DE4127925A1 - Verfahren zum erzeugen einer isolierten, einkristallinen siliziuminsel - Google Patents
Verfahren zum erzeugen einer isolierten, einkristallinen siliziuminselInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Weiter
bildung eines Verfahrens zum Erzeugen einer isolierten,
einkristallinen Siliziuminsel nach der Deutschen Patentan
meldung P 40 42 334.4-33. Der Erfindungsgegenstand ist somit
ein verfahrensmäßiger Bestandteil des Herstellungsprozesses
einer integrierten mikroelektronischen Schaltung.
Aus der Fachzeitschrift Electronics, 26. November 1987, Sei
ten 127 bis 129 sowie aus der US 38 97 274 sind bereits Ver
fahren zum Erzeugen isolierter Siliziuminseln bekannt, bei
denen eine vergrabene Siliziumdioxidschicht zur Isolation
der Siliziuminsel durch Ionenimplantation erzeugt wird, wo
raufhin eine Trenchätzmaske zur Definition der Trenches zur
lateralen Begrenzung der Siliziuminsel gebildet wird, mit
deren Hilfe Trenches bis zu der vergrabenen Siliziumdioxid
schicht geätzt werden, welche anschließend mit einem Dielek
trikum aufgefüllt werden. Bei dem Verfahren nach der US
38 97 274 wird die Sauerstoffimplantation innerhalb der
epitaxial aufgewachsenen Schichten durchgeführt, so daß ein
anschließendes Hochtemperatur-Ausheilverfahren erforderlich
wird, bei dem die Dotierungen der verschiedenen Schichten
ineinander verlaufen, so daß man in der Wahl der gewünschten
Dotierfolgen stark eingeschränkt ist. Alternativ ist es für
den Fall von niedrigen gewünschten Beschleunigungsspannungen
beschrieben, ausgehend von einem hochdotierten Substrat
zunächst die Sauerstoffimplantation vorzunehmen, um sodann
epitaxial aufgewachsene Schichten zu erzeugen. Wenn eine
niedrige Dotierung des Substrates gefordert ist, ist diese
Verfahrensalternative nicht anwendbar.
Aus der EP 03 28 331 A2 ist es bekannt, bei dem Ätzen von
Trenches eine Trenchätzmaske vorzusehen, die Trenches bis zu
einer vergrabenen Oxidschicht zu ätzen, eine hohe Dotierung
in die Trenchseitenwände einzubringen, um sodann die Tren
ches zu isolieren und aufzufüllen.
Aus der EP 03 25 161 A2 ist es bekannt, zum Auffüllen der
Trenches Polysilizium zu verwenden.
Aus der DE-A1-24 51 861 ist bereits ein Verfahren zum Erzeu
gen einer isolierten, einkristallinen Siliziuminsel inner
halb eines Siliziumsubstrates bekannt, bei dem die Silizium
insel gegenüber dem Substrat durch eine dielektrische Isola
tionsschicht getrennt ist. Für die Erzeugung einer derarti
gen Struktur werden zunächst im wesentlichen V-förmige Grä
ben mittels anisotropen Ätzens erzeugt. Nunmehr kann, wenn
dies gewünscht ist, eine n⁺-Schicht eindiffundiert werden.
Anschließend wird eine isolierende Oxidschicht aufgewachsen.
Nunmehr wird eine Polysiliziumschicht mit einer Schichtdicke
von ungefähr 250 Mikrometer abgeschieden, die die spätere
Substratschicht bildet. Die einkristalline Siliziumschicht
wird nun mechanisch abgeschliffen, bis die Inseln isoliert
sind. In diese Inseln können laterale Niederspannungsbau
elemente oder Leistungsbauelemente integriert werden. Das
Erzeugen vertikaler Bauelemente ist nicht möglich, da das
durch Abscheiden von Polysilizium gemäß dem oben beschriebe
nen Verfahrensschritt erzeugte Substrat eine polykristalline
Struktur hat. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfah
rens zum Erzeugen von isolierten, einkristallinen Silizium
inseln besteht darin, daß zu seiner Durchführung Prozeß
schritte erforderlich sind, die sich nur schwer in ein üb
liches Fertigungsverfahren für integrierte Schaltungen ein
gliedern lassen. Ferner ist diese bekannte Technologie sehr
kostenaufwendig.
Aus der Fachveröffentlichung Y. Ohata, T. Izumita: "Dielec
trically Isolated Intelligent Power Switch", IEEE Cust. Int.
