Способ изготовления кремниевых транзисторных структур с диэлектрической изоляцией

 

(19)SU(11)1108966(13)A1(51)  МПК ⁵    _H01L21/76(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых интегральных схем, в частности транзисторных структур с диэлектрической изоляцией с уменьшенным сопротивлением коллектора. Известен способ изготовления интегральных схем с диэлектрической изоляцией элементов, включающий формирование в монокристаллической полупроводниковой подложке высоколегированной области, травление разделительных канавок, формирование диэлектрической пленки, осаждение опорного поликристаллического слоя, удаление части монокристаллической подложки до получения электрически изолированных монокристаллических областей, в которых формируют транзисторные структуры. Снижение сопротивления коллектора этих структур достигается формированием ранее на подложке высоколегированного скрытого слоя. Однако для мощных интегральных схем данный способ не обеспечивает требуемого уровня снижения сопротивления коллектора из-за наличия между скрытым слоем и коллекторным контактом низколегированного полупроводникового материала. Известен способ изготовления структур интегральных схем, в котором высоколегированную область формируют после травления разделительных канавок, что обеспечивает вывод этой области к рабочей поверхности структуры по всему периметру монокристаллических областей. Недостатком этого способа является увеличение площади элементов структуры за счет выходящей к рабочей поверхности по всему периметру монокристаллической области высоколегированного скрытого слоя. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления кремниевых транзисторных структур с диэлектрической изоляцией, включающий формирование на монокристаллической кремниевой подложке первой пленки двуокиси кремния, вскрытие в ней локальных областей, вытравливание первой группы разделительных канавок, удаление первой пленки двуокиси кремния, формирование скрытого слоя в разделительных канавках первой группы, формирование второй пленки двуокиси кремния, вскрытие в ней локальных областей, вытравливание второй группы разделительных канавок, формирование пленки двуокиси кремния в разделительных канавках второй группы, наращивание на рельефную поверхность структуры слоя поликристаллического кремния, удаление части кремниевой подложки с образованием изолированных монокристаллических областей, формирование в этих областях транзисторных структур. Недостатком этого способа является наличие операции фотолитографии по рельефной поверхности структуры при формировании второй группы разделительных канавок. Проведение фотолитографии по рельефу, превышающему толщину (фоторезиста), технически сложно вследствие неоднородной толщины пленки фоторезиста в областях разделительных канавок и повышенных механических напряжений в этой пленке на дне разделительных канавок и на их границе с поверхностью подложки. В результате сплошность пленки фоторезиста в этих областях нарушается, что приводит к неконтролируемому вытравливанию пленки двуокиси кремния, маскирующей поверхность структуры, при травлении второй группы разделительных канавок. При последующем травлении кремния высоколегированные области кремния вытравливаются, искажая форму изолированных монокристаллических областей и существенно повышая сопротивление коллектора транзисторной структуры. Наличие дефектных монокристаллических областей значительно снижает выход годных транзисторных структур. Целью изобретения является повышение выхода годных структур за счет улучшения качества изолированных монокристаллических областей. Цель достигается тем, что в способе изготовления кремниевых транзисторных структур с диэлектрической изоляцией, включающем формирование на монокристаллической кремниевой подложке первой пленки двуокиси кремния, вскрытие в ней локальных областей, вытравливание первой группы разделительных канавок, удаление первой пленки двуокиси кремния, формирование скрытого слоя в разделительных канавках первой группы, формирование второй пленки двуокиси кремния, вскрытие в ней локальных областей, вытравливание второй группы разделительных канавок, формирование пленки двуокиси кремния в разделительных канавках второй группы, наращивание на рельефную поверхность структуры слоя поликристаллического кремния, удаление части кремниевой подложки с образованием изолированных монокристаллических областей, формирование в этих областях транзисторных структур, до формирования первой пленки двуокиси кремния на области вытравливания второй группы разделительных канавок наносят пленку нитрида кремния и удаляют эту пленку после формирования второй пленки двуокиси кремния. На фиг. 1 показана исходная монокристаллическая кремниевая подложка; на фиг. 2 - структура после формирования пленки нитрида кремния; на фиг. 3 - структура после формирования первой пленки двуокиси кремния и первой группы разделительных канавок; на фиг. 4 - структура после формирования скрытого высоколегированного слоя и его локального вывода, а также второй пленки двуокиси кремния; на фиг. 5 - структура после травления второй группы разделительных канавок после удаления пленки нитрида кремния; на фиг. 6 - структура после формирования пленки двуокиси кремния в разделительных канавках второй группы и наращивания слоя поликристаллического кремния; на фиг. 7 - структура после формирования изолированных монокристаллических областей в поликристаллическом слое; на фиг. 8 - сформированная транзисторная структура с диэлектрической изоляцией. Приняты обозначения: кремниевая монокристал- лическая подложка 1; пленка нитрида кремния 2; первая пленка двуокиси кремния 3; первая группа разделительных канавок 4; вторая пленка двуокиси кремния 5; скрытый слой 6; вывод скрытого слоя на поверхность структуры 7;
