 мкм. Эти полости располагают на расстоянии 5,2 мм (размер кристалла микросхемы плюс ширина дорожки реза) друг от друга. При этом для формирования

участков пленки с повышенной толщиной используют полоски фоторезистора шириной 200 мкм, по топологии фотомаски для дорожек реза (на расстоянии ± 100 мкм от затравочных окон).

В результате получены пленки толщиной 0,3 мкм без пирамидок роста в окрестности затравочных окон. Между полосками затравочных окон на расстоянии 5,2 мм пленка сохраняет ориентацию подложки.

Формула изобретения

1.Способ получения ориентированных пленок кремния на окисленном кремнии методом боковой эпитаксии, включающий

формирование на поверхности кремниевой подложки слоя оксида кремния, имеющего сквозные затравочные окна, осаждение на слое оксида кремния пленки поликристаллического кремния, нанесение на ее

поверхность защитного покрытия, подогрев подложки и перекристаллизацию пленки поликристаллического кремния по- лосковой зоной расплава, отличающий- с я тем, что, с целью повышения выхода

годных пленок за счет устранения пирамид роста на подложке, затравочные окна формируют в виде узких сплошных или прерывистых полосок шириной не более 5 мкм, а над затравочными окнами и на прилегающих к ним участках шириной не менее 3 мкм толщина пленки поликристаллического кремния в 1,5-5,0 раз превышает толщину пленки на остальных участках.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что затравочные окна формируют длиной на всю подложку параллельно друг к другу на расстоянии, равном сумме размера кристалла микросхемы и ширины Дорожки реза между кристаллами.

St О,

SIO )

Изобретение относится к выращиванию пленок кремния, может быть использовано в электронной технике для производства полупроводниковых интегральных схем или чувствительных элементовтензопреобразо- вателей на базе структур кремний на диэлектрике и позволяет повысить выход годных пленок за счет устранения пирамид роста на подложке. Пластину кристаллического кремния окисляют, затем в оксидном слое формируют сквозные затравочные окна в виде узких сплошных или прерывистых полосок шириной не более 5 мкм. Затем на затравочных окнах формируют слои поликристаллического кремния, причем над затравочными окнами и на прилегающих к ним участках шириной не менее 3 мкм толщина пленки полукристаллического кремния s 1,5-5,0 раз превышает толщину пленки-на остальных участках. Затем проводят перекристаллизацию пленки полоскс- вой зоной расплава. Затравочные окна могут быть сформированы длиной на всю подложку параллельно друг к другу на расстоянии, равном сумме размера кристалла микросхемы и ширины дорожки реза между кристаллами. 1 з.п,ф-лы, 1 ил. ,««., IXJ

подложка Si (100)