КРЕМНИЕВАЯ СТРУКТУРА С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Предполагаемая полезная модель относится к конструкции кремниевых структур с диэлектрической изоляцией для микросхем, предназначенных для работы в ответственной аппаратуре, а именно для микросхем с малыми падениями напряжения на коммутирующих электронных элементах.
Кремниевая структура с диэлектрической изоляцией (КСДИ) для микросхем, состоящая из подложки на основе кремния, изолированных диэлектриком от подложки кремниевых монокристаллических карманов со скрытым слоем (см. книгу «Биполярные интегральные схемы с диэлектрической изоляцией», Никишин В.И., Сыноров В.Ф., Тарасов А.П. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1980, стр. 13).
Для получения скрытого слоя поверхность пластины перед формированием карманов кремниевой структуры с диэлектрической изоляцией легируют одной из примесей n-типа проводимости, а именно сурьмой или мышьяком. Наиболее удобной примесью для скрытого слоя является сурьма т.к. она имеет малый коэффициент диффузии в кремнии и при последующих термообработках толщина слоя легированного сурьмой сохраняется. Это позволяет уменьшить допуски и запасы на толщину монокристаллического кремния в кармане, что повышает производительность труда и повышает плотность размещения электронных элементов в микросхеме.
Основным недостатком такой конструкции КСДИ является повышенное падениями напряжения на коммутирующих электронных элементах из-за наличия, между скрытым слоем и омическим контактом к карману, слоя слаболегированного кремния.
Указанный недостаток устранен в кремниевой структуре с диэлектрической изоляцией для микросхем, состоящей из подложки на основе кремния, изолированных диэлектриком от подложки кремниевых монокристаллических карманов со скрытым слоем, легированным сурьмой, и выходящим на рабочую поверхность структуры по боковым стенкам карманов (см., например, брошюру: Обзоры по электронной технике. Серия 3. Вып.№4 (1304). Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией для изделий микроэлектроники. Брюхно Н.А., Жарковский Е.М., Концевой Ю.А., Сахаров Ю.Г. М.: ЦНИИ «Электроника», 1987, стр. 31).
Недостатком данной структуры является низкая точность совмещения омического контакта к карману с выходом скрытого слоя на поверхность. Для повышения точности применяют специальную конструкцию омического контакта к скрытому слою (см., например, патент RU 2024108 от 13 06 1991, МПК Н01L 21/76). Однако чтобы использовать эту конструкцию омического контакта необходимо, чтобы между карманами были достаточно большие зазоры, например, 15-20 мкм, тогда как в современной кремниевой структуре с диэлектрической изоляцией этот зазор может составлять 2-5 мкм.
Наиболее близкой из известных к предполагаемой полезной модели является кремниевая структура с диэлектрической изоляцией для полупроводниковых приборов и микросхем, состоящая из рабочей пластины монокристаллического кремния, в которой сформированы, с помощью вертикальных разделительных канавок, изолированных диэлектриком и заполненных поликремнием, кремниевые монокристаллические карманы со скрытым слоем, легированным сурьмой, и кремниевой пластины-подложки, изолированной окислом от рабочей пластины (см., например, каталог фирмы IceMOS Technology: Trench SOI ICEMOS_26_04_2021-110701.pdf.)
Основным недостатком этой кремниевой структуры является повышенное последовательное сопротивление монокристаллических карманов со скрытым слоем, так как между скрытым слоем и омическим контактом к карману на рабочей поверхности есть слой слаболегированного монокристаллического кремния. Для устранения этого недостатка в кармане дополнительно формируют так называемый смыкающий слой методом фотолитографии и легирования, что увеличивает трудоемкость изготовления кремниевой структуры с диэлектрической изоляцией.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является снижение трудоемкости за счет упрощения формирования смыкающего слоя.
