Способ изготовления полупроводниковых кремниевых структур

 

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 использованием фоторезистивной маски, удаление фоторезистивной маски, надрезание структуры на глубину не более 2/3 ее толщины, удаление продуктов надрезания, нанесение защитно11 диэлектрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки на кристаллы, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и уменьшения уровня поверхностных токов утечек, после формирования металлизированной разводки фоторезист оставляют на металлизированной поверхности структур, затем проводят надрезание подложки, а удаление фоторезиста и продуктов надрезания проводят в едином технологическом цикле с очисткой поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и металла путем плазмохимической обработки во (Л фторсодержащей среде« с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (si>s Н 01 ь 21/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

j г r4

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ контроль электропараметров, нанесение защитной маски, скрайбирование, удаление продуктов скрайбирования и разламывание подложки на отдельные кристаллы.

Основным недостатком этого способа является необходимость глубокого травления разделительных канавок, что приемлемо не для всех типов интег ральных 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 поi+i О

1 Ql ! () ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) (21) 3423662/25 (22) 15.04.82 (46) 15. 07. 93 „Бюл „ 26 (72) В„Н Глуценко и А.И,Колычев (56) Авторское свидетельство СССР

1" 980568, кл. Н 01 1. 21/76, 1981„

Авторское свидетельство СССР

tf 670004, кл. Н 01 L 21/31, 1976. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ CTPYVTYP, 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 использовано 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, „„5U „„1160895 А1

2/3 ее толщины, удаление продуктов надрезания, нанесение защитной ди" электрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электро" параметров и разделение подложки на кристаллы, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и уменьыения уровня поверхностных токов утечек, после формирования металлизированной разводки фоторезист оставляют на металлизированной поверхности структур, затем проводят надрезание подложки, а удаление фоторезиста и продуктов надрезания проводят в едином технологическом цикле с очисткой поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и металла путем плазмохимической обработки во фторсодержащей среде.

1!6089г> крытием двуокиси кремния, вскрытие контактных окон, нанесение металла, формирование металлизированной разводки с использованием фоторезистивной маски, удаление фоторезистивной

5 маски, надрезание структуры на глубину не более 2/3 ее толщины, удаление продуктов надрезания, нанесение защитной диэлектрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки на кристаллы, V основным недостаткам способа следует отнести низкое качество диэлектрической защиты краев кристалла, обусловленное загрязнением этой части поверхности кристалла продуктами надреэания (скрайбирования), что повышает уровень поверхностных токов утечек„ Надрезание полупроводниковой подложки на отдельные кристаллы возможно лазерным лучом или алмазными дисками„

В случае лазерного скрайбирования на лицевук> поверхность полупроводниковой подложки наносят маску, которая защищает поверхность полупроводниковой подложки и металлизированной разводки от поверхностных загрязнений продуктами скрайбирования,. После скрайбирования 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 выгоревшей защитной маски, кремния и окиси кремния. Буртик является проводящим, однако удалить последний с поверхности пластины или получить на нем качественную защитную пленку практически

40 не удаляется из-за сложной по составу и рыхлой его структуры.

При дисковс»л надрезании подложки защитную маску на поверхность плас- 45 тины не наносят, так как она будет эасаливать инструмент и, следовательно, снижать его стойкость и ухудшать качество реза. При таком надрезании по краю реза образуется нарушенный rp слой подложки, а микронные частицы кремния загрязняют контактные площадки (поры металла и периметр разводки) и спреccoBb>Bàþòñÿ по краю реза, удалить данные загрязнения и дефекты отмывками не удается, а применить травление в данном случае нельзя, так как будет вытравливаться кремний из алк>миниевой разводки \прореагировавший при вжигании алюминия и добавленный в металл при напылении, например, для МСП БИС). что приводит к нарушениям и порам в последней. Получить качественную диэлектрическук пленку на таком слое также не удается.

Сложность способа в случае лазерного надрезания подложки состоит в том, что требуется проведение специальных операций нанесения и удаления защитной маски.

