Herstellungsverfahren für Bauelemente auf SOI-SubstratManufacturing process for components on SOI substrate
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel¬ lung von Halbleiterbauelementen auf SOI-Substraten, die zu¬ sätzlich zu den SOI-Funktionselementen weitere integrierte Funktionselemente in Bulk-Silizi m enthalten.The present invention relates to a method for the production of semiconductor components on SOI substrates which, in addition to the SOI functional elements, contain further integrated functional elements in bulk silicon.
CMOS-Transistoren auf SOI-Substrat, insbesondere solche mit vollständig verarmtem Kanalbereich, sind insbesondere bei Ka¬ nallängen unter 0,25 um und für Anwendungen mit extrem nied¬ riger Versorgungsspannung und Verlustleistung von Bedeutung. Die verwendeten SOI-Substrate besitzen extrem dünne Silizium¬ schichten (ca. 50 nm) . Diese Substrate werden mittels wafer bonding oder SI OX hergestellt. Es ist schwierig, in derart dünnen Siliziumschichten Funktionselemente zu realisieren, die hohe Ströme abführen können. Beispiele für solche Funkti- onselemente sind Strukturen zum Schutz gegen elektrostatische Entladungen oder Leistungsbauelemente für Smart-Power-Anwen- dungen. Ein Verfahren zur gleichzeitigen Realisierung von SOI- und Bulk-Si-Funktionselementen bedient sich der SIMOX- Technik. Dabei wird nicht wie üblich eine ganze Silizium- scheibe zur Ausbildung der Isolationsschicht mit 0+ implan¬ tiert, sondern unter Verwendung einer Maske nur die Bereiche, die als SOI-Bereiche vorgesehen sind. In den übrigen Berei¬ chen bleibt das Silizium des Substrates in voller Stärke ste¬ hen, so daß dort die Bulk-Funktionselemente integriert werden können.CMOS transistors on SOI substrates, in particular those with a completely depleted channel region, are particularly important with channel lengths below 0.25 μm and for applications with extremely low supply voltage and power loss. The SOI substrates used have extremely thin silicon layers (approx. 50 nm). These substrates are manufactured using wafer bonding or SI OX. It is difficult to implement functional elements in such thin silicon layers that can dissipate high currents. Examples of such functional elements are structures for protection against electrostatic discharge or power components for smart power applications. A method for the simultaneous implementation of SOI and bulk Si functional elements uses SIMOX technology. In this case, an entire silicon wafer is not implanted with 0+ to form the insulation layer, as is usual, but only the areas which are provided as SOI areas are used using a mask. In the remaining areas, the silicon of the substrate remains at full strength, so that the bulk functional elements can be integrated there.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für die Integration von SOI-Funktions¬ elementen und Bulk-S -Funktionselementen auf einem Silizium- εubstrat anzugeben. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object of the present invention is to provide a simplified production method for the integration of SOI functional elements and Bulk-S functional elements on a silicon substrate. This object is achieved with the method having the features of claim 1. Further configurations result from the dependent claims.
Es folgt eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren 1 und 2, die jeweils einen Querschnitt durch das herzustellende Bauelement nach verschiedenen Ver¬ fahrensschritten zeigen.There follows a description of the method according to the invention with reference to FIGS. 1 and 2, each of which shows a cross section through the component to be produced according to different method steps.