Указанный технический результат достигается тем, что в кремниевой структуре с диэлектрической изоляцией для полупроводниковых приборов и микросхем, состоящей из рабочей пластины монокристаллического кремния, в которой сформированы с помощью вертикальных разделительных канавок, изолированных диэлектриком и заполненных поликремнием, кремниевые монокристаллические карманы со скрытым слоем, легированным сурьмой, и кремниевой пластины-подложки, изолированной окислом от рабочей пластины, боковые стенки карманов дополнительно содержат смыкающий слой, легированный фосфором, глубиной больше глубины залегания сурьмы на 2-5 мкм.
Так как смыкающий слой находится на поверхности боковых стенок карманов, то дополнительная фотолитография для формирования смыкающего слоя исключается, что снижает трудоемкость изготовления. Выбор, в качестве примеси смыкающего слоя, фосфора позволит получить точное совмещение омического контакта к карману с выходом смыкающего слоя на поверхность. Нижний предел толщины смыкающего слоя позволяет исключить попадание области легирования омического контакта на изолирующий окисел кармана. При превышении верхнего предела глубины залегания фосфора снижается плотность упаковки элементов.
Сущность предполагаемой полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1-6 изображены конструкция КСДИ и этапы изготовления приборов на их основе по предлагаемой полезной модели.
Позициями на фиг. 1-6 обозначены:
1 - рабочая пластина из монокристаллического кремния n-типа проводимости;
2 - скрытый слой, легированный сурьмой;
3 - слой окисла кремния, соединяющий рабочую пластину с пластиной-подложкой;
4 - кремниевая пластина-подложка;
5 - окна в окисле покрывающего рабочую пластину и служащего маской для травления разделительных канавок;
6 - разделительная канавка в рабочей пластине;
7 - смыкающий слой, легированный фосфором на боковых стенках разделительных канавок;
8 - слой поликремния в разделительных канавках и на поверхности рабочей пластины;
9 - слой изолирующего окисла на боковых стеках разделительных канавок и на поверхности рабочей пластины;
10 - маскирующий окисел;
11 - область базы Р-типа проводимости транзистора;
12 - область эмиттера N-типа проводимости транзистора;
13 - область N-типа проводимости омического контакта к скрытому слою транзистора;
14 - металлизация.
На фиг. 1 приведена кремниевая структура, состоящая из рабочей пластины из монокристаллического кремния n-типа проводимости 1 толщиной 23 мкм, скрытого слоя, легированный сурьмой 2 толщиной 4 мкм с поверхностным сопротивление 18 Ом /, слоя окисла кремния 3, соединяющего методом сращивания рабочую пластину с пластиной-подложкой 4. На рабочей пластине 1 сформированы окна в окисле, покрывающего рабочую пластину и служащего маской для травления разделительных канавок 5.
На фиг. 2 приведен вид структуры после анизотропного ионного реактивного травления разделительных канавок 6 шириной 3 мкм и глубиной 23 мкм. Затем формируют смыкающий слой, легированный фосфором на боковых стенках разделительных канавок 7 методом диффузии на глубину 4 мкм с поверхностным сопротивление 10 Ом /. Диффузия фосфора образует N+слой, легированный фосфором на боковых стенках разделительных канавок. На фигуре 3 показано как на полученный рельеф наносят окислением кремния слой изолирующего окисла 9 на боковых стеках разделительных канавок и на поверхности рабочей пластины. Далее на полученный рельеф пиролизом моносилана при температуре 650°С наносят при пониженном давлении слой поликристаллического кремния толщиной 2,5 мкм.
После удаления слоя поликремния с поверхности рабочей пластины (см.: фигуру 4) на рабочую пластину наносят слой маскирующего окисла 10 толщиной 0,6-0,8 мкм, и формируют в нем область базы Р-типа проводимости транзистора 11, через которые рабочую пластину легируют бором 11 с поверхностным сопротивлением 200 Ом / и 2,5 мкм.
На фиг. 5 изображено формирование области эмиттера N-типа проводимости транзистора 12 и области N-типа проводимости омического контакта к скрытому слою транзистора 13, легированного фосфором на боковых стенках разделительных канавок. Далее на рабочую структуру наносят слой алюминия толщиной 2 мкм и формируют слой металлизации 14 (см.: фигуру 6).