SE511826C2 - Dikesisolering - Google Patents

Description

511 826 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma dikesstrukturer med minskad risk för kortslutning av korsande ledare och en större tolerans mot främmande partiklar och defekter i materialet.

Enligt uppfinningen ernås detta medelst en dikesstruktur med segmenterad struktur.

En dikesfonnering i enlighet med uppfinningen uppvisar ett antal fördelar. En fördel är att en kortsluming endast kan uppträda om två defekter eller främmande partiklar uppträder nära varandra. Denna risk är avsevärt lägre än risken för att två defekter eller främmande partiklar uppträder i ett enkelt dike som fullständigt omger en kom- ponent En annan fördel är att den reducerade längden av öama av kisel som omges av dike- na hjälper till att minska de mekaniska spänningar som genereras under efterföljan- de behandling och användning.

En ytterligare fördel är att risken minskas för att ledande rester, exempelvis strängar av polykisel från senare processteg omger den isolerade anordningen och koitsluter ledare som korsar diket.

Ytterligare en annan fördel är att den termiska isoleringen av dikesformeringen en- ligt uppfinningen är större än hos ett enda dike, varför värmeavledningen till kom- ponenter som omges av dikesfonneringen enligt föreliggande uppfinning reduceras.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrives nedan med hjälp av utfönngsexempel vilka illustreras i föl- jande figurer där Fig. la) är en planvy över en känd dikesstruktur, Fig. lb) är en förstorad vy av en tvärsektion längs linjen l-I i fig. la, kx) Un 511 826 Fig. 2a) är en planvy av en utföringsforrn av en dikessrruktur enligt uppfinningen, Fig. Zb) är en förstorad vy av en tvärsektion längs linjen Il-ll av den i fig. Za visade dikesstrukturen, Fig. 3a) är en planvy av en andra utföringsforrn av en dikesstruktur enligt uppfin- ningen, Fig. 3b) är en förstorad vy av del av dikesstrukturen i fig 3a) och Fig. 4 visar en tredje utföringsforrn av en dikesstrukrur enligt uppfinningen.

DETALJBESKRIVNING AV UTFÖRlNGSFORÄ-IERNA I den i fig. l visade kända dikesstrukturen har en skiva l för framställning av halv- ledaranordningar ett skikt 2 av exempelvis dopat kisel, exempelvis n-dopat kisel ovanpå ett skikt av motsatt dopat, i detta fall p-dopat kisel. Skivan har ett kontinuer- ligt dike 4 eller ett dike 4 i form av en sluten slinga. Detta dike 4 har en U-forrnad tvärsektion som sträcker sig från ovansidan av skivan l genom skiktet 2 ned i skikt 3. Diket 4 har isolerande väggar 5 av exempelvis oxiderat kisel samt en fyllning 6 av polykisel mellan dikesväggama 5. Diket 4 sträcker sig längs gränsen mellan en ö 7 av n-dopat kisel och resten av det n-dopade kislet 2 och isolerar densamma från resten av det n-dopade kislet 2. Denna ö 7 kan användas som grund för en eller flera komponenter 7 såsom exempelvis motstånd, kondensatorer, dioder, transistorer och andra bipolära komponenter. l fallet med en ledande, främmande partikel eller de- fekt 8 i materialet (som för enkelhets skull fortsättningsvis kallas främmande parti- kel) som överbryggar diket 4 kommer ön 7 att vara i oönskad elektrisk kontakt med skiktet 2 och funktionen hos en komponent 7 forrnerad på eller medelst ön 7 kom- mer att påverkas negativt.

Fig. Za) och 2b) visar en utföringsforrn av en dikesstrukmr enligt föreliggande upp- finning. Vid denna utföringsforrn omges ett första dike 4 i form av en sluten slinga av ett andra dike 4” i form av en sluten slinga och âtskiljes från denna medelst en ö eller stycke 2' av exempelvis n-dopat kisel. Uppfinningen är inte begränsad till ki- selbaserad komponenter utan kan anpassas på önskat sätt för användning med god- tyckligt material. Det är även möjligt att anpassa uppfinningen för användning med 511 826 andra tillverkningsprocesser såsom exempelvis SOl-teknik (”Silicon-On-lnsulator technology”), där ett skikt av kisel åstadkommes på ett isolerande substrat av exem- pelvis kiseloxid. Dikena 4, 4' har isolerande väggar av exempelvis oxiderat kisel och en fyllning 6 av polykisel mellan dikesväggama 5. Materialet i de isolerande väggarna 5 kan vara ett godtyckligt lämpligt material såsom exempelvis kiselnitri- der, kiseloxider, poröst kisel, safir, aluminiumoxid, aluminiumnitrid, diamant, kvarts, andra dielektriska material samt kombinationer därav och det är tänkbart att ett annat material än polykisel eller inget material förefinnes mellan de isolerande väggarna 5. Det andra diket 4' är uppbyggt på samma sätt som diket 4 och forrneras lämpligen samtidigt med diket 4. Det är förbundet med det första diket 4 medelst mellanliggande, tvärgående diken 9 fonnerade i stycket 2' av n-dopat kisel och be- lägna i detta exempel på förutbestämda regelbundna avstånd runt Omkretsen av diket 4. Det är givetvis även möjligt att ha oregelbundet åtskilda transversella diken 9.