Circ. Conf. 1987, Seiten 443 bis 446 ist ein weiteres Ver
fahren zum Erzeugen isolierter Siliziuminseln bekannt. Bei
diesem Verfahren erfolgt die Isolation mittels Trenches. Für
die Herstellung eines Leistungsschalters mit der in dieser
Fachveröffentlichung dargestellten Struktur bedarf es der
Verfahrensschritte des Waferbondens, des Ätzens der epita
xialen Schicht sowie der Oxidschicht über dem später auszu
bildenden vertikalen Leistungstransistor sowie der anschlie
ßenden Epitaxie eines n-Gebietes des Leistungstransistors.
Der für dieses bekannte Verfahren wesentliche, nunmehr fol
gende Verfahrensschritt des Schleifens und Läppens der Wa
feroberfläche ist in einer Fertigung für integrierte Schal
tungen unüblich, so daß das dort beschriebene Herstellungs
verfahren unter dem Gesichtspunkt der fehlenden Kompatibili
tät zu anderen Herstellungsschritten innerhalb der Gesamt
fertigung einer integrierten Schaltung nicht zu befriedigen
vermag.
Aus der Fachveröffentlichung I.G. Stoev et al., "Formation
Of Etch-Stop Structures Utilizing Ion-Beam Synthesized
Buried Oxide And Nitride Layers In Silicon", Sensors and
Actuators, Band 19, 1989, Seiten 183 bis 197 ist es bekannt,
implantierte Oxidschichten als Ätzstopp beim Ätzen von Mem
branen zu verwenden.
Aus der Fachveröffentlichung F. S. Becker et al., "Low
Pressure Deposition Of TEOS Arsenosilicateglass (AsSG) For
Trench Doping", ECS Ext. Abstr. Proc., Band 86-2, 1986,
Seiten 396 ff. ist eine Dotierstoffbelegung von Trenches mit
Arsen bekannt. Ebenso ist in dieser Fachveröffentlichung das
Auffüllen von Trenches mit Polysilizium oder abgeschiedenem
Oxid (TEOS) beschrieben.
Aus der Fachveröffentlichung A. Andreini et al., "A New
Integrated Silicon Gate Technology Combining Bipolar Linear,
CMOS Logic, and DMOS Power Parts", IEEE Tr. Elec. Dev., Band
ED-33, Nummer 12, 1986, Seiten 2025 bis 2030 ist ein BCDMOS-
Verfahren zum Herstellen von integrierten Schaltungen mit
mittels BCDMOS-Isolation isolierten Bereichen bekannt, bei
dem mittels drei getrennter Masken zunächst eine mittels Im
plantation vergrabene n⁺-Schicht erzeugt wird, woraufhin
eine p⁺-Trenndiffusion durchgeführt wird, auf die eine n⁺-
Anschlußdiffusion folgt. Die BCDMOS-Isolation hat einen
hohen Platz bedarf und bewirkt keine dielektrische Trennung.
Es können Einflüsse von parasitären pn-Übergängen auftreten.
Ferner kann im BCDMOS-Prozeß kein vertikaler Hochleistungs
transistor integriert werden.
