Спосіб виготовлення структур “кремній-на-ізоляторі”

Спосіб виготовлення структур "кремній-наізоляторі", який включає послідовне формування на кремнієвій пластині шару ізолятора, відкриття в ньому вікон для контактів-зародків полікремнію із пластиною, нанесення шару полікремнію, капсулюючого і просвітлюючого покрить у вигляді смужок із нітриду кремнію та наступну лазерну перекристалізацію шару полікремнію шляхом сканування лазерним променем, який відрізняється тим, що шар ізолятора формують комбінованим послідовним нанесенням двох плівок із термічного окислу кремнію або оксинітриду кремнію 3 36855 по поверхні пластини з можливою їх «прив'язкою» до елементів топології приладних структур, після чого підготовлену таким чином вихідну «полікремній-на-ізоляторі»-структур у піддають лазерній перекристалізації шару полікремнію. Перевагами цього способу порівняно з аналогом є можливість керування місцерозташуванням кристалічно-недосконалих областей перекристалізованого шару полікремнію під нітридними смужками унаслідок їх просвітляючого впливу порівняно із капсулюючим покриттям, що приводить до більш швидкого розплавлення полікремнію і більш пізнішого його затвердіння. Але в цьому способі, так само як і в попередньому, мають місце кристалографічна недосконалість перекристалізованої КНІ-плівки, наявність кристалітів, кристалографічна орієнтація яких може відрізнятися від кристалографічної орієнтації поверхні вихідної кремнієвої пластини. Причиною цього є випадкові зародкоутворення в процесі перекристалізації, наявність міжзеренних границь і окисних включень у вихідному шарі полікремнію. В основу корисної моделі пропонованого способу поставлене завдання зменшення кристалографічної дефектності КНІ-структур і оптимізації умов їх лазерної перекристалізації. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі одержання структур типу «кремній-наізоляторі», який включає послідовне формування на кремнієвій пластині шару ізолятора, відкриття в ньому вікон для контактів-зародків полікремнію із пластиною, нанесення шару полікремнію, капсулюючого і просвітляючого покрить у вигляді смужок із нітриду кремнію та наступної лазерної перекристалізації шару полікремнію згідно із корисною моделлю, шар ізолятора формують комбінованим послідовним нанесенням двох плівок із термічного окислу кремнію або оксинітриду кремнію та плівки нітриду кремнію, в яких утворюють вікна для контактів-зародків із кремнієвою пластиною, осаджують першу частину шару полікремнію товщиною 0,1-0,2мкм, обробляють цей підшар в окисному травнику з наступним високотемпературним відпалом в нейтральному середовищі азоту або аргону, осаджують другу частину шару полікремнію товщиною 0,2-0,4мкм, планаризують його поверхню, наносять комбіноване капсулююче покриття із плівок нітриду кремнію та піролітичного окислу кремнію загальною товщиною 0,55мкм та просвітляюче покриття із плівки нітриду кремнію товщиною 0,1мкм, формують в ньому топологію елементів просвітляючого покриття для локалізації дефектних ділянок в процесі лазерної перекристалізації шару полікремнію, при цьому топологія контактних вікон для зародків є вписаною в топологію елементів просвітляючого покриття, після цього проводять лазерну перекристалізацію шару полікремнію в підготовленій таким чином вихідній «полікремній-на-ізоляторі»-структурі шляхом сканування лазерним променем. Суть пропонованого способу пояснюється фіг. 1 та прикладом конкретного використання. 4 На фіг. 1 зображено поперечний перетин вихідної «полікремній-на-ізоляторі»-структури, підготовленої для лазерної перекристалізації шару полікремнію. На фіг. 1 цифрами позначені: 1 - кремнієва пластина, наприклад, КДБ-40 з кристалографічною орієнтацією поверхні (100); 2 - шар термічного окислу кремнію SіO2 або оксинітриду кремнію товщиною 0,6мкм, який разом з плівкою 3 із нітриду кремнію Si3N4 товщиною 0,1мкм, утворюють шар ізолятора; 4 - шар полікремнію, товщиною 0,40,6мкм, нанесений в дві стадії; 5 - вікна в ізоляційному діелектрику; 6 - контакти-зародки полікремнію до кремнієвої пластини через вікна 5 в шарі ізолятора; комбіноване капсулююче покриття із плівок нітриду кремнію 7 та окислу кремнію 8; 9 - елемент просвітляюючого покриття із нітриду кремнію Si3N4 товщиною 0,1мкм та лінійним розміром «А». Лінійні розміри елементів контактівзародків «В» є меншими за розміри «А» і вписаними в них; «Б» - лінійний розмір елемента капсулюючого покриття у ви хідній структурі; 10 - схематичне зображення горизонтальними стрілками напрямків сканування лазерного променя над поверхнею пластини і вертикальними стрілками показано дію лазерного променя на шар полікремнію в процесі його перекристалізації. На горизонтальних та вертикальних осях подані розміри у мікрометрах. Приклад конкретного використання. Вихідним матеріалом для конструктивнотехнологічної реалізації запропонованого способу були монокремнієві пластини 1 (згідно позначень, прийнятих на фіг. 1), типу КДБ-40 з кристалографічною орієнтацією поверхні (100). Термічним окисленням пластин при температурі 950°С було створено шар термічного окислу 2 товщиною 0,6мкм, на який було нанесено плівку із нітриду кремнію 3 товщиною 0,1мкм. В цих шарах методами фотолітографії і послідовного травлення нітриду кремнію і термічного окислу