Med ett dylikt arrangemang med två diken 4, 4' sammanlänkade medelst tvärgående diken 9 i en kedjeliknande struktur behövs inte endast en eller flera främmande par- tiklar 8” för att överbrygga diket 4 mellan komponenten 7 och stycket 2” av n-kisel samt en eller flera främmande partiklar 8” för att överbrygga diket 4' mellan stycket 2” och skiktet 2 utan dessa främmande partiklar 81 8” måste förefinnas mellan två intill varandra liggande tvärgående diken 9 innan komponenten 7 bringas i elektrisk kontakt med skiktet 2. Risken för att detta skall uppträda är väsentligt mindre än ris- ken att en enda partikel kommer att överbrygga ett enda dike.

Det optimala antalet tvärgående diken 9 beror på de förväntade storlekarna av främmande partiklar samt hur ofta de förekommer. Med mycket få främmande par- tiklar kan det vara tillräckligt att ha endast två rvärgående diken. Allteftersom risken för kontaminering i form av främmande partiklar ökar kan de bli nödvändigt att öka antalet tvärgående diken 9.

Länkarna som formar den kedjeliknande strukturen behöver vidare inte vara lång- smala länkar utan kan ha godtycklig, lämplig form såsom exempelvis rund, oval, fyrkantig, trapetsforrnad etc. Typiska längder av dikena 4, 4' som bildar länkamas 511 826 sidor kan vara 15-20 mikrometer med en bredd av 1-3 mikrometer. Avståndet mel- lan två diken uppgår typiskt till 3-50 mikrometer. Även om uppfinningen illustrerats av exempel där dikesstiukturen bildas av sam- marihängade diken är det givetvis möjligt att komponenter monterade nära kanten av substratet skulle kunna skyddas av dikesstrukturer som inte sträckte sig längs kanten av substratet.

Fig. 3a) visar en utföringsform av uppfinningen där problemet med att ledande ma- terialrester såsom exempelvis polykisel 13 som finns kvar längs dikeskantema kan förorsaka kortslutning mellan ledare som korsar dikena kan undvikas. Fig. 3b) är en förstoring av del av fig. 3a). Polykisel 13 representeras i fig. 3a) och 3b) av heldrag- na linjer längs Omkretsen av de skuggade dikena. Ledare 11, 1 1' med olika potenti- aler korsar båda dikesstrukturema 4, 4”. Om det finns något ooxiderat polykisel kvar längs kanterna av dikena kommer detta att fungera som en ledare mellan ledama 1 1, 1 1 ' och komponenten 7 kommer att kortslutas. För att förhindra detta utformas ett avbrott 12 i diket 4 i varje del av diket 4 som förbinder ledama 1 1, l 1”. Varje av- brott 12 sträcker sig in i en av de mellan dikena 4, 4' bildade öarna 18'. På liknande sätt utformas ett avbrott 12' i diket 4' i varje del av diket 4' som förbinder ledama ll, 11'. Varje avbrott 12' sträcker sig in i en av de mellan dikena 4, 4' bildade öarna 18”. Dessa avbrott 12, 12' åstadkommes genom att ett gap lämnas i de masker som används för att åstadkomma dikena så att det ursprungliga n-dopade kislet som oxi- deras, beläggs med ett skikt av polykisel och därefter tillbakaetsas under foimeiing- en av dikena 4, 4', lämnas med ett isolerande skikt av oxid. Normalt bildas po- lysträngar (dvs sammanhängade längder av polykisel) längs kanterna av dikena där ett steg foreñnnes i den plana ytan. Man har emellertid funnit att höm, särskilt kon- vexa höm 16'som uppträder där avbrotten möter dikena förorsakar accelererad ets- ning av polykisel. Detta innebär att under den normala tillbakaetsningsprocessen av oönskat polykisel, varje polysträng som förefmnes vid eller nära hörnen automatiskt bryts genom att bortetsas. Detta förhindrar att polysträngar på den yttre omkrets- kanten av dikena kommer i elektrisk kontakt med polysträngar på den inre omkrets- Ur l\) Vi 511 826 kanten av dikena. Avbrotten 12, 12” bildar således isolerande avbrott i eventuella strängar av ledande material och säkerställer därigenom att ledarna l l, ll” isoleras från varandra. I och för att säkerställa att ledama ll, 11” isoleras måste varje dike 4 ha minst två avbrott 12 i sig och varje dike 4” måste ha minst två avbrott 12 i sig.