Zur verbesserten elektrischen und thermischen Isolation
einer Siliziuminsel wird in der älteren, nicht vorveröffent
lichten Deutschen Patentanmeldung P 40 42 334.4-33 ein Ver
fahren mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Sauerstoff
implantation in einen hochdotierten, einkristallinen Sili
ziumbereich zum Erzeugen einer vergrabenen Siliziumdioxid
schicht, Abscheiden einer Siliziumepitaxieschicht mit
vergleichsweise niedriger Dotierung, Erzeugen einer Trench
ätzmaske und Definition der Trenches mittels Fotolithogra
phie, Ätzen der Trenches, Isolation derselben, Auffüllen
derselben, Erzeugen einer rückseitigen Maske, lokales Öffnen
der rückseitigen Maske mittels Fotolithographie und aniso
tropes Ätzen von der Siliziumscheibenrückseite her durch die
lokale Öffnung der Maske bis zu der als Ätzstopp dienenden
vergrabenen Siliziumdioxidschicht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen
den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeu
gen einer isolierten, einkristallinen Siliziuminsel anzuge
ben, das sich einerseits in den Herstellungsprozeß für inte
grierte elektronische Schaltungen problemlos einfügen läßt
und das andererseits eine verbesserte elektrische und ther
mische Isolation der erzeugten Siliziuminsel ergibt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Erzeugen einer
isolierten, einkristallinen Siliziuminsel mit den im
Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich das
Verfahren nach der Deutschen Patentanmeldung
P 40 42 334.4-33 nicht nur bei den dort angegebenen Dotierungs
bereichen des einkristallinen Siliziumbereichs zur Schaffung
einer verbesserten elektrischen und thermischen Isolation
der erzeugten Siliziuminsel eignet.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfin
dungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen ange
geben.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ver
fahrens und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeug
te Schaltungsstrukturen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Schnittdarstellungen durch eine erste Halbleiter
scheibe im Verlaufe eines ersten Ausführungsbei
spiels des Verfahrens zum Erzeugen der isolierten
Siliziuminsel;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch eine zweite Halblei
terscheibe, bei der die Siliziuminsel mittels eines
zweiten Ausführungsbeispieles des Verfahrens er
zeugt wird;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch eine dritte Halblei
terscheibe, bei der die Siliziuminsel mittels eines
dritten Ausführungsbeispieles des Verfahrens er
zeugt wird;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch eine vierte Halblei
terscheibe, bei der die Siliziuminsel mittels eines
vierten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen
Verfahrens erzeugt wird;
Fig. 7 eine Draufsicht auf die vierte Halbleiterscheibe
mit der Siliziuminsel gemäß Fig. 6; und
Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch eine fünfte Halblei
terscheibe, bei der die Siliziuminsel mittels eines
fünften Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen
Verfahrens erzeugt wird.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten, ersten bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens beginnt der Prozeßablauf zum
Herstellen der isolierten, einkristallinen Siliziuminsel mit
der Wahl eines nicht hochdotierten, einkristallinen Substra
tes 1.
Ausgehend von diesem niedrig- oder mittel-dotierten Substrat
1 bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird nunmehr
eine Sauerstoffimplantation zum Erzeugen einer vergrabenen,
isolierenden SiO2-Schicht 2 vorgenommen. Hierdurch wird die
durch die vergrabene, isolierende SiO2-Schicht 2 isolierte,
n-Siliziumschicht 3 definiert.
Nunmehr erfolgt ein thermisches Ausheilen des auf diese
Weise erzeugten Schichtensystemes 1, 2, 3, so daß die n-
Siliziumschicht 3 zu einer hochwertigen, einkristallinen
Schicht wird.
Nun wird eine Siliziumepitaxieschicht 4 mit einer bevorzug
ten Dicke von 1 bis 10 Mikrometer abgeschieden. Auf dieser 4
wird eine Padoxidschicht 5 mit einer Dicke von etwa 8 bis 25
nm abgeschieden oder durch thermisches Aufwachsen erzeugt.
Auf die Padoxidschicht 5 wird eine Nitridschicht 6 mit einer
Dicke von 100 bis 200 nm abgeschieden, die bei späteren
Diffusionsschritten als Diffusionsbarriere dient. Auf die
Nitridschicht 6 wird letztlich eine abschließende Oxid
schicht 7 mit einer Dicke von etwa 1 Mikrometer abgeschie
den.
Mittels an sich üblicher fotolithographischer Schritte wird
eine Trenchätzmaske 5, 6, 7, die durch die Padoxidschicht 5,
die Nitridschicht 6 und die abschließende Oxidschicht 7 ge
bildet wird, zur Definition der späteren Trenchgräben struk
turiert. Die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorge
sehene Breite der späteren Trenchgräben liegt bei 1 bis 1,5
Mikrometer.
Mittels dieser Trenchätzmaske 5, 6, 7 werden die Trenches 8
bis zu der als Ätzstoppmaske dienenden, vergrabenen SiO2-
Schicht geätzt, wie dies in Fig. 2 verdeutlicht wird.
Nach dem Ätzen der Trenches 8 erfolgt eine Eindiffusion von
Phosphor oder Arsen oder Bor in die Trenchseitenwände 9, wo
durch die vergrabene SiO2-Schicht 2 über die hochdotierten
Trenchseitenwände 9 zur Halbleiterscheibenoberfläche hin
kontaktiert wird. Bei diesem Diffusionsprozeß dient die
Nitridschicht 6 als Diffusionsbarriere zum Schutz der durch
sie überdeckten Halbleiterscheibenoberfläche.
Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, wird bei dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel nunmehr eine Isolation der Trenchseiten
wände 9 durch thermische Oxidation zum Erzeugen einer ther
mischen Seitenwandoxidschicht 10 vorgenommen. Anstelle der
thermischen Oxidation kommt selbstverständlich auch ein
Oxidabscheiden zum Erzeugen einer abgeschiedenen Seitenwand
oxidschicht in Betracht.
Nunmehr werden die Trenches 8 mit Polysilizium aufgefüllt.
Gleichfalls ist es möglich, die Trenches 8 durch TEOS-Oxid
aufzufüllen.
Nach dem Auffüllen der Trenches 8 mit Polysilizium 11 wird
die abschließende Oxidschicht 7 entfernt.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird eine lokale Oxida
tion des Polysiliziums 11 im Bereich der Oberfläche der
Trenches 8 an der Halbleiterscheibenoberseite vorgenommen,
(vgl. Bezugszeichen 12 in Fig. 3) um die Trenches 8 zu
isolieren. Hierbei dient die Nitridschicht 6 als Maske.
Es erfolgt nun das Entfernen der Nitridschicht 6. Damit ist
das eigentliche Verfahren zum Erzeugen der isolierten, ein
kristallinen Siliziuminsel abgeschlossen. In die Silizium
inseln können nun die gewünschten Bauelemente eingebracht
werden. Bei diesen Bauelementen kann es sich um NMOS-PMOS-
oder Bipolar-Transistoren, quasivertikale Leistungstran
sistoren, laterale Hochspannungstransistoren oder andere
Elemente handeln.
Bei der Sauerstoffimplantation zum Erzeugen der vergrabenen
SiO2-Schicht kann eine Maske verwendet werden, so daß die
Siliziumepitaxieschicht außerhalb des Bereiches der vergra
benen SiO2-Schicht 2 direkt mit dem Substrat 1 in Verbindung
steht, wie dies unter anderem bei dem nachfolgend erläuter
ten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 der Fall ist.
Die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschriebene
Struktur ist in ihrer Spannungsfestigkeit aufgrund der
Durchbruchspannung der vergrabenen SiO2-Schicht 2 be
schränkt. Bei einer Dicke dieser Schicht von 0,35 Mikrome
ter, wie sie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gewählt
ist, ergibt sich eine Durchbruchspannung von etwa 250 V. Aus
Gründen der Trenchätztechnik sollte die Trenchtiefe und da
mit die Dicke der epitaktisch aufgewachsenen Schicht 4 bei
weniger als 10 Mikrometer liegen. Damit ist die Durchbruch
spannung von außerhalb der Siliziuminseln integrierten ver
tikalen Bauelemente auf weniger als 150 V beschränkt. Falls
es gewünscht ist, diesen außerhalb der Siliziuminseln inte
grierten vertikalen Bauelementen Durchbruchspannungen von
oberhalb 150 V zu verleihen, kann die Durchbruchspannung bei
dem zu erläuternden Ausführungsbeispiel der Fig. 4 auf Werte
erhöht werden, die je nach Wahl der eingesetzten, noch zu
erläuternden Technik der Oxiddurchbruchspannung der SiO2-
Schicht 2 entsprechen oder die nahezu beliebig hoch sind,
wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 der Fall
ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird zunächst auf das
Substrat 1 eine einkristalline Siliziumepitaxieschicht 4a
mit einer ersten Schichtdicke aufgewachsen. Auf diesen
Prozeßschritt folgt das lokale hohe Dotieren dieser ersten
Siliziumepitaxieschicht 4a mittels Ionenimplantation unter
Verwenden einer Dotiermaske. Nach diesem Dotieren erfolgt
das Ausheilen des auf diese Weise erzeugten Schichtsystemes
1, 4a. Nunmehr wird die Sauerstoffimplantation in die
dotierte Siliziumepitaxieschicht 4a zum Erzeugen der
vergrabenen, isolierten SiO2-Schicht 2 unter Verwenden der
genannten Dotiermaske vorgenommen. Daraufhin wird die
erzeugte Struktur thermisch ausgeheilt. Anschließend wird
eine zweite Siliziumepitaxieschicht 4b mit einer zweiten
Schichtdicke aufgewachsen. Die Schichtdicke der zweiten
Siliziumepitaxieschicht 4b liegt bei 1 bis 10 Mikrometer.