Цель изобретения - упрощение способа и уменьшение уровня поверхностных токов утечек.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления полупроводниковых кремниеBblx структур, включающем формирование элементов структуры в кремниевой подложке с маскирующим их диэлектрическим покрытием двуокиси кремния, вскрытие контактных окон, нанесение металла, формиро" вание металлиэированной разводки с использованием фоторезистивной маски, удаление фоторезистивной маски, надрезание структуры на глубину не более

2/3 ее толщины, удаление продуктов надрезания, нанесение защитной диэлектрической пленки, вскрытие контактных площадок, контроль электропараметров и разделение подложки на кристаллы, после формирования металлизированной разводки фоторезист оставляютт на металлизированной поверхности структур, затем проводят надрезание подложки, а удаление фоторезиста и продуктов надреэания проводят в едином технологическом цикле с очисткой поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и металла путем плазмохимической обработки во фторсодержащей среде.

Оставляя фоторезист на металлизированной разводе, осуществляют защиту металла подложки при надрезании от загрязнения продуктами надрезания, а при очистке от вытравливания кремния из металлизации, При такой защите можно также наиболее эффективно проводить лазерное скрайбирование, так как отсутствие защитной маски на разделительных дорожках способствует увеличению глубины реза, а высота буртика при этом уменьшается и состоит он только из кремния и продуктов термической реакции его с в<>здухом.

Следующей после надреэания ->чисткой

5 11 удаляют продукты надрезания и буртик, с поверхности подложки, а также удаляют поверхностный дефектный и загрязненный слой маскирующего диэлектрического покрытия двуокиси кремния.

Отсутствие специальной операции нанесения защитной маски, а также очистки подложки от продуктов скрайбирования маскирующего диэлектрического покрытия и металлизированной разводки в одном технологическом цикле упрощает способ и сокращает время его проведения„

Пример, Полупроводниковую подложку кремния толщиной 250 мкм и-типа проводимости, служащую коллектором, подвергают термическому окислению при температуре 1150 С в течение 3 ч. Процесс проводят в ком"

Ьинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода, выращивая маскирующее диэлектрическое. покрытие двуокиси кремния. В результате получают пленку толщиной

0,8 мкм, достаточную для маскирования подложки от последующих операций диффузии и селективного травления„

Через вскрытое Фотолитографическое окно в покрытии формируют вначале базовую область, например, термической загонкой бора из борного ангидрида с последующей . его разгонкой при температуре 1150 С в комбинированной среде сухого и увлажненного водяными парами кислорода до глуоины 3 мкм„ В этом же процессе получают маскирующее диэлектрическое покрытие двуокиси кремния толщиной

0,6 мкм.

Далее формируют эмиттерную область, например, термической диффу" зией фосфора из хлорокиси фосфора при температуре 1050 С в среде азота с добавлением кислорода, так что в процессе диффузии вырастает также маскирующее диэлектрическое покрытие фосфорно"силикатного стекла толщиной

0,4 мкм„

К сформированным областям базы эмиттера фотогравировкой открывают контактные области, после чего фоторезист снимают и проводят отмывку пластины в перекисноаммиачной смеси.

Затем осуществляют вакуумное напыление алюминия до толщины 1, 5 мкм, Мета лли зи рова нную раз водку формируют Фотогравировкой с травлением

15 см/с

60895 6 алюминия в травителе состава Н РО .

: Нко . СН .Соон: н о (140:6:30:5);: используя маскирующие свойства Фоторезиста, который в качестве маски ос» тавляют при скрайбировании канавок„

;|ри этом Фотолитографию осуществляют нанесением Фоторезиста ФП-383 на основе новолачной смолы. Резист наносят центрифугированием со скоростью вращения 3000 об/мин толщиной . 1 мкм., Далее следует сушка при температуре 100 С в течение 15 мин, совмещение, экспонирование, проявление в

15 0,54-ном растворе щелочи КОН и вскрытие контактных областей селективным травлением.

Яатем, не удаляя Фоторезист, т.е. оставляя его на металлизированной по20 верхности структур, проводят скрайбирование подложки путем нанесения сетки канавок. При этом фоторезистивную маску используют для защиты металлизированной разводки от загрязнения

25 продуктами лазерного испарения кремния,осаждающимися при лазерном скрайбировании.

