Способ получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ИЗОБРЕТЕНИЯ(Тб) Сероусов Игорь Юрьевич(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР ДЛЯИНТЕЛфАЛЬНЫХ СХЕМ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ(57) Использование: микроэлектроника, технологияизготовления структур для интегральных схем сдиэлектрической изоляцией элементов Сущностьизобретения: в способе получения структур с диэлектрической изоляцией элементов проводят механическую обработку кремниевых подложек формиОПИСАН(19) КЦ 11) (51) 5 Н 01.И 7 о руют на поверхности монокристаллической подложки рельеф с углублениями и скрытый слой, формируют слой диоксида кремния и слой поликристаллического кремния толщиной на 5 - 100% больше глубины рельефа, на соединяемые строны наносят соединительный слой толщиной 5 - 95% от глубины рельефа подложек следующего состава, мас%: оксид бора 3 - 5, порошок диоксида кремния, полученный плазмохимическим синтезом 3 - 5, органическая среда 94 - 90, а термообработку проводят в среде кислорода с расходом кислорода (5,6-83)10 кубм/сИзобретение относится к микроэлектронике, а именно технологии изготовленияструктур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов,Известен способ получения структур 5для интегральных схем с диэлектрическойизоляцией элементов, включающий механическую обработку подложек монокристаллического кремния, формирование наповерхности подложек рельефа с углублениями и выступами, последовательное фор, мирование на поверхности со сторонырельефа скрытого слоя, пленки диоксидакремния, областей монокристаллическогокремния. 15Недостатком этого способа является то,что эпитаксиальный слой кремния в углублениях рельефа имеет относительное низкоеструктурное совершенство, Это обусловлено особенностью эпитаксиа льного наращивания кремния на маскированный рельеф.Скорость роста кремния на ровной поверхности и в углублениях различны, возникаютнапряжения, и следовательно дефекты роста. Кроме того, сложность технологии ведет 25к снижению процента выхода годных структур,Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления 30полупроводниковых приборов, включающий механическую обработку подложеккремния, формирование на поверхности монокристаллического кремния рельефа с углублениями и выступами и скрытого слоя, 35формирование слоя диоксида кремния и.слоя поликристаллического кремния больше глубины рельефа. полировку его до получения плоской поверхности, соединениеего с поликристаллический пластиной и термическую обработку при температуре1100 С, вскрытие областей монокристаллического кремния,Недостатки такого способа состоят втребованиях к геометрическим размерам 45соединяемых поликристаллических полированных слоев, в трудностях с использованием кремниевых пластин большихдиаметров, в особых требованиях к средепроцесса. Все это удорожает структуры, не 50позволяет получать структуры больших диаметров, А именно: в прототипе речь идет одиффузной или атомарной сварке посредством поликристаллического кремния.Проведение данного процесса обуславливает выполнение следующих требований,Разброс по толщине пластин долженбыть меньше размеров зерен поликристаллического кремния, этот размер порядка80,0 нм. Необходимость удаления нарушенного слоя по всем полированным поликристаллическим поверхностям, в противном случае, так как отсутствует соединительный слой,концентраты напряжения напушенного слоя приводят к снижению процента выхода годных структур на дальнейших операциях механической обработки структур.Обрезка по кромке не менее 2 мм соединяемых пластин, так как при механических видах полировки происходит снятие фаски по кромке, что приводит к плохому качеству соединения по кромке пластин и дальнейшим сколам краев структур при механической обработке,Использование подложек больших диаметров (больше 100 м) еще больше усложняет техническую сторону требований к геометрической форме поверхности соединяемых пластин,Процесс соединения поликристаллических слоев без соединительного слоя должен протекать или в вакууме, или в полированных поверхностях должны формироваться каналы для удаления либо среды сварки, либо продуктов газовыделенияполикристаллического кремния при нагревании свыше 1100 С. Если не проводить вакуумного процесса (процесс делается более сложным и дорогим) или не формировать канала газоотделенил (также удорожающие структуры), происходит снижение качества соединительного слоя за счет продуктов газовыделения и, следовательно выхода годных структур.