Die Dicke der erstgenannten Siliziumepitaxieschicht liegt um
die Dicke der zweiten Siliziumepitaxieschicht unter der für
die Spannungsfestigkeit erforderlichen Gesamtdicke. Die epi
taxiale Schichtdicke auf dem vergrabenen Oxid 2 liegt also
bei einem für die Durchführung der Trenchisolation geeigne
ten Wert von 1 bis 10 Mikrometer, während die Gesamtdicke
der beiden epitaxialen Schichten 4a, 4b außerhalb des Berei
ches der SiO2-Schicht 2 der gewünschten Durchbruchspannung
angepaßt ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 hat also unter Beibehaltung
einer Trenchtiefe von maximal 10 Mikrometer eine Spannungs
festigkeit der Siliziuminseln bis zur Durchbruchspannung des
vergrabenen Oxids bzw. der SiO2-Schicht von etwa 250 V.
Falls auch diese Spannungsfestigkeit nicht ausreichend ist,
kommt die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform in Betracht.
Zusätzlich zu den unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläuterten
Prozeßschritten wird zum Erzeugen der Struktur nach Fig. 5
vor dem Aufwachsen der zweiten epitaktischen Siliziumschicht
4b unter Verwenden einer Dotiermaske ein tiefes Implantieren
von Dotierstoffen unter die SiO2-Schicht 2 vorgenommen, so
daß sich unterhalb der isolierenden SiO2-Schicht 2 eine ent
gegengesetzt zum Substrat 1 dotierte Schicht 13 bildet. Die
se entgegengesetzt zum Substrat 1 dotierte Schicht 13 wird
mittels eines Kontaktierungsbereiches 14 zur Halbleiter
scheibenoberfläche geführt. Der Kontaktierungsbereich 14
kann entweder nach dem epitaktischen Aufwachsen der zweiten
Siliziumschicht 4b durch Tiefdiffusion hergestellt werden.
Alternativ hierzu kommt auch eine Dotierung der Trenchsei
tenwand 9 für die Herstellung einer leitenden Verbindung
zwischen der entgegengesetzten Substrat 1 dotierten Schicht
13 und der Scheibenoberfläche in Betracht.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel haben die
Siliziuminseln eine Spannungsfestigkeit von über 1000 V.
Diese hohe Spannungsfestigkeit wird dadurch erzielt, daß die
Schicht 13 mit einem festen Potential beaufschlagt wird, das
zu einer Polung des an der Schicht 13 angrenzenden pn-Über
ganges in Sperrichtung führt. Damit fällt der größte Teil
der Spannung an dem im Substrat gebildeten pn-Übergang ab.
Um neben einer elektrischen Isolation auch eine thermische
Isolation von auf den Halbleiterinseln ausgeführten Bauele
menten zu erzielen, werden erfindungsgemäß die Strukturen
nach den Fig. 6 bis 8 ausgebildet, die zusammen mit ihrem
Herstellungsverfahren nachfolgend erläutert werden.
Eine thermische Isolation von Bauelementen ist beispielswei
se dann von Interesse, wenn es sich bei diesen Bauelementen
zum Beispiel um Transistoren bei Gassensoren, die bei über
150°C betrieben werden sollen, handelt. Wenn derartige Bau
elemente thermisch isoliert angeordnet werden können, bleibt
der übrige Schaltungsbereich verglichen mit dem geheizten
Schaltungsbereich kühl, so daß eine geringe Heizleistung
ausreichend ist.
Zur Herstellung der in Fig. 6 gezeigten Struktur bedient man
sich als Ausgangsstruktur einer solchen, wie sie in den Fig.
1 bis 3 gezeigt und bezüglich ihres Herstellungsverfahrens
eingangs erläutert ist. Je nach Anwendungsfall kann die
hochdotierte Siliziumepitaxieschicht 3 oder die Dotierung
der Seitenwand 9 entfallen. Ferner sind sowohl ganzflächige
als auch partielle Sauerstoffimplantationen möglich. Zusätz
lich zu den unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrie
benen Verfahrensschritten werden folgende zusätzlichen
Schritte ausgeführt:
Die Rückseite der Halbleiterscheibe wird mit einer rücksei
tigen Maske versehen, die aus Siliziumnitrid oder Oxid be
stehen kann. Mittels fotolithographischer Maßnahmen wird die
Maske auf der Scheibenrückseite lokal geöffnet. Die so er
zeugte Ätzmaske dient zum maskierenden Begrenzen des an
schließenden anisotropen Ätzens der Siliziumscheibe von
ihrer Rückseite her, wobei bei diesem Ätzvorgang die ver
grabene SiO2-Schicht 2 als Ätzstopp dient. Auf diese Weise
wird eine Siliziummembran 15 erzeugt, deren Dicke der Summe
der Dicken der vergrabenen SiO2-Schicht, der n⁺-Silizium
schicht 3, soweit diese vorgesehen ist, und der Silizium
epitaxieschicht 4 entspricht.
