Способ изготовления полупроводниковых кремниевых структур

(51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМ О (о СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХРЕСПУБЛИК. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(72) ВН.Глущенко и А,И,Колыцев (56) Авторское свидетельство СССР Г 980)68, кл Н 01 1, 21/78, 1981Авторское свидетельство СССР Г 670004, кл, Н 01 1, 21/31, 1976.(54)(57) 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 исполь" зованием фоторезистивной маски, уда" ление фоторезистивной маски, надрезание структуры на глубину не более Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть исполь" зовано в технологии изготовления полупроводниковых кремниевых структур.Известен способ изготовления полупроводниковых структур, включающий операции формирования элементов структуры в полупроводниковой подложке с маскирующим их диэлектрическим покрытием, вскрытие контактных областей к элементам структуры и под разделительные канавки, формирование металлизированной разводки с использованием Фоторезистивной маски и разделительных канавок, удаление фоторезистивной маски, нанесение защитной диэлектри- ческой пленки и вскрытие окон в ней,2/3 ее толщины, удаление продуктовнадрезания, нанесение защитной ди"электрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электро"параметров и разделение подложки накристаллы, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения способаи уменьыения уровня поверхностныхтоков утечек, после формирования металлизированной разводки фоторезистоставляют на металлизированной поверхности структур, затем проводятнадрезание подложки, а удаление Фоторезиста и продуктов надрезания проводят в едином технологическом циклес очисткой поверхности маскирующегодиэлектрического покрытия и металлапутем плазмохимической обработки вофторсодержащей среде,контроль электропараметров, нанесение защитной маски, скрайбирование, удаление продуктов скрайбирования и разламывание подложки на отдельныекристаллы.Основным недостатком этого способа является необходимость глубокого травления разделительных канавок, что приемлемо не для всех типов интегральных 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 по 160895крытием двуокиси кремния, вскрытиеконтактных окон, нанесение металла,Формирование металлизированной разводки с использованием Фоторезистивной маски, удаление Фоторезистивной5маски, надрезание структуры нд глубину не более 2/3 ее толщины, удаление продуктов надрезания, нанесениезащитной диэлектрической пленки,вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделениеподложки на кристаллы,Ы основным недостаткам способаследует отнести низкое качество диэлектрической защиты краев кристалла,обусловленное загрязнением этой части поверхности кристалла продуктаминадреэания (скрайбирования), что повышает уровень поверхностных токовутечек Надрезание полупроводниковойподложки на отдельные кристаллы возможно лазерным лучом или алмазнымидискамиВ случае лазерного скрдйбированияна лицевую поверхность полупроводниковой подложки наносят маску, которая защищает поверхность полупровод"никовой подложки и металлизировдннойразводки от поверхностных загрязнений продуктами скрайбирования, Послескрайбировдния маску удаляют, а вместе с ней и часть продуктов скрайбирования, остается только буртик вы"сотой 9-12 мкм и шириной 12-1) мкм),состоящий из конгломерата выгоревшейзащитной маски, кремния и окиси кремния, Буртик является проводящим, однако удалить последний с поверхностипластины или получить нд нем качественную защитную пленку практически40не удаляется из-зд сложной по составу и рыхлой его структуры,иПри дисковом надрезднии подложкизащитную маску на поверхность плдстины не наносят, так как она будетэдсдливдть инструмент и, следовательно, снижать его стойкость и ухудшатькачество реза, При таком надрезаниипо краю реза образуется нарушенныйслой подложки, амикронные частицыкремния 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 кдк будет вытрдвливдтьсякремний из алюминиевой разводки прореагировавший при вжигании алюминия идобавленный в металл при напылении,например, для МСП БИС), что приводитк нарушениям и порам в последней, Получить качественную диэлектрическукпленку нд таком слое также не удается.