Способ изготовления структур кремниевых интегральных схем с диэлектрической изоляцией компонентов

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР КРЕМНИЕВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ КОМПОНЕНТОВ, включающий формирование в монокристаллической кремниевой пластине локальных скрытых слоев, вытравливание канавок в пластине, защиту полученного рельефа диэлектриком, осаждение со стороны рельефа поликристаллического кремниевого опорного слоя, формирование монокристаллических областей, формирование в этих областях р-п-переходов, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных структур и надежности интегральных схем путем повышения напряжения пробоя р-п-переходов, канавки вытравливают в пластине на расстоянии от локальных скрытых слоев, не меньшем глубины проникновения примеси скрытых слоев в пластину, после проведения операций защиты рельефа диэлектриком, осаждения поликристаллического кремниевого опорного слоя и формирования в монокристаллических областях р-п-переходов.

Изобретение относится к производству полупроводниковых микросхем, в частности к изготовлению структур высоковольтных кремниевых интегральных схем с диэлектрической изоляцией компонентов.
Цель изобретения - увеличение выхода годных структур и надежности интегральных схем путем повышения напряжения пробоя p-n-переходов.
Последовательность технологических операций для осуществления данного способа приведена на фиг.1-6.
На фиг.1 изображена структура интегральной схемы после формирования локальных скрытых слоев; на фиг.2 - структура после травления канавок; на фиг. 3 - структура после нанесения на рельеф диэлектрика; на фиг.4 - сформированная структура высоковольтных интегральных схем с диэлектрической изоляцией компонентов; на фиг.5 - структура после нанесения поликристаллического опорного слоя; на фиг.6 - вольтамперные характеристики p-n-переходов, полученных по предлагаемому и известному способам.
На чертежах обозначены монокристаллическая кремниевая пластина 1, пленка двуокиси кремния 2, локальный скрытый слой 3, пленка двуокиси кремния 4, канавка 5, защитная пленка двуокиси кремния 6, поликристаллический кремниевый опорный слой 7, область p-типа проводимости 8, область n⁺-типа проводимости 9, металлизация 10, вольтамперная характеристика 11 p-n-перехода, полученная по предлагаемому способу, вольтамперная характеристика 12 p-n-перехода, полученная по известному способу.
П р и м е р. Пластину 1 монокристаллического кремния (см. фиг.1) ориентации [100] n-типа проводимости с удельным сопротивлением 30 Ом см окисляют 15 мин при 1150^оС в сухом кислороде, затем 35 мин в водяном паре и 20 мин снова в сухом кислороде.
В пленке двуокиси кремния 2 методом фотолитографии формируют окна для локальных скрытых слоев, в которые имплантируют ионы сурьмы с энергией 60 кэВ и дозой 600 мк Кл/см². Затем при 1220^оС в течение 80 10 мин в сухом кислороде формируют локальные скрытые слои с поверхностным сопротивлением не менее 15 Ом/ глубиной 2,5-3,5 мкм. Одновременно с формированием скрытых слоев образуется пленка двуокиси кремния 4, в которой в местах, свободных от скрытых слоев, формируют окна, через которые вытравливают канавки 5 глубиной 50 мкм.
Зазор между границами канавок 5 и скрытых слоев 3 с учетом точности совмещения и ухода размеров скрытого слоя и канавок (обычно 4-7 мкм) должен быть больше, чем глубина диффузии сурьмы под маску из двуокиси кремния после всех высокотемпературных операций (в данном случае 7-8 мкм), т.е. должен составлять не менее 11-15 мкм. Далее полученный рельеф (см. фиг.3) заращивают защитной пленкой двуокиси кремния 6 методом термического окисления при 1200^оС в режиме: 20 мин окисляют в сухом кислороде, 180 мин в парах воды и 40 мин снова в сухом кислороде.
Для устранения испарения примеси из скрытых слоев перед окислением рельефа пленки двуокиси кремния 2 и 4 не удаляют полностью, а выдерживают в травителе в течение времени, достаточного для удаления только половины толщины пленки 2. При этом нависающие над канавками участки маски удаляются, так как их травление происходит как снаружи, так и со стороны канавок, а пленка двуокиси кремния на рельефе и скрытых слоях остается, так как она травится только с одной стороны. После осаждения поликристаллического кремния опорного слоя 7 (см. фиг.4) при температуре 1180-1200^оС в течение 140 мин изолируют кремниевые монокристаллические области со скрытым слоем путем удаления монокристалла за пределами рельефа. Далее на полученной структуре интегральных схем с диэлектрической изоляцией компонентов формируют локальные области p-типа проводимости 8 (см. фиг.5), p-n-переходов, одна или несколько сторон которых выходят на край по поликристаллической области изолированной пленки 6. Для этого проводят локальную диффузию бора на глубину 3-3,5 мкм с поверхностным сопротивлением 180-200 Ом/ , затем создают области n⁺-типа проводимости 9. В качестве контакта к материалу монокристаллических областей пластины вытравливают окна к p-n-переходам и формируют металлизацию 10.
Создание зазора между границами скрытых слоев и канавок величиной не менее глубины проникновения примеси скрытого слоя в монокристаллическую пластину на операциях защиты полученного рельефа диэлектриком, осаждения поликристаллического опорного слоя, формирования в монокристаллических областях пластины p-n-переходов увеличивает напряжение пробоя p-n-переходов, пересекающих одной или несколькими сторонами изолирующий диэлектрик путем исключения ускоренного проникновения примеси скрытого слоя в монокристаллическую область пластины по границе ее раздела с диэлектриком, что приводит к уменьшению высокоомной области обедненного слоя p-n-перехода. Кроме того, этот способ исключает выход на низкоомные области монокристаллической пластины соединенного слоя, наведенного отрицательным потенциалом электростатического экрана (металлизации, соединенной с областями, легированными бором). Это способствует увеличению напряжения пробоя высоковольтных диодов в среднем до 250-270 В, что на 30-40 В больше, чем у диодов, скрытый слой которых расположен без зазора между разделительными канавками и маской.
Величина пробивного напряжения при обратном токе 5-10 мкА на вольтамперной характеристике 11 диода, изготовленного по предлагаемому способу, выше, чем на аналогичной характеристике 12 диода, полученного по известному способу, из-за отсутствия резистивного участка, обусловленного локальным смыканием обедненного слоя с участками аномально продиффундировавшего скрытого слоя.
Это увеличивает выход годных структур интегральных схем примерно на 3,2% и повышает надежность высоковольтных интегральных схем при эксплуатации.