Die Dotierung der erzeugten Siliziummembran 15 ist durch die
Epitaxie festgelegt. Die Größe der Membran bestimmt sich aus
der Maskenöffnung auf der Scheibenrückseite und dem Ätzwin
kel der anisotropen Ätzlösung, der zum Beispiel 54,7° bei
einem 100-Siliziumsubstrat beträgt.
Die auf diese Weise erzeugte Halbleiterstruktur weist eine
thermisch isolierte Siliziummembran 15 auf, da die Membran
schicht 15 nach oben und unten durch Luft isoliert ist, und
die seitliche Isolation durch wenigstens einen Trench 8 ge
bildet wird, der die Siliziuminsel umgibt und selbst auf der
freigeätzten Fläche liegt.
Ein Wärmeübergang kann nun nur über die Luft oder den zu
mindest teilweise mit Oxid gefüllten Trench 8 erfolgen, der
wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Oxid einen hohen
Wärmewiderstand hat. Je nach Wahl der für die Auffüllung des
Trenches 8 verwendeten Materialien ist dieser entweder mit
Oxid und Polysilizium aufgefüllt oder komplett mit einem
CVD-Oxid gefüllt, wie dies zum Beispiel TEOS sein kann. Der
Wärmeübergang kann nun seitlich nur über den Trench erfol
gen. Ein mit einem abgeschiedenen Oxid oder thermischen Oxid
oder Polysilizium gefüllter Trench mit einer effektiven
Oxiddicke von 1 Mikrometer hat eine thermische Isolations
wirkung, die derjenigen einer Siliziummembran mit 100 Mikro
meter Weite entspricht, da die Wärmeleitfähigkeit von Oxid
nur einem 100stel von derjenigen des Silizium entspricht.
Die Draufsicht der sich ergebenden Membranstruktur ist in
Fig. 7 wiedergegeben.
Falls eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und
7 weiter erhöhte Isolationswirkung benötigt wird, können
mehrere Trenches 8 thermisch in Reihe geschaltet werden, wie
dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zu sehen ist.
Hier liegen zwei oder mehr Trenches konzentrisch zueinander
um die Siliziuminsel herum, wobei sämtliche Trenches auf der
freigeätzten Fläche liegen. Es ergibt sich eine sehr kompak
te und damit stabile thermische Isolation einer dünnen Sili
ziummembran 15. Diese ist aufgrund des erfindungsgemäßen
Verfahrens einkristallin. Sie kann daher beispielsweise zur
Integration eines Sensorelementes mit Heizung und Tempera
turmessung genutzt werden.
Claims (18)
1. Verfahren zum Erzeugen einer isolierten, einkristalli
nen Siliziuminsel, mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Sauerstoffimplantation in einen niedrig- oder mittel-dotierten, einkristallinen Siliziumbereich (1; 4a) zum Erzeugen einer vergrabenen, isolierten SiO2-Schicht(2);
- - Ausheilen der erzeugten Schichtstruktur (1, 2, 3);
- - Abscheiden einer einkristallinen Siliziumepitaxie schicht (4, 4a, 4b);
- - Erzeugen einer Trenchätzmaske (5, 6, 7) auf der Sili ziumepitaxieschicht (4, 4b);
- - Definieren der Trenches (8) mittels Fotolithographie;
- - Ätzen der Trenches (8) bis zu der als Ätzstoppmaske dienenden, vergrabenen, isolierten SiO2-Schicht (2);
- - Auffüllen (11) der Trenches (8);
- - Erzeugen einer rückseitigen Maske auf der Silizium scheibenrückseite;
- - Lokales Öffnen der rückseitigen Maske mittels Foto lithographie; und
- - Ätzen des Siliziums (1) von der Siliziumscheibenrück seite her durch die lokale Öffnung der Maske bis zu der als Ätzstopp dienenden, vergrabenen, isolierenden SiO2-Schicht (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die rückseitige Maske aus Siliziumnitrid oder
Siliziumoxid besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet,
daß wenigstens zwei Trenches (8) konzentrisch angeord net sind, und
daß die lokale Öffnung der rückseitigen Maske derart angeordnet ist, daß der durch das anisotrope Ätzen innerhalb der Siliziumscheibe erzeugte Siliziummembran bereich von den konzentrisch verlaufenden Trenches (8) umschlossen ist.