вторая группа разделительных канавок 8;
пленка двуокиси кремния в разделительных канавках 9;
слой поликристаллического кремния 10;
изолированные монокристал- лические области 11; область базы 12; область эмиттера 13; область подлегирования коллекторного контакта 14; контакт к области базы 15; контакт к области эмиттера 16; контакт к области коллектора 17. П р и м е р 1. На подложку монокристаллического кремния 1 (фиг. 1) n-типа проводимости методом разложения моносилана в атмосфере азота при 850-900^оС осаждают пленку нитрида кремния толщиной 0,18-0,2 мкм. С помощью метода фотолитографии эту пленку удаляют, оставляя лишь участки 2 на областях последующего травления второй группы разделительных канавок (фиг. 2). Затем поверхность подложки окисляют при 1150^оС, последовательно подавая в зону окисления в течение 15 мин сухой кислород, 35 мин пары воды и 20 мин снова сухой кислород. При этом пленка двуокиси кремния 3 толщиной 0,65 ± 0,05 мкм растет в местах, на защищенных участками пленки нитрида кремния 2. В пленке двуокиси кремния 3 методом фотолитографии вскрывают окна и вытравливают первую группу разделительных канавок 4 глубиной 30 ± 2 мкм для получения локальных выводов скрытого высоколегированного слоя (фиг. 3). Травление канавок 4 производят в травителе, состоящем из трех частей 25% -ного водного раствора щелочи и одной части изопропилового спирта, при 70-75^оС, который не воздействует на пленку нитрида кремния. После стравливания пленки двуокиси кремния 3 в буферном травителе, состоящем из плавиковой кислоты и воды (1: 5), в течение 10-12 мин, который практически не воздействует на нитрид кремния (за указанное время травления пленки двуокиси кремния нитрид кремния стравливается на 0,005-0,01 мкм), на немаскированных участках подложки введением фосфора или мышьяка формируют скрытые слои 6 с локальными выводами 7 вдоль стенок канавок 4. Одновременно с формированием скрытых слоев получают пленку термической двуокиси кремния 5 толщиной 0,65 ± 0,05 мкм по режиму получения пленки 3. При этом пленка двуокиси кремния образуется на участках, не защищенных пленкой нитрида кремния (фиг. 4). Далее пленку нитрида кремния удаляют кипячением в концентрированной ортофосфорной кислоте в течение 50-60 мин, в которой пленка двуокиси кремния не травится. В образовавшихся окнах вытравливают вторую группу разделительных канавок 8 глубиной 30 ± 2 мкм (фиг. 5), в канавках наращивают пленку двуокиси кремния 9 и слой поликристаллического кремния 10 (фиг. 6). Далее механической обработкой формируют кремниевую структуру с диэлектрической изоляцией, с локальным выводом 7 скрытого слоя 6 на поверхности монокристаллической области 11. В сформированных областях 11 создается транзисторная структура с областями базы 12, эмиттера 13, областью подлегирования 14 коллекторного контакта и контактами 15, 16, 17. П р и м е р 2. Проводят операции, описанные в примере 1, с тем отличием, что пленку двуокиси кремния 5 (фиг. 4) получают при 1150^оС, последовательно подавая в зону окисления в течение 18 мин сухой кислород, 80 мин пары воды и 20 мин снова сухой кислород. Толщина пленки при этом составляет 0,8 ± 0,05 мкм. Затем удаляют нитрид кремния в плазме хладона - 14, причем скорость травления его составляет 0,05-0,06 мкм/мин, а скорость травления пленки термической двуокиси кремния 0,03-0,04 мкм/мин. После травления в течение 5-6 мин нитрид кремния полностью удаляется, а толщина оставшейся пленки двуокиси кремния (0,6-0,7 мкм) достаточна для маскирования подложки при травлении второй группы разделительных канавок 8 (фиг. 5). Данный способ обеспечивает по сравнению со способом-прототипом сохранение сплошности маски из пленки двуокиси кремния при вскрытии областей травления для второй группы разделительных канавок из-за исключения фотолитографии по рельефной поверхности. За счет этого исключается вытравливание высоколегированных коллекторных областей структуры, образование дефектных монокристаллических областей, что и обеспечивает увеличение выхода годных транзисторных структур. (56) Патент США N 3.391.023, кл. 117-312, опублик. 1968. Патент США N 3.50.9.433, кл. 96-36.2, опублик. 1970. Патент США N 3.815.222, кл. 29-578. опублик. 1974.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ, включающий формирование на монокристаллической кремниевой подложке первой пленки двуокиси кремния, вскрытие в ней локальных областей, вытравливание первой группы разделительных канавок, удаление первой пленки двуокиси кремния, формирование скрытого слоя в разделительных канавках первой группы, формирование второй пленки двуокиси кремния, вскрытие в ней локальных областей, вытравливание второй группы разделительных канавок, формирование пленки двуокиси кремния в разделительных канавках второй группы, наращивание на рельефную поверхность структуры слоя поликристаллического кремния, удаление части кремниевой подложки с образованием изолированных монокристаллических областей, формирование в этих областях транзисторных структур, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных структур за счет улучшения качества изолированных монокристаллических областей, до формирования первой пленки двуокиси кремния на области вытравливания второй группы разделительных канавок наносят пленку нитрида кремния и удаляют эту пленку после формирования второй пленки двуокиси кремния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8