Способ изготовления полупроводниковых приборов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЩОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Воронежский завод полупроводниковых приборов; Воронежский политехнический институт (72) Колычев АИГлущенко В.Н.; Зенин В,В.(64) СПОСОБ ИЗГОТ 08 ЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИВОРОВ(57) Изобретение относитсяк области микроэлектроники, в частности к технологииизготовления полупроводниковых приборов и ИМС. Цель - повы. шение надежности приборов за счет предотвращения образования контактов внешних выводов с проводящими участками поверхности кристаллов. Для этого при изготовлении приборов на основе кремниевых структур с диэлектрической изоляцией приборных элементов контактные площадки металпи(в)(и) 1702825 А 1(51) 5 Н 011,21 60 зации выполняют на участках структур, изолированных от периферии кристаллов областями диэлектрика, а перед нанесением пассивирующего покрытия и разделением структуры на кристаллы проводят локальное вытравливание поверхностного слоя кремния над межкристальными разделительными дорожками и на участках структуры, удаленных от контактных площадок на расстояние не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемых к контактным площадкамвнешних выводов и расположенных между контактйыми площадками и областями диэлектрика, изолирующими контактные площадки от периферии кристаллов. Образующийся после вытравливания кремния ди 5 пектрический выступ препятствует касанию создаваемых затем внешних выводов с торцовымй участками кристаллов.2 ил.Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления, полупроводниковых приборов и ИМС.Известен способ изготовления полуи роводниКовых структур с изоляцией элементов с помощью эпик-процесса, включающий операции оксидирования монокристаллической подложки, фотогравировку по оксиду кремния, вытравливание кремния во вскры-. "0 тых окнах, термическоеили пиролитическое оксидированиерельефной поверхности, наращивание на изолированную поверхность слоя пиролитического кремния, сошлифовки слоя монокристаллического кремния до 15 вскрытия канавок, заполненных поликремнием, полировки и окисления поверхности, формирования элементов структур в изолированных карманах монокристаллического20кремния методами фотолитографии и диффузии, формирование металлизированнойразводки, контактные площадки которойрасположены га кже в изолированных ка рманах, и присоединение проводников к"контактным площадкам методом микросварки 25давлением,Основным недостатком таких структурявляется наличие вскрытых от диэлектрикаучастков поликристаллической подложки,образующихся при разделении пластины на З 0отдельные кристаллыиз-за микросколов поверхностного диэлектрйка по периметрукристаллов, Контактирование внутренних .выводов с такими участками приводит к замыканию на тело кристалла или появлению З 5токов утечек через слой поликремния, в результате чего структура выходит из строя.Наиболее близким техническим решением из существующих является способ создания полупроводниковых структур, 40включающий операции оксидирования монокристаллической подложки, фотогравировку по оксиду кремния, вытравливаниекремния во вскрытых окнах, оксидированиерельефной поверхности, наращивание на 45изолированной поверхности слоя поликремния, сбшлифовки слоя монокристаллического кремния до вскрытия канавок,заполненных поликремнием, полировки иоксидирования поверхностй, формирование элементов структуры в изолированныхкарманах монокристаллического кремнияметодами фотолитографии и диффузии, используя маску, например из оксида кремния, формирование металлизированной 55разводки, вытравливание кремния в промежутках между структурами в среде, селективно травящей кремний, используязащитную маску, например из оксида кремния, нанесения пассивирующего диэлектрического покрытия,.удаление его на контактных площадках металлизированнойразводки и присоединение внутренних выводов к контактным площадкам методоммикросварки давлением.При формировании такой конструкциикристалла внутренние выводы при прогибекасаются лицевой поверхности кристалла, которая изолирована слоем пассивирующего диэлектрического покрытия, амикровыколы диэлектрика (дефекты скрайбирования) лежат в плоскости дна канавки(ниже на глубину канавки). За счет этогорезко снижается брак по токам утечек иликороткому замыканию между внутреннимивыводами, Однако такая конструкция требует высокой сплошности диэлектрическогопокрытия, которая на практике не всегдадостижима в диапазоне применяемых толщин оксидных слоев и стекол, поскольку наповерхность алюминия они могут наноситься пиролитическим или плазмохимическимспособом. Из-за наличия дефектов в поверхностном пассивирующем окисле и касаниявыводом этой области кристалла могут воз-никать токи утечек в процессе эксплуатацииприборов за счет влаги, адсорбированнойповерхностью из корпусного объема, чтоприводит к выходу из строя прибора.