Способ изготовления диэлектрической изоляции элементов интегральных схем

 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности, а именно, к производству больших интегральных схем с боковой диэлектрической изоляцией. Сущность: способ включает формирование скрытых слоев в полупроводниковой подложке, наращивание эпитаксиальной пленки, нанесение маскирующих слоев, вытравливание канавок в эпитаксиальной пленке, формирование противоканальных р⁺ -стопорных областей, нанесение пленки поликремния и заполнение канавок окислом кремния. При этом после нанесения маскирующих слоев наносят легированную окисную пленку. Канавки травят на толщину эпитаксиальной пленки. Затем, перед формированием противоканальных р⁺-областей формируют диэлектрическую пленку на стенках и дне канавок. Удаляют локально окисел со дна канавок. После нанесения поликремния проводят термический отжиг структуры в инертной атмосфере, и селективно, по отношению к нелегированному поликремнию, стравливают легированный поликремний. Заполнение канавок проводят путем окисления поликремния, заполнившего эти канавки. Технический результат: увеличение степени интеграции и процента выхода годных схем. 7 ил.

Данное изобретение относится к области микроэлектроники, а именно, производству больших интегральных схем с боковой диэлектрической изоляцией.

Известны способы изготовления ИС с боковой окисной изоляцией типа "Изопланар" (см., например, пат. США: №3904450 кл. 148-175 опуб. 1975 г., №4199380 кл.148-1,5 опуб. 22.04.80 г.). В соответствии с этими патентами при изготовлении ИС в эпитаксиальной пленке в местах изоляции вытравливают канавки на 60% толщины эпитаксиальной пленки, формируют противоканальные р+ стопорные области в канавках и термическим способом заращивают канавки под защитой термостойких диэлектрических пленок под изолированными областями. После создания боковой окисной изоляции известными методами формируют элементы ИС.

Недостатком вышеуказанных способов является:

1) закорачивание базовой области р+-стопорными областями на подложку, которое происходит в результате "расползания" последних по вертикальным участкам канавки при создании боковой окисной изоляции;

2) образование дислокации по периферии изолированных областей в результате генерации термических напряжений из-за различия ТКР кремния и окисла кремния;

3) образование "птичьего клюва" и уход размеров изолированных областей (уменьшение их размеров после создания боковой окисной изоляции), что приводит к невоспроизводимости характеристик транзисторных структур и уменьшению плотности компоновки.

Существуют способы изготовления ИС, позволяющие предотвратить образование "птичьего клюва" (см. пат. Англии №1449559 кл. H 01 L 21/32 опубл. 1975 г., пат. США №3961 999 кл.148-177 опубл. 1976 г.). Согласно пат. Англии устранение "птичьего клюва" достигается следующим образом: осуществляют маскирование эпитаксиальной пленки первым диэлектриком, устойчивым к окислению. Травят первый диэлектрик и частично эпитаксиальную пленку в местах будущей изолированной области, открытые участки заращивают окислом кремния и маскируют эпитаксиальную пленку третьим диэлектриком. В 1-ом и 3-м диэлектриках травят окна, через которые формируют канавку в эпитаксиальной пленке и канавки заполняют окислом кремния. Окисел кремния на будущей изолированной области является стопором, предотвращающим образование клюва.

Данный способ устраняет один из вышеуказанных недостатков, причем травлением эпитаксиальной пленки в активных областях, что влечет за собой увеличение толщины эпитаксиальной пленки и удлинение цикла изготовления ИС (создания боковой окисной изоляции). Наиболее близким техническим решением является способ описанный в пат. США №3961999 кл. 148-175 опубл. 1976 г., включающий операции формирования скрытых слоев, наращивания эпитаксиальной пленки, нанесения маскирующих слоев, вытравливания канавок, подтравливания 1-го маскирующего слоя, нанесения кремния и заполнения канавок в эпитаксиальной пленке.

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому техническому решению и выбирается в качестве прототипа. Прототипу присущи недостатки вышеуказанных способов и необходимость удаления окисла кремния с изолированных областей после создания боковой окисной изоляции, что ухудшает планарность. В принципе уход изолированных областей и образование "птичьего клюва" можно предотвратить, если после жидкостно-химического метода формирования канавки произвести осаждение пленки поликристаллического кремния с последующим его удалением с изолированных областей. Однако в этом случае не решается проблема устранения закорачивания базовой области на подложку и генерации дислокаций.

Целью изобретения является повышение плотности компоновки и увеличения процента выхода годных схем.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения боковой окисной изоляции интегральных схем, включающем операции формирования скрытых слоев, в полупроводниковой подложке наращивания эпитаксиальной пленки, нанесения маскирующих слоев, вытравливания канавок, формирования противоканальных р-стопорных областей, нанесения пленки кремния и заполнения канавок, на маскирующих слоях формируют легированную диэлектрическую пленку, в последней и маскирующих слоях формируют маску в окнах, которой осуществляют создание канавок травлением эпитаксиальной пленки до подложки, по канавке формируют диэлектрическое покрытие, которое удаляют со дна канавки, проводят противоканальное р+-стопорное подлегирование, производят осаждение пленки поликристаллического кремния (ППК), удаления ППК с изолированных областей, заполняют канавки окислом кремния, а в полученных изолированных областях формируют активные и пассивные элементы интегральных схем.

Способ иллюстрируется на фиг.1-7.

На фиг.1 представлен разрез структуры, где 1 - монокристаллическая подложка р-типа проводимости, 2 - эпитаксиальная пленка п-типа проводимости, 3 - подслой окисла кремния, 4 - нитрид-кремния, 5 - легированное стекло, 6 - скрытые слои.