daß wenigstens zwei Trenches (8) konzentrisch angeord net sind, und
daß die lokale Öffnung der rückseitigen Maske derart angeordnet ist, daß der durch das anisotrope Ätzen innerhalb der Siliziumscheibe erzeugte Siliziummembran bereich von den konzentrisch verlaufenden Trenches (8) umschlossen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Trench (8) eine in sich geschlossene Umgrenzung
der Siliziuminsel bildet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Trenches (8) mit Polysilizium aufgefüllt
werden, woraufhin das Polysilizium zur Isolation der
Trenches (8) lokal im Bereich der Halbleiterscheiben
oberfläche oxidiert wird (Fig. 3, Bezugszeichen 12),
bevor abschließend die Trenchätzmaske (5, 6, 7) zumin
dest teilweise (6, 7) entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet,
daß die Trenches (8) mit Oxid aufgefüllt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt des Erzeugens einer Trench
ätzmaske (5, 6, 7) folgende Teilschritte umfaßt:
- - Abscheiden oder thermisches Aufwachsen einer Oxid schicht (5);
- - Abscheiden einer Nitridschicht (6); und
- - Abscheiden einer Oxidschicht (7).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die abgeschiedene oder thermisch aufgewachsene
Oxidschicht (5) eine Dicke von 8 bis 25 nm hat.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die Nitridschicht (6) eine Dicke von 100 bis 200 nm
hat.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet,
daß die auf der Nitridschicht (6) abgeschiedene Oxid
schicht (7) eine Dicke von ungefähr 1 Mikrometer hat.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Breite der Trenchgräben (8) 1 bis 1,5 Mikro
meter beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Dotierstoffe für das Dotieren mittels Diffusion
der Trenchseitenwände (9) Phosphor oder Arsen oder Bor
umfassen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Isolation der Trenchseitenwände (9) durch ther
mische Oxidation oder durch Oxidabscheiden (Fig. 3, Be
zugszeichen 10) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13 in direkter
oder indirekter Rückbeziehung auf Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet,
daß die auf der Nitridschicht (6) abgeschiedene Oxid
schicht (7) nach dem Auffüllen der Trenches (8) durch
Polysilizium (11) entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14 in direkter
oder indirekter Rückbeziehung auf Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Nitridschicht (6) bei der lokalen Oxidation
(12) des Polysiliziums (11) zur Isolation der Trenches
(8) als Maske dient, wobei die Nitridschicht (6) nach
Abschluß der lokalen Oxidation (12) des Polysiliziums
(11) entfernt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekenn
zeichnet durch
- - das Erzeugen von Bauelementen in der Siliziuminsel.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekenn
zeichnet durch
den Verfahrensschritt der Erzeugung einer Sauerstoff
implantationsmaske zur lokalen Begrenzung der vergra
benen, isolierenden SiO2-Schicht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekenn
zeichnet durch
den Verfahrensschritt des Isolierens (10) der Trenchseiten
wände (9) mit thermischen Oxid vor dem Auffüllen (11) der
Trenches (8).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914127925 DE4127925C2 (de) | 1990-02-27 | 1991-08-23 | Verfahren zum Erzeugen einer isolierten, einkristallinen Siliziuminsel |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4006158A DE4006158A1 (de) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Verfahren zum erzeugen einer isolierten, einkristallinen siliziuminsel |
DE19904042334 DE4042334C2 (de) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | Verfahren zum Erzeugen einer isolierten, einkristallinen Siliziuminsel |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4127925A1 true DE4127925A1 (de) | 1993-02-25 |
DE4127925C2 DE4127925C2 (de) | 1994-01-13 |
Family
ID=27200914
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914127925 Expired - Lifetime DE4127925C2 (de) | 1990-02-27 | 1991-08-23 | Verfahren zum Erzeugen einer isolierten, einkristallinen Siliziuminsel |
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DE4127925C2 (de) | 1994-01-13 |
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