Спосіб формування локальних мікроструктур типу “кремній-на-ізоляторі”

Спосіб формування локальних мікроструктур типу "кремній-на-ізоляторі", який включає послідовне формування на кремнієвій пластині шару ізолятора, відкриття в ньому вікон для контактів 3 34277 Окрім цього, із ростом ступеня інтеграції, суттєво зменшуються до субмікрометрових та десятків нанометрових топологічні розміри активних елементів інтегральних пристроїв. Тому виходячи із наведених аргументів, перспективним підходом формування КНІ-структур можуть бути методи створення локальних, «прив'язаних» до конкретної топології, із високою досконалістю, КНІ-структур в яких будуть реалізовані активні приладні елементи, а місця на поверхні КНІ-плівки де має бути створена міжелементна ізоляція не вимагають високих вимог щодо їх кристалічної досконалості. Однією із таких технологій формування КНІструктур є наприклад метод лазерної перекристалізації [3], прийнятий авторами за прототип, в якому на кремнійовій пластині послідовно формують шари ізолятора із термічного окислу товщиною приблизно 1,0мкм, після цього методами піролізу моносилану наносять шар полікремнію, осаджують капсулююче покриття із шару піролітичного окислу кремнію товщиною 0,6мкм і просвітляюче покриття із нітриду кремнію товщиною 0,1мкм, при цьому як зародки для монокристалічного росту КНІ-плівки в процесі лазерної перекристалізації використовують контакти полікремнію до кремнійової пластини через контактні вікна у термічному окислі, розташовані по поверхні пластини з їх «прив'язкою» до елементів топології приладних структур , після чого підготовлену таким чином вихідну «полікремнійна-ізоляторі»-структуру піддають лазерній перекристалізації шару полікремнію. Перевагами цього способу є можливість керування місцерозташуванням кристалічнонедосконалих 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 попередніх, те хнологія формування КНІ-структур є достатньо складною, мають місце кристалографічна недосконалість перекристалізованої КНІ-плівки, наявність кристалітів, кристалографічна орієнтація яких може відрізнятися від кристалографічної орієнтації поверхні вихідної кремнійової пластини. Тому цей метод є малопродуктивним і більш придатним для науково-дослідних робіт, а для промислового використання потрібні більш гнучкі і дешевші технологічні методи. В основу корисної моделі пропонованого способу поставлене завдання спрощення і створення недорогої промислової технології формування КНІ-структур, покращення кристалографічної досконалості локальних КНІ-структур, в яких формуюють активні елементи мікроелектронних пристроїв. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі одержання структур типу «кремній-наізоляторі» за аналогією із методом лазерної перекристалізації шару полікремнію, який включає послідовне формування на кремнійовій пластині шару ізолятора, відкриття в ньому вікон для контактів-зародків полікремнію із пластиною, на 4 несення шару полікремнію, капсулюючого і просвітляючого покрить, який відрізняється тим, що згідно із корисною моделлю, на поверхні кремнійової пластини формують локально-розташовані ділянки ізолятора із окислу або оксинітриду кремнію товщиною 0,3-1,0 мікрометра, топологія яких є «прив'язаною» до топології активних приладних структур, проводять багатократне епітаксійне нанесення кристалічного монокремнію і його планаризацію шляхом багатократного осадження і плазмохімічного анізотропного травлення піролітичної плівки полікремнію та епітаксійної плівки монокремнію та наступної локальної ізоляції мікроструктур КНІ витравленням канавок або проокисленням. Суть пропонованого способу пояснюється Фіг.1-8, на яких зображено результати комп'ютерного моделювання послідовності базових технологічних операцій створення локальних мікроструктур типу «кремній-на-ізоляторі» згідно із корисною моделлю у вигляді поперечних перетинів структур. На Фіг.1-8 цифрами позначені: 1 - кремнійова пластина, наприклад, КДБ-40 з кристалографічною орієнтацією поверхні (100); 2 - локальні ділянки термічного шару окислу кремнію SіО2 або оксинітриду кремнію товщиною 0,5мкм; 3 - селективне осаджений епітаксійний кристалічний кремній; 4 планаризаційний полікремній; 5 - локальні ділянки із плівки нітриду кремнію. На кожній із Фіг.1-8 подані горизонтальні і вертикальні шкали у мікрометрах, які дозволяють оцінити реальні топологічні розміри елементів і товщини елементів на поперечних перетинах КНІструктури. Технологічна послідовність формування локальних КНІ-мікроструктур відповідно Фіг.1-8 є наступною: на Фіг.1 зображено термічно-окислену кремнієву пластину 1, на якій методом фотолітографії та плазмо-хімічного травлення окислу кремнію на всю його товщин у, тобто до поверхні пластини, утворені локальні ділянки окислу кремнію 2; на Фіг.2 зображено поперечний перетин структури після епітаксійного осадження шару кристалічного