На фиг.2 показан разрез структуры с вскрытыми окнами в слоях 5, 4, 3 и вытравленными канавками 7 до подложки.

На фиг.3 представлен разрез структуры с нанесенным диэлектрическим покрытием 8.

На фиг.4 показан разрез структуры со снятым диэлектрическим покрытием со дна канавок и сформированными р+-стопорными областями 9.

На фиг.5 показан разрез структуры с нанесенным поликристаллическим кремнием, где 10 - легированный поликристаллический кремний 11 - нелегированный поликристаллический кремний в канавках.

На фиг.6 показан разрез структуры после удаления поликристаллического легированного кремния 10 и легированного стекла 5 с будущих изолированных областей.

На фиг.7 представлен разрез структуры с заполненными канавками окислом кремния +12, путем окисления нелегированного поликристаллического кремния 11 и сформированными областями в изолированных участках: 13 - глубокий коллектор, 14 - базовая область, 15 - эмиттер.

Пример

На монокристаллическую подложку 1 со скрытым слоем 6 наращивается эпитаксиальная пленка 2, п-типа проводимости (толщина пленки 1,8-2 мкм, которая маскируется двухслойным диэлектриком SiO₂-Si₃N₄(500÷600 А°) - (1500÷1800 А°) и фосфорно-силикатным стеклом с 8÷10% содержанием фосфора 8000-10000 А° (фиг.1). Методом фотолитографии в вышеуказанных пленках с помощью плазмохимического травления вскрываются контурные окна, в которых осуществляют вытравление эпитаксиальной пленки 2 (фиг.2). Далее в вытравленных канавках формируют диэлектрическое покрытие, например, окисел кремния 1500÷2000 А° или нитрид кремния 1200÷1500 А°, полученный пиролизом при пониженном давлении (52-70 Па) (фиг.3), последний удаляется со дна канавки ПХТ (фиг.4), проводится формирование противоканальной р-области, например, ионным легированием бора (Б+ с энергией 50 кэв и дозой (3÷3,2)×10¹⁴ см^-2. На структуру (фиг.5) наносится ППК при Т=893°К и пониженном давлении 70-80 Па пиролизом моносилана толщиной 1,0-1,2 мкм. Далее производится термический отжиг структуры при Т=1273°К в потоке аргона в течение 35-40 мин. При этом участки ППК, лежащие на ФСС, легируются фосфором до 20÷50 Ом, а ППК в канавках при этом не подвергается легированию. Следует отметить, что толщина осажденного ППК зависит от толщины эпитаксиальной пленки и связана следующим соотношением где

Vтр НППК - скорость травления нелегированного ППК;

Vтр ЛППК - скорость травления легированного ППК;

К_ППК=0,47±0,02 - коэффициент, определяющий превращение НППК в окисел кремния.

Удаляется легированный ППК с изолирующих областей, например, в буферном, травителе HF:HNO ₃:H₂O=1:9:10, который обеспечивает селективность к нелегированному ППК 5:1. При этом скорость травления легированного ППК составляет 350-400 А/сек, а нелегированного 75-80 А/сек.

После удаления легированного ППК, удаляется фосфорно-силикатное стекло в травителе HF:H₂O=1:10 (фиг.6). Затем прокислением НППК, например, при Т=1273°К и повышенном давлении (1,5÷20)атм осуществляют заполнение канавок окислом кремния 12. Далее известными методами формируются базовая 13, эмиттерная 14 области и глубокий коллекторный контакт 15. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить процент выхода годных приборов по двум причинам;

1) травлением канавок эпитаксиальной пленки на всю ее толщину и защита, вертикальных стенок канавки диэлектриком. Этим увеличивается расстояние между базовой областью и р+-стопорной областью, что позволяет увеличивать время термических обработок, но ввиду того, что осуществляется прокисление ППК, а не эпитаксиальной пленки, данное время не увеличивается, т.е. вероятность закороток по вертикальной части изолированных областей уменьшается на 30%.

2. Наличие диэлектрической пленки между ППК и изолированными областями, а также вследствие того, что окисляется не эпитаксиальная пленка, а ППК, предотвращается генерация дислокации и дефектов по периметру изолированных областей, по которым, как известно, осуществляется ускоренная диффузия. Увеличение плотности компоновки происходит из-за того, что на окисел кремния расходуется не изолированная область, а ППК в - канавке, что позволяет увеличить плотность компоновки на 25-30%. Отсутствие необходимости стравливания окисла кремния с изолированных областей улучшает планарность структур, что благоприятно сказывается на металлизацию структур.

Формула изобретения

Способ изготовления диэлектрической изоляции элементов интегральных схем, включающий формирование скрытых слоев в полупроводниковой подложке, наращивание эпитаксиальной пленки, нанесение маскирующих слоев, вытравливание канавок в эпитаксиальной пленке, формирование противоканальных р⁺-стопорных областей, нанесение пленки поликремния и заполнение канавок окислом кремния, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени интеграции и процента выхода годных схем, после нанесения маскирующих слоев наносят легированную окисную пленку, канавки травят на толщину эпитаксиальной пленки, затем перед формированием противоканальных р⁺-областей формируют диэлектрическую пленку на стенках и дне канавок, удаляют локально окисел со дна канавок, а после нанесения поликремния проводят термический отжиг структуры в инертной атмосфере, и селективно, по отношению к нелегированному поликремнию, стравливают легированный поликремний, причем заполнение канавок окислом проводят путем окисления поликремния, заполнившего эти канавки.

РИСУНКИ