Varje par av avbrott 12, 12' måste positioneras på motsatta sidor av en ledare 11 eller ll' så att ingen sammanhängande ledningsbana förefrnnes mellan ledama ll, ll”. Med andra ord måste ett avbrott finnas i den långa banan mellan ledarna 1 1, ll', vilken bana går nästan runt hela öns 7 omkrets och det andra avbrottet måste finnas i den kortaste banan mellan ledarna l 1, 11”.

Vid en annan icke visad utföringsform av uppfinningen är det tänkbart att i stället för att ha fyra avbrott 12, 12' i sicksack såsom visas i ñg. 3a) och Bb) de fyra av- brotten ligger i linje på sådant sätt att de synes bilda två förlängda avbrott som båda sträcker sig samtidigt över båda dikena 4, 4”.

Såsom visas i frg. 4 kan uppfinningen även implementeras med tre dikesstmkturer 4, 4”, 4” av ökande storlek anordnade runt en komponent som skall skyddas.

Uppfrnningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsforrnerna utan kan innefatta fler än tre dikesstrukturer. Dessa dikesstnrkturer kan samtliga vara inbör- des förbundna medelst tvärgående diken eller alternativt vara inbördes förbundna i grupper där varje grupp inte är hopkopplad med den andra gruppen eller grupperna.

För att emå alla elektriska isoleringsfördelar med en dikesstruktur enligt uppfin- ningen är det fördelaktigt att öarna 2” bildade mellan dikena 4, 4', 9 utformas till att inte vara i elektrisk kontakt med någon aktiv ledare l 1, ll” även om det kan vara nödvändigt att förse dem med en jordförbindelse. Maskerna som används under processeringen av skivan 1 skall således ha några kontakthål mellan öarna 2' och varje aktiv ledare 11, 11”. l5 511 826 Förutom att åstadkomma förbättrad elektrisk isolering ökar en dikessrruktur enligt uppfinningen den termiska isoleringen mellan komponentema på respektive sida om densamma.

Anordnandet av tvärgående diken tillhandahåller vidare flera vägar för reducering av mekaniska spänningar. Detta minskar risken för att spänningsskador skall uppträda eftersom spänningen rör sig en kortare sträcka innan den utjämnas.

Det isolerande materialet kan vara något lämpligt material såsom exempelvis kisel- nitrider, kiseloxider, poröst kisel, safir, aluminiumoxid, aluminiumnitrid, diamant, kvarts, andra dielektriska material samt kombinationer därav.

Enligt en ytterligare utföringsfonn av uppfinningen omger dikesstnrkturema ett ki- selbaserat eller annat halvledarbaserat substrat och sträcker sig ned till ett inbäddat isolerande skikt till bildande av en fullständig galvanisk isolering runt substratet.

Det inbäddade isolerande skiktet kan naturligt formas av något lämpligt isolerande material inklusive det som används för dikesstrukturema.

Claims (3)

10 20 511 826 8 PATENTKRAV

1. Förfarande för att isolera en komponent (7) från ett omgivande material (2), var- vid gränsen mellan närnnda komponent (7) och nämnda omgivande material (2) kor- sas av två eller flera ledare (1 1, 1l'), varvid minst två isolerande diken (4, 4°) ut- formas mellan nämnda komponent (7) och nämnda omgivande material (2) och var- vid ett första (4) av dikena förbinds med ett andra (4') av dikena medelst isolerande, tvärgående diken (9) på minst två ställen, varigenom öar (2°) av det omgivande ma- terialet (2) bildas mellan dikena (4, 4', 9), kännetecknat av att ett avbrott (12, 12”) utformas i varje del av varje dike (4, 4') som åtskiljer par av ledarna (1 l, ll').

2. Elektrisk komponent (7) isolerad från omgivande material (2) medelst en isole- rande dikesstruktur (4, 4'), varvid nämnda dikesstruktur (4, 4') korsas av två eller flera ledare (11, 1l'), varvid nämnda dikesstnrktur (4, 4”) innefattar minst två diken (4, 4") innefattande isolerande material (6), varvid ett första (4) av dikena omges av ett andra (4') av dikena, varvid nämnda andra dike (4') är förbundet med nämnda första dike (4) medelst isolerande, tvärgående diken (9) på minst två ställen, varige- nom öar (2°) av det omgivande materialet (2) bildas mellan dikena (4, 4°, 9), känne- tecknad av att nämnda dikesstruktur (4, 4”) vidare innefattar ett avbrott (12, l2”) i varje del av varje dike (4, 4') som åtskiljer par av ledarna (1 l, 1l”).

3. Elektrisk komponent (7) enligt kravet 2, kännetecknad av att nämnda ledare (11, 11') är i elektrisk isolerade från nämnda öar (2').