кремнію 3 товщиною 1500нм. При цьому відбувається як вертикальний, із зародками у відкритих місцях до кремнієвої пластини 1, так і боковий епітаксійний ріст плівки кремнію 3 на шарі окислу кремнію 2; на Фіг.3 зображено поперечний перетин структури після повторного епітаксійного осадження шару кристалічного кремнію 3 товщиною 1500нм. При цьому знову продовжується як вертикальний, так і боковий епітаксійний ріст плівки кремнію 3 на шарі окислу кремнію, і його бокові ділянки повністю перекривають поверхні локальних ділянок окислу кремнію 2. Тому використовуючи багатократне осадження епатаксійного кристалічного кремнію, наприклад, із кратністю 1500нм, і залежно від горизонтальних розмірів ділянок окислу кремнію 2, можна повністю його покривати епітаксійним кремнієм необхідної товщини; на Фіг.4. зображено поперечний перетин структури після наступної технологічної операції, а саме, в результаті планаризації поверхні шляхом 5 34277 багатократного осадження і плазмохічного травлення шару полікремнію 4; на Фіг.5. зображено поперечний перетин структури після наступного кроку планаризації для отримання заданої товщини, наприклад 1мкм, плівки кристалічного кремнію 3 шляхом його анізотропного травлення; на Фіг.6. зображено поперечний перетин структури після наступної технологічної операції осадження маскуючої плівки нітриду кремнію товщиною 100нм і створення шляхом фотолітографії та плазмохічного травлення локальних маскуючих ділянок із нітриду кремнію 5, топологія яких, в даному випадку повторює топологію ділянок окислу кремнію 2. Проте, залежно від конструкції і структури створюваних приладів, топологія плівки 5 може бути іншою; на Фіг.7. зображено поперечний перетин структури після наступного кроку анізотропного травлення шару кристалічного кремнію 3 у немаскованих нітридом місцях на глибину до рівня поверхні кремнієвої пластини 1 і глибше, залежно від конструкції створюваних КНІ-приладів; на Фіг.8. зображено поперечний перетин структури після зняття плазмохімічним травленням маскуючої плівки нітриду кремнію 5. Отже, як видно із результатів комп'ютерного моделювання, запропонованим способом можна формувати локальні мікроструктури типу «кремнійна-ізоляторі», а саме ділянки кристалічного кремнію 3 на окислі 2 і створення на цій основі мікроелектронних пристроїв. Наприклад, МОНприладів, як із стандартними, планарними конструкціями на поверхні ділянок КНІ-плівки 3, так і з об'ємними, тривимірними конфігураціями, наприклад, затвором, який може бути створений як на поверхні так і на її бокових вертикальних стінках. Окрім цього, такі локальні КНІ-мікроструктури, формування яких є «прив'язаним» до топології мікроелектронних пристроїв, можуть також успішно застосовуватися для проектування мікросенсорів, елементів мікросистемної техніки, створення інтегрованих мікросистем-на-кристалі. Перелік фігур креслення та прийняті позначення: На Фіг.1-8 цифрами позначені: 1 - кремнійова пластина, наприклад, КДБ-40 з кристалографічною 6 орієнтацією поверхні (100); 2 - локальні ділянки термічного шару окислу кремнію SіО2 або оксинітриду кремнію товщиною, наприклад, 0,5мкм; 3 селективне осаджений епітаксійний кристалічний кремній; 4 - планаризаційний полікремній; 5 - локальні ділянки із плівки нітриду кремнію Si 3N4. Всі перетини структур, зображені на Фіг.1-8, були одержані в результаті комп'ютерного моделювання. Фіг.1. Поперечний перетин кремнійової пластини 1 з локальними ділянками окислу кремнію 2; Фіг.2. Поперечний перетин структури після епітаксійного осадження шару кристалічного кремнію 3 товщиною 1500нм; Фіг.3. Поперечний перетин структури після повторного епітаксійного осадження шару кристалічного кремнію 3 товщиною 1500нм; Фіг.4. Поперечний перетин структури після планаризації поверхні шляхом багатократного осадження і плазмохічного травлення шару полікремнію 4; Фіг.5. Поперечний перетин структури після планаризації до заданої товщини плівки кристалічного кремнію 3;Фіг.6. Поперечний перетин структури після формування маскуючих ділянок із плівки нітриду кремнію; Фіг.7. Поперечний перетин структури після анізотропного травлення шару кристалічного кремнію 3 у немаскованих нітридом місцях; Фіг.8. Поперечний перетин структури після плазмохімічного травлення маскуючої плівки нітриду кремнію 5 і з одержанням локальних КНІструктур. Джерела інформації: 1. Bonded and trenched SOI with burned silicide layers. By Dr. R.Wilson et. all. Semiconductor wafer bonding: physics and applications III (Esc proceedings series, PV95, Pennington, NJ, 1995), 535. 2. Jean-Pierre Collinge, Silicon-on-Insulator Technology: materials to VLSI, 2 nd Edition, by Kluwer Academic Publishers, 1997. 3. 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 34277 8 9 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 34277 Підписне 10 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