Сложность способа в случае лазерного надрездния подложки состоит втом, что требуется проведение специальных операций нанесения и удалениязащитной маски,Цель изобретения - упрощение способа и уменьшение уровня поверхностных токов утецек,оставленная цель достигается тем,что в способе изготовления полупроводниковых кремниевых структур, включающем формирование элементов структуры в кремниевой подложке с маскирующим их диэлектрическим покрытиемдвуокиси кремния, вскрытие контактных окон, нанесение металла, Формиро"вание металлиэированной разводки сиспользованием Фоторезистивной маски,удаление Фоторезистивной маски, надрезание структуры нд глубину не более2/3 ее толщины, удаление продуктовнддрезания, нанесение защитной диэлектрицеской пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки накристаллы, после Формирования металлизированной разводки Фоторезист оставляютт на металлизированной поверхности структур, затем проводят надрезание подложки, а уддление Фоторезиста и продуктов нддреэания проводят ведином технологицеском цикле с очисткой поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и металла путемплазмохимицеской обработки во Фторсодержащей среде,Оставляя фоторезист на металлизированной разводе, осуществляют защиту металла подложки при надрезании от загрязнения продуктами надрездния, а при очистке от вытравливания кремния из металлиза ции, При такой защите можно также наиболее эффективно проводить лазерное скрайбирование, так как отсутствие защитной маски на разделительных дорожках способствует увеличению глубины реза, д высота буртика при этом уменьшается и состоит он только из кремния и продуктов термической реакции его с воздухом. Следующей после нддрездния чисткой5 11удаляют продукты надрезания и буртикс поверхности подложки, а также удаляют поверхностный дефектный и загрязненный слой маскирующего диэлектрического покрытия двуокиси кремния,Отсутствие специальной операциинанесения защитной маски, а такжеочистки подложки от продуктов скрайбирования маскирующего диэлектрического покрытия и мгталлизированной разводки в одном технологическомцикле упрощает способ и сокращаетвремя его проведенияП р и м е р, Полупроводниковуюподложку кремния толщиной 250 мкми-типа проводимости, служащую коллектором, подвергают термическомуокислению при температуре 1150 С втечение 3 ч, Процесс проводят в ком"Ьинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода выращивая маскирующее диэлектрическоепокрытие двуокиси кремния, В результате получают пленку толщинойю 0,8 мкм, достаточную для маскирования подложки от последующих операцийдиффузии и селективного травленияЧерез вскрытое фотолитографицескоеокно в покрытии формируют вначалебазовую область, например, термической загонкой бора из борногоангидрида с последующей . его разгонкой при температуре 1150 Св комбинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислородадо глуоины 3 мкм В этом же процессеполучают маскирующее диэлектрическоепокрытие двуокиси кремния толщиной0,6 мкм,Далее формируют эмиттерную область, например, термической диффу"зией фосфора из хлорокиси фосфорапри температуре 1050 С в среде азотас добавлением кислорода, так цто впроцессе диффузии вырастает такжемаскирующее диэлектрическое покрытиефосфорно"силикатного стекла толщиной0,4 мкмК сформированным областям базыэмиттера фотогравировкой открываютконтактные области, после чего фоторезист снимают и проводят отмывкупластины в перекисноаммиачной смеси.Затем осуществляют вакуумное напыление алюминия до толщины 1, 5 мкм,Мета лли зи рова нную раз водку формируют Фотогравировкой с травлением15 см/с 60895 6алюминия в травителе состава НРО :; нио . П 1 .соон : н о (140 тб:30:5);:используя маскирующие свойства Фоторезиста, который в качестве маски ос-.тавляют при скрайбировании канавок;ри этом Фотолитографию осуществляютнанесением Фоторезиста ФПна основе новолачной смолы, Резист нано"сят центрифугированием со скоростьювращения 3000 об/мин толщиной 1 мкм., Далее следует сушка при темпера"туре . 100 С в течение 15 мин, совмеще"ние, экспонирование, проявление в15 0,53-ном растворе щелочи КОН и вскрытие контактных областей селективнымтравлением,Затем, не удаляя Фоторезист, т.е.