Bei dem erfindungεgemäßen Verfahren wird von einem üblichen SOI-Substrat ausgegangen, das z. B. mittels wafer bonding oder SIMOX hergestellt sein kann. Es wird eine Fotomaske auf der dünnen Siliziumschicht dieses Substrates aufgebracht, die diejenigen Bereiche, die für die Bulk-Si-Funktionselemente vorgesehen sind, frei läßt. In den Öffnungen dieser Fotomaske werden die dünne Siliziumschicht 3 (ε. Fig. 1) und die Isola¬ torschicht 2 (z. B. Siθ2) entfernt, so daß das Silizium des Substrates 1 (d. h. der Trägerscheibe) des SOI-Substrates in den entstehenden Öffnungen 4 freigelegt ist. Es können dann mit den bekannten Herstellungsverfahren die Funktionselemente in den SOI-Bereichen und diesen freigelegten Bereichen herge¬ stellt werden. Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat gegen¬ über der eingangs beschriebenen Herstellungsmethode den Vor¬ teil, daß die SOI-Substrate, wie sie handelsüblich geliefert werden, verwendet werden können und beim IC-Hersteller keine kostenintensive maskierte Hochenergieimplantation mit 0+ erforderlich ist. Zu den SOI-Funktionselementen (z. B. den CMOS-Transistoren) können in den freigelegten Bereichen des Substrates 1 Bulk-Si-Funktionselemente mit hoher Strombelastbarkeit realisiert werden, insbesondere, wenn der hohe Strom zur Rückseite des Substrates 1 hin, d. h. zu der nicht mit der Isolatorschicht 2 versehenen Oberseite, abgeführt wird. Typische Beispiele dafür sind Schutzstrukturen, wie z. B. Dioden, die Ein- und Ausgänge des Chips vor Schäden durch elektrostatische Entladungen schüt¬ zen. Die in dem SOI-Bereich ausgebildeten Funktionselemente sind gegenüber den hohen Strömen im Substrat 1 durch die Iso- latorschicht 2 isoliert.In the method according to the invention, a conventional SOI substrate is used, which, for. B. can be produced by means of wafer bonding or SIMOX. A photomask is applied to the thin silicon layer of this substrate, leaving the areas that are intended for the bulk Si functional elements free. In the openings of this photomask, the thin silicon layer 3 (FIG. 1) and the insulator layer 2 (for example SiO 2) are removed, so that the silicon of the substrate 1 (ie the carrier wafer) of the SOI substrate in the resulting openings 4 is exposed. The known production methods can then be used to manufacture the functional elements in the SOI areas and these exposed areas. This method according to the invention has the advantage over the production method described at the outset that the SOI substrates, as are commercially available, can be used and that the IC manufacturer does not require any costly masked high-energy implantation with 0+ . For the SOI functional elements (e.g. the CMOS transistors), bulk Si functional elements with high current carrying capacity can be implemented in the exposed areas of the substrate 1, in particular if the high current is directed towards the rear of the substrate 1, ie towards the not provided with the insulator layer 2, is removed. Typical examples of this are protective structures, such as. B. diodes, the inputs and outputs of the chip protect against damage from electrostatic discharges. The functional elements trained in the SOI area are insulated from the high currents in the substrate 1 by the insulator layer 2.
Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht man, indem man in einem zusätzlichen Verfahrens¬ schritt das Silizium des Substrates 1 in den Öffnungen 4 durch epitaktisches Abscheiden bis zur Höhe der dünnen Sili¬ ziumschicht 3 hin auffüllt. Die dünne Siliziumschicht 3 der SOI-Bereiche bildet dann zusammen mit diesem epitaktisch ab- geschiedenen Silizium 6 (s. Fig. 2) eine planare Oberfläche. Dieses epitaktiεch abgeschiedene Silizium 6 kann für die Her¬ stellung der zu integrierenden Funktionselemente mit einem geeigneten Dotierungsprofil versehen werden. Auf diese Weise können z. B. Bipolartransistoren in diesen Bereichen des Substrates hergestellt werden. Um die Bulk-Si-Funktionsele¬ mente von den SOI-Funktionselementen vollständig elektrisch zu isolieren, ist es vorteilhaft, wenn vor dem epitaktischen Aufwachsen des weiteren Siliziums 6 die Flanken der dünnen Siliziumschicht 3 mit einer Dielektrikumschicht 5 (z. B. Siθ2) bedeckt werden. Die dünne Siliziumschicht 3 der SOI-Be¬ reiche ist dann zu dem Bulk-Silizium vollständig durch die¬ lektrische Schichten elektrisch isoliert. Diese Flankenbe¬ deckung mit einer Dielektrikumschicht 5 erhält man z. B., in¬ dem zunächst das Material dieser Dielektrikumschicht ganzflä- chig isotrop auf die Oberfläche der Struktur der Figur 1 ab¬ geschieden und dann anisotrop rückgeätzt wird.A further improvement of the method according to the invention is achieved by, in an additional method step, filling the silicon of the substrate 1 in the openings 4 by epitaxial deposition up to the height of the thin silicon layer 3. The thin silicon layer 3 of the SOI regions then forms a planar surface together with this epitaxially deposited silicon 6 (see FIG. 2). This epitaxially deposited silicon 6 can be provided with a suitable doping profile for the production of the functional elements to be integrated. In this way, e.g. B. bipolar transistors in these areas of the substrate. In order to completely electrically isolate the bulk Si functional elements from the SOI functional elements, it is advantageous if, before the further silicon 6 is grown epitaxially, the flanks of the thin silicon layer 3 are covered with a dielectric layer 5 (for example SiO 2) become. The thin silicon layer 3 of the SOI regions is then completely electrically insulated from the bulk silicon by dielectric layers. This flank covering with a dielectric layer 5 is obtained, for. B. by first depositing the material of this dielectric layer over the entire surface isotropically onto the surface of the structure in FIG. 1 and then etching it back anisotropically.