Целью изобретения является повышение надежности приборовза счет предотвращения образования контактов внешнихвыводов с проводящими участками поверхности кристаллов,Способ отличается от прототипа тем,что при вытравливании кремния междуструктурами дополнительно удаляют монокремний в карманах с контактными площад-ками по их периферии, при этом междукраем контактной площадки и канавкойформируют зазор шириной не менее 10 мкми не более диаметра присоединяемого вывода,Вытравливанием монокремния в карманах контактных площадок по периферии, оставляя зазор между краем контактнойплощадки и канавкой не менее 10 мкм и неболее диаметра присоединяемого вывода,обеспечивают воэможность касания внутренними выводами (при их прогибе) толькоизоляционного выступа, образованногоокислом, изолирующим боковую поверхность кармана, заполненного монокремнием.Расстояние между краем контактнойплощадки не менее 10 мкм необходимо дляисключения выколов кремния в процессеприсоединения внутренних выводов из-закраев напряжений в структуре при сваркедавлением, Расстояние от контактной площадки до края канавки не более диаметра оксидируют, например, многоступенчата," присоединяемого вывода ограничено из ус- способом в среде сухого, влажного и внов: ловия исключения возможности касания сухого кислорода при температуре 1200 С выводом лицевой поверхности кристалла, в течение времени, необходимого для выраПри деформации вывода в процессе микро щивания пленки толщиной 1,5 мкм. Затем сваркидавлениемпроисходитизгиб вывода . с помощью фотолитографии вскрывают окисварногосоединения,т.е.гарантированно на нужной конфигурации в слое оксида отсутствует контакт с лицевой поверхно- кремния и вытравливают, например, химистью на расстоянии не менее одного диа- ческим способом кремний 26 в окнах на метра от контактной площадки. 10 глубину 20-25 мкм при ширине разделительРазделительные дорожки между кри- ной канавки 50-80 мкм. На поверхности сталлами выполняют в зависимости от тех- эпитаксиального слоя и вцтравленйых канологического процесса разделения навок путем термического оксидирования пластин кристаллы(ширина реза), ориенти- многоступенчатым способом создают слой руясь на наличие минимального зазора 15 30 толщиной 1,5-2 мкм, например 1,7 мкм, между изоляцией кармана и краем кристал- Затем на всю окисленную поверхность плала 12 мкм. Минимизация этого размера свя- стины наращивают слой 1 поликристалличезана экономией площади пластины ского кремния, толщиной 200-250 мкм, в (возможно большим сьемом кристаллов с результате чего всеканавкиполностьюзапластины), максимально возможное рассто растают. На презиционном станке часть пояние между краем кристалла и изоляцией ликремния сошлифовывают, обеспечивая кармана (при увеличенной дорожке и сме- при этом плоскопараллельность пластины щении линии реза) не превышает диаметр Пластинупереворачиваютишлифуютмоновывода. кристаллическую подложку до тех пор, покаПоэтому при касании выводом изоляци не обнажаются канавки, заполненные полионного выступа он не может коснуться за- кремнием, Поверхность тщательно полируглубленной периферии кристалла.ют и окисляют термичесКйм-способом доНа фиг.1 изображена полупроводнико- толщины оксида кремййя 0,8 мкм.вая структура, состоящая из поликремние- Формирование элементовструктуры вой подложки 1, в которой сформированы 30 осуществляют диффузией борадля создамонокристаллические области - карманы 2, ния р-области базы и фосфором или мышь- изолированные со всех сторон от подложки яком для создания и -области эмиттера, слоем 3 диэлектрика. В монокремниевых Для создания локальных областей разкарманах сформированы области противо- личных типов проводимостйиспользуют заположной проводимости: коллекторная 4, 35 щитные свойствапленок оксида кремния, базовая 5 и эмиттерная 6, изолированные которые найосят термическим способом, и с поверхности слоем 7 диэлектрика, через вскрывают фотолитографией локально окна окна 8 в котором они соединены с металли- необходимой конфигурации.зированной разводкой 9, имеющей контак- Затем на поверхность наносят слой тные площадки 10, также расположенные в 40 алюминия и методом фотолитографии, исизолированных карманах, к которым через пользуя защитные свойства фоторезиста, окна в пассивирующем диэлектрике 11 при- формируют металлизированную разводку соединены проводники 12. По периферии структур, Затем осуществляют травление структуры выполнена канавка 13, проходя- кремния в промежутках между соседними щая по внутренней части кармана и вскры контактными площадками структур, расповающая боковую часть изолирующего ложенными в изолированных карманах. 