оставляя его на металлизированной по 20 верхности структур, проводят скрайбирование подложки путем нанесения сетки канавок. При этом фоторезистивнуюмаску используют для защиты металлизированной разводки от загрязнения25 продуктами лазерного испарения кремния,осаждающимися при лазерном скрайбировании,Режимы лазерного скрайбирования:ток накачки (мощ 30 ность излуцения) 40 А,скорость скрайбированиячастота следования импульсов 27 кГц,В результате получают канавки шириной 20 мкм и глубинок 100 мкм, приэтом прочность полупроводниковой подложки достаточна для выполнения сней последующих операций.40 После этого в едином технологицеском цикле проворят удаление продуктов лазерного скрайбирования надрезЬния), очистку поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и45 металла путем плазмохимической обработки во Фторсодержащей срере, в которую сначала добавляют азот (СГ: И 2 = 1:1), а затем добавляют 151кислорода,.Режим травления:напряжение нааноре 3 кВ,ток анода 0,7 Аток сетки 0,3 А55 давлени.е вкамере (Р)133 Па,время травления 12 мин.Указанная травящая среда и условия ее образования обладают селектив1160895 После этого проводят замер электропарэметров, Наблюдается снижениебрака по токам утечек эмиттерного иколлекторного переходов в сравнениисо способами, в которых перед надрезанием на поверхность наносят защитную маску с последующим удалениемпоследней после надрезания,В конкретном примере для транзисторной матрицы типа 1 НТсдиэлектрицеской изоляцией составляющих ее элементов снижается брак пообратному току утечки коллектор-базового р-и-перехода по установленномууровню отбраковки 1 ) 1 /4 кА при Пв== 60 В в количестве структур с 80до 57, эмиттер-базового р-и-перехода по уровню Т. в ) 1 мкА при Б = 5 Вс 15 до 93Затем проводят размалывание подложки на отдельные кристаллыПри контроле электропараметровсобранных приборов снижается брак по25 токам утечек, возникающим при контактировании внутреннего вывода с краемкристалла, так как улучшается структура и диэлектрические свойства пассирующего диэлектрического покры 30 тия на краях и ребрах кристалла всравнении с известными способами, прикоторых диэлектрическое покрытие наносят на краевые поверхности, загрязненные остатками продуктов нэдре 35 аланияВ конкретном примере брак по 1и ТБО, возникающий при контактировании внутренних выводов, снизилсяс 1-1,71 от годных до 0,15-0,2 без40 каких-либо изменений в сборочном технологическом процессе,Преимущества предлагаемого способаперед известными:за счет снижения поверхностного45 уровня токов утецек повышается процент выхода годных структур и надежность собранных приборов,за счет исключения и совмещениятехнологицеских операций снижаетсятрудоемкость изготовления кристаллов.и технологический цикл их изготовления,нтал Корректор А,Обруцар ностью в травлении продуктов надрезание, состоящих в основном из кремния, по отношению к маскирующемудиэлектрическому покрытию, т,е, скорость травления продуктов надрезаниязначительно выше, цем маскирующегодиэлектрического покрытия В конкретном примере в процессе удаленияпродуктов надрезэния стравливаюто550-750 А поверхностного диэлектрического покрытия на основе двуокисикремния,Известно, что уровень поверхностных токов утечки ИС и дискретныхтранзисторов, изготовленных на кремниевой подложке с пассивацией элементов структур лвуокисью кремния,определяется в основном присутствиемв окисле ионов Сц, 1 е, Аи, Ма, К Стравливание поверхностного де- .Фектного и загрязненного слоя маскирующего диэлектрика с последующейпэссивэцией стабильно уменьшает уровень поверхностных токов утечек,В конкретном примере добавлениекислорода в йторсодержащую среду позволяет удэлиь Фоторезистивную маскус поверхности металлизации, при этомалюминиевая металлизация, покрытая вестественных условиях пленкой двуокиси алюминия, индифферентна к даннойтравящей среГе,Затем нэ рельефную поверхностьподложки наносят плазмохимицескимспособом двуокись кремнияРежим нанесения:Т = 200 С, Ро = 2-7 Па, напримерР = 2,26 Па с добавлением моносиланадо Р = 26,6 ПаПри этом защищают как лицевую поверхность подложки, так и вертикальные стенки канавок, После этого позащитному покрытию делают Фотогравировку и вскрывают окисел на контактных площадках.Вскрытие проводят плазмохимицеским способом во йторсодержащей средехладонэ - 218, Режим травления: давление 1 Р 6 Па, мощность 0,6 кВт, скорость травления 900 3/мин,Редактор Г,.Берсенева Техред ММорге Заказ 7 Я 35 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, И, Раушская наб д, /5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул, Гагарина, 101