В предлагаемом способе получения структур для интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов, включающем механическую обработку подложек кремния, формирование на поверхности монокристаллической подложки рельефа с углублениями и скрытого слоя, формированиеслоя диоксида кремния толщиной, большей глубины рельефа, соединение подложек между собой, термообработку под давлением и вскрытие областей монокристаллического кремния, после формирования слоя поликристаллического кремния на соединяемые стороны наносят дополнительный слой диоксида кремния и соединительный слой толщиной 5-95,4 от глубины рельефа подложки следующего состава, мас,Д:Оксид бора 3-5Порошок диоксидакремния, полученныйплазмохимическимсинтезом 3-5Изопропиловый спирт 94-90, а термообработку проводят в среде кислорода с расходом кислорода(5,6-83) х 10 м/с.Применение раствора оксида бора указанного состава в качестве основы соединительного слоя позволяет избежать точной полировки кремниевых пластин. необходимости удалять нарушенный слой полировки и фаску, образующуюся при полировке по кромке пластин, так как толщина соединительного слоя позволят сгладить дефекты соединяемых поверхностей, э нарушенный слой и фаска по кромке при отсутствии полировки не образуются,Наличие синтезируемого соединительного слоя, находящегося под давлением, толщина которого уменьшается, а плотность в процессе синтеза увеличивается, способствует удалению газообразных продуктов синтеза по кромке структуры и значит формированию бездефектн ого соединительного слоя. Таким образом не требуются специальные отводные технологические процессы, которые ведут к удорожанию структур,Кислородная среда стимулирует восстановительные процессы при синтезе боросиликатных соединений, позволяет связывать газообразные продукты реакций,Нанесение слоя иэ раствора в органической среде позволяет применять метод пульверизации и получать плотные равномерные соединительные слои, что повышает качество соединения пластин. Органическая среда выполняет функцию связующей добавки, которая высыхает и удаляется еще до синтеза соединительных соединений боросиликатной системы при термической обработке, т.е. любая органическая среда существенно невлияет на качество соединительного слоя.На фиг,1 показана кремниевая подложка после формирования скрытого слоя, пленки диоксида кремния, слоя поликристаллического кремния, пленки диоксида кремния и нанесения соединительного слоя указанного состава; на фиг.2 - монокристаллическая подложка без рельефа после нанесения диоксида кремния и соединительного слоя указанного состава; на фиг.3 - структура после соединения кремниевых подложек; на фиг,4 - структура после вскрытия областей монокристаллического кремния, где 1 - кремниевая подложка с рельефом и-типа проводимости, 2 - скрытый слой и-типа проводимости, 3 пленка диоксида кремния. 4 - слой поликристаллического кремния без рельефа, 5 - пленка диоксида кремния, б - соединительный слой указанного состава на подложке с рельефом, 7 - кремниевая подложка безрельефа, 8 - пленка диоксида кремния на подложке без рельефа, 9соединительный слой указанного состава на подложке беэ рельефа, 10 - соединительный слой иэ соединений боросиликатной системы, 11 - области монокристаллического кремния после вскрытия, 12 - пленка диоксида кремния,На кремниевой подложке 1 и-типа проводимости (фиг.1) формируют рельеф с углублениями и выступами, глубиной 25-65 5 10 мкм, Диффузией создают скрытый слой 2 и+-типа толщиной скоытого слоя б + 0,5 мкм. На окисленный слой рельефа 3 наносят слой 4 поликристаллического кремния толщиной 26,3-130 мкм зпитаксиальным наращиванидает возможность получить дешевые структуры больших диаметров, исключить применение высокопрочной планариэации соединяемых поверхностей,Кислородная среда позволяет стимулировать восстановительные процессы при синтезе боросиликатных соединений соединительного слоя,45 50(56) Клюбина З.Д., Михайлов 30,А.,Сорокина М.Т, Структурь 1 с диэлектрической изоляцией кремния электронной и дырочной проводимости. Электронная промышленность. Вып. 8/92 - 9/93, с. 46-48,Заявка Японии М 63 -141345.кл. Н 011 21/76, 1988. 55 ем, На него наносят пленку 5 диоксидакремния толщиной 0,7-1,4 мкм, затем на нееметодом пульверизации наносят слой б изследующего, состава, мас./,; оксид бора 3-5,20 порошок диоксида кремния, полученногоплазмохимическим синтезом ("Элплаз К"),3-5, изопропиловый спирт 94-90% толщиной 1,3-63,7 мкм,На вторую кремниевую подложку без25 рельефа (фиг,2) после нанесения пленки 8диоксида кремния толщиной 0,7-1,4 мкмтакже наносят соединительный слой 9 сделанный по указанной рецептуре. Пластинысоединяют (фиг,3) под давлением не мене-;30 0,3 кг/м и производят термическую обаботкус расходом кислорода(5,6-83)х 10 м /спри оптимальной температуре 1200-1215 Св течение 10-30 мин, Затем производятвскрытие областей монокристаллического35 кремния двусторонней шлифовкой и односторонней полировкой.Завершается процесс нанесениемпленки 12 диоксида кремния (фиг,4) толщиной 0,7-1,4 мкм,40 Применение оксида бора в качестве основного компонента соединительного слоя