Режимы лазерного скрайбирования: ток накачки (мощ30 ность излучения) 40 А, скорость скрайбирования частота следования импульсов 27 КГц, В результате получают канавки шириной 20 мкм и глубинок 100 мкм, при этом прочность полупроводниковой подложки достаточна lflsl выполнения с ней последующих операций.

40 После этого в едином технологическом цикле проворят удаление продуктов лазерного скрайбирования (надрезания), очистку поверхности маскирующего диэлектрического покрытия и

45 металла путем плазмохимической обработки во Фторсодержащей срере, в которую сначала добавляют азот (CF

: И2 = 1:1), а затем добавляют 154 кислорода..

Режим травления: напряжение на аноре 3 кВ, ток анода 0,7 А ток сетки 0,3 А давлени.е в камере (Р) 133 Па, время травления 12 мин.

Указанная травящая среда и условия ее образования обладают селектив1160895

После этого проводят замер электропараметров, Наблюдается снижение брака по токам утечек эмиттерного и коллекторного переходов в сравнении со способами, в которых перед надрезанием на поверхность наносят защитную маску с последующим удалением последней после надрезания, В конкретном примере для транзисторной матрицы типа 1НТ-251 с диэлектрической изоляцией составляющих ее элементов снижается брак по обратному току утечки коллектор-базового р-и-перехода пп установленному уровню Отбраковки I„ ) 1/4кА при Р„в=

= 60 В в количестве структур с 80 до 57%, эмиттер-базового р-и-перехода по уровню Т ) 1,мкА при U Б = 5 В с 15 до 9б„

Затем проводят размалывание подложки на отдельные кристаллы„

При контроле электропараметров собранных приборов снижается брак по

25 токам утечек, возникающим при контактировании внутреннего вывода с краем кристалла, так как улучшается структура и диэлектрические свойства пассирующего диэлектрического покры3Р тия на краях и ребрах кристалла в сравнении с известными способами, при которых диэлектрическое покрытие наносят на краевые поверхности, загрязненные остатками продуктов надре35 зания

R KoHh

4р каких-либо изменений в сборочном технологическом процессе.

Преимущества предлагаемого способа перед известными: за счет снижения поверхностного

45 уровня токов утечек повышается процент выхода годных структур и надежность собранных приборов, за счет исключения и совмещения технологических операций снижается трудоемкость изготовления кристаллов .и техн логический цикл их изготовления. нтал Корректор А.Обручар ностью в травлении продуктов надрезания, состоящих в основном из кремния, по отношению к маскирующему диэлектрическому покрытию, т,е. скорость травления продуктов надрезания значительно выше, чем маскирующего диэлектрического покрытия,, В конкретном примере в процессе удаления продуктов надрезания стравливают о

550-750 A поверхностного диэлектрического .покрытия на основе двуокиси кремния.

Известно, что уровень поверхностных токов утечки ИС и дис!<ретных транзисторов, изготовленных на кремниевой подложке с пассивацией элементов структур лвуокисью кремния, определяется в основном присутствием в окисле ионов Си, 1 е, Аи, Ма, К„

Стравливание поверхностного де- . фектного и загрязненного слоя маскирующего диэлектрика с последующей пассивацией стабильно уменьшает уровень поверхностных токов утечек.

В конкретном примере добавление кислорода в фторсодержащую среду позволяет удали ь фоторезистивную маску с поверхности металлизации, при этом алюминиевая металлизация, покрытая в естественных условиях пленкой двуокиси алюминия, индифферентна к данной травящей среде.

Затем на рельефную поверхность подложки наносят плазмохимическим способом двуокись кремния„

Режим нанесения:

Т = 200 С, Ро = 2-7 Па, например

Р = 2,26 Па с добавлением моносилана до Р = 26,6 Па„

При этом защищают как лицевую поверхность подложки, так и вертикальные стенки канавок. После этого по защитному покрытию делают фотогравировку и вскрывают окисел на контактных площадках.

Вскрытие проводят плазмохимическим способом во фторсодержащей среде хладона — 21 >. Режим травления: давление 186 Па, лющность 0,6 кВт, скорость травления 900 А/мин, Редактор Г,.Берсенева Техред И„Mnpге

Заказ 2Р35 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениял и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101