кремнію сформовано контактні вікна - 5 до поверхні пластини, які служать місцями зародкоутворення 6 в процесі перекристалізації шару полікремнію і що дозволяє повторювати в ньому задану кристалографічну орієнтацію пластини в процесі лазерної перекристалізації. Після цього на поверхню плівки нітриду кремнію осаджують 1-шу частину шару полікремнію - 4, товщиною 0,1-0,2мкм методом розкладу моносилану в реакторі пониженого тиску при температурі 625°С. Плівка нітриду кремнію, на яку нанесено 1-шу частину шар у полікремнію є достатньо добрим бар'єром для дифузії атомів кисню в процесі осадження полікремнію, що зменшує утворення окисних сполук на міжзеренних границях в шарі полікремнію. Після цього обробляють поверхню полікремнію в травнику для окислу кремнію, що додатково усуває його залишки на міжзеренних границях в шарі полікремнію. Наступна високотемпературна обробка при температурі Т=1200°С в нейтральному середовищі аргону впродовж 30хв. приводить до ущільнення зерен в шарі полікремнію, що створює оптимальні умови при осадженні 2-ї частини шару 5 36855 полікремнію 4 товщиною 0,2-0,4мкм отримувати в ньому чітко виражену стовпчато-орієнтовану текстуру, яка є оптимальною для проведення лазерної перекристалізації. Одночасно із нанесенням 2-ї частини шару полікремнію проводять планаризацію його поверхні шляхом часткового плазмохімічного травлення і повторного нанесення полікремнію. На сформований таким чином шар полікремнію послідовно наносять плівки із нітриду кремнію 7 товщиною 0,1мкм та піролітичного окислу кремнію 8 товщиною 0,5мкм, які є капсулюючим покриттям. Поверх капсулюючого покриття наносять плівку із нітриду кремнію товщиною 0,1мкм і методом фотолітографії та плазмохімічного травлення формують у заданих місцях елементи просвітляючого покриття 9. Перекристалізацію шару полікремнію проводять через рідку фазу розплаву скануванням лазерного променя 10 з довжиною хвилі 1,06мкм сфокусованою лазерною плямою діаметром 200250мкм при густині потужності 120кВт/см 2. Елементи просвітляючого покриття, які розташовані над контактами-зародками сприяють швидкому поглинанню потужності за рахунок підібраних товщин плівок капсулюючого і просвітляючого покрить відповідно із довжиною хвилі лазерного променя. Це сприяє швидшому нагріву шар у полікремнію в місцях просвітляючого покриття до вищої температури, що також дозволяє компенсувати втрати енергії за рахунок її теплопередачі у підкладку через контакти-зародки 6. Більший нагрів в місцях просвітляючих покрить приводить до більш пізнього в часі охолодження розплавленої зони порівняно із лише капсулюючим покриттям. Завдяки градієнту температур під капсулюючим і просвітляючим покриттями, в процесі перекристалізації шару полікремнію, дефекти переміщаються до місць розташування елементів просвітляючого покриття. Тому області перекристалізованого полікремнію під просвітляючими елементами доцільніше використовувати для вертикальної ізоляції майбутніх приладних стр уктур (області «А», «В» фіг. 1), а також для контактів елементів приладів до підкладки (області «В»). Тоді як області «Б» під капсулюючим покриттям, як більш 6 кристалічно досконалі, є кращими для активних елементів приладів. Оскільки капсулююче покриття є комбінованим і контактуючими поверхнями до шару полікремнію в процесі перекристалізації є плівки із нітриду кремнію, які мають суттєво менший кут змочування розплавом кремнію порівняно із окислом кремнію, відповідно 25° і 87°, що також суттєво покращує умови перекристалізації полікремнію через рідку фаз у розплаву, приводить до його кращого розтікання і є важливим чинником зменшення дефектності КНІ-плівки. Отже, введення добре змочуваних капсулюючих поверхонь до шару полікремнію із нітридних плівок, зменшення окисних міжзеренних включень в шарі полікремнію і його висока щільність із добре вираженою стовпчастою текстурою та планаризована поверхня полікремнію оптимізують умови лазерної перекристалізації та зменшують дефектність КНІ-плівки, одержуваної запропонованим способом. Перелік фігур креслення та прийняті позначення: На фіг. 1. ци фрами позначені: 1 - кремнієва пластина, наприклад, КДБ-40 з кристалографічною орієнтацією поверхні (100); 2 - шар термічного окислу кремнію SiO2 або оксинітриду кремнію товщиною 0,6мкм, який разом з плівкою 3 із нітриду кремнію Si3N4 товщиною 0,1мкм, утворюють шар ізолятора; 4 - шар полікремнію, товщиною 0,40,6мкм, нанесений в дві стадії; 5 - вікна в ізоляційному діелектрику; 6 - контакти-зародки полікремнію до кремнієвої пластини через вікна 5 в шарі ізолятора; комбіноване капсулююче покриття із плівок нітриду кремнію 7 та окислу кремнію 8; 9 - елементи просвітляючого покриття із нітриду кремнію Si3N4 товщиною 0,1мкм; стрілками 10 позначені дія лазерного променя на вихідну КНІ структур у в процесі перекристалізації шару полі кремнію 4 і напрями сканування променя. Використані джерела інформації: 1. J.-P. Collinge Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI. Kluwer Academic Publishers, 1995, p.15. 2. A.Druzh ynin, I.Kogut "Digital CMOS ARR AY based on SOI Structures" // Electron Technology, Warshawa, 1999, Vol.32, No. 1/2 pp.142-145. 7 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 36855 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601