8 диэлектрика 3, Проводник 11 при провиса- качестве маски используют слой защитных нии опирается на изоляционный выступ 14, оксидных пленок, оставленных на части каробразованный изолирующим диэлектриком мана с зазором мекду краем контактной 3. На фиг.2 изображен фрагмент структуры 50 площадки не менее 10 мкм и не более диав области контактной площадки. Пассивиру- метра присоединяемого вывода,"при этом ющий диэлектрик имеет дефекты 15 в виде край канавки проходит по вйутренней части пор и трещин, которых не может коснуться кармана. В необходимых случаях при тонпроводник 11, опирающийся на выступ 14 коммаскирующемэмиттерйомокислеитреизолирующегодиэлектрика 3. При этом рас буемой большой глубине разделительной стояние 16 между контактной площадкой 10 канавки(более 10 мкм) формируютдополнии краем канавки 13 равно 10 мкм. тельную резистивную маску на лицевой поП р и м е р, Исходной структурой служит верхности структуры. Металлизированную пластина кремния п-типа, на которой мето- разводку оставляют под слоем фоторезиста+домдиффузии формируют и -слой, который или удаляют последней в зависимости от1702825 свойств травящей среды. Травление кремния осуществляют химическим или плазмохимическим способом, например, на установке "Плазма", используя активный газ СГ 4 или ЯГ 6 с кислородом в пределах 5 5-10 ь. Режим травления: напряжение на аноде 3 кВ, ток анода - 0,5 А, ток сетки - 250 мА, давление в камере 6 10 мм рт.ст.Так как укаэанная травящая среда индефферентна к алюминию и обеспечивает 10 селективность травления кремния к оксиду кремния 20:1, то при вытравливании кремния образуется изоляционный выступ (буртик) из оксида кремния, изолирующего .боковую поверхность кармана, выступаю щий над дном канавки. Например, при глубине канавки 5 мкм высота буртика ВО 2 составляет4 мкм. Формирование канавок большей глубины представляется техницески не оправданным, так как при высоте 20 диэлектрического буртика 4-5 мкм обеспечиваются максимально возможные для микросхем пробивные напряжения с уцетом исключения при таком зазоре кэпиллярного эффекта собирания адсорбйрованной вла ги. Запас по глубине необходим лишь в случае значительного разброса по глубине травления канавок. На сформированную та-ким образом поверхность можно дополнительно наносить слой пассивирующего 30 Формула изобретенйяСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий 35 создание кремниевых структур с диэлектрической изоляцией, формирование приборйых элементов и металлизированной разводки с контактными площадками, отделенными отучастков структр под меж кристальные разделительные дорожки областями диэлектрической изоляции, локальное Стравливание поверхностного слоя кремния на участках структур под межкристальные разделительные дорожки,45 нанесейие пассйвирующего диэлектричесКого покрытия, вскрытие в нем окон над контактными площадками, механическое рззделение структур на крйсталлы и присоединение внешних выводов к контактным йлощадкам методом микросварки давлением внахлестку, отличающийся тем,диэлектрического покрытия, например оксида кремния или нитридэ кремния, Нанесение можно проводить пиролитическим или плазмохимицеским методами, Затем слой пассивирующего покрытия удаляют с контактных площадок структуры. Присоединение внутренних выводов осуществляют методом микросварки давлением, например алюминиевой микропроволокой внахлестку методом ультразвуковой микро- сварки, При толщине проволоки 25 мкм и более она не может за сцет прогиба коснуться поверхности кристалла на расстоянии менее 30 мкм от контактной площадки, Поэтому при прогибе проволочный вывод может коснуться только диэлектрического буртика оксида кремния, который надежно изолирует его от поликристэллицеской подложки,Таким образом, исключается брак по утечкам между выводами при их провисании как в процессе производства, так и при длительной эксплуатации полупроводниковых структур у потребителя,(56) Бургер Р Донован Р, Основы технологии кремниевых интегральных структур. Окисление, диффузия, эпитаксия, М.: Мир, 1969, с.445,Авторское свидетельство СССР.Р 944465, кл. Н 01 Е 21/306, 1980. что, с целью повышения надежности приборов за сцет предотвращения образования контактов внешних выводов с проводящими участками поверхности кристаллов, перед нанесением пассивирующего диэлектрического покрытия проводят локальное селективное травление кремния на участках структур, удаленных от контактных площадок на расстояние не менее 10 мкм и не более диаметра присоединяемых внешних выводов и расположенных между контактными площадками и областями диэлектрической изоляции, отделяющими контактные площадки от участков структур под межкристальные разделительные дорожки, совмещая процесс укаэанного травления с локальным стравливанием поверхностного слоя кремния на участках структур под межкристальные разделительные дорожки." г, Ужго о, л.Гагарина, 1 едактор Н.Колакээ 3729 Составитель И.БагинскаяГехред М.Моргентал Тираж Подп НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5