СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к получению диэлектрических пленок, используемых в качестве межслойных, пассивирующих и селективно пропускающих излучение (фотошаблоны или фотолитографии) покрытий при изготовлении многоуровневых сверхбольших интегральных схем (СБИС) на основе соединений типа А²В⁵ или соединений, обладающих свойствами высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), требующих низкотемпературной обработки.

В технологии СБИС в качестве межслойных и защитных покрытий широко используются пленки диоксида, нитрида и оксинитрида кремния, получаемые термическим путем при окислении кислородом закиси азота, или нитрированием аммиаком кремния моносилана и его производных [1] при температурах не ниже 400^оС. При использовании химического или плазменного инициирования температуру синтеза этих пленок удается максимально снизить до 180^оС [2]
В обоих случаях речь идет о высоких температурах, недопустимых при работе с полупроводниковыми соединениями, изменяющими состав при 250^оС (например, арсенидом галлия). Вместе с тем, использование плазмохимического инициирования приводит к радиационным повреждениям получаемых покрытий и ухудшению их зарядовых свойств, а также к потере материалами свойств ВТСП. Применение фотохимического инициирования (лазерного, в частности), свободного от перечисленных недостатков, сложно для технологического использования при больших загрузках пластин в процессе (больше 20 шт.), и в настоящее время находится на уровне лабораторных разработок.

В технологии СБИС в качестве материалов для фотошаблонов используются пленки оксидов железа и хрома, получаемые окислительным пиролизом (при 150^оС) соответствующих карбонилов металлов при атмосферном давлении. Этот метод приводит к образованию крупнозернистых пленок и не может быть использован в технологии субмикронных СБИС.

Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому результату является способ получения пленок нитрида кремния, основанный на реакции моносилана и аммиака в условиях ВЧ-разряда (450 кГц) при комнатной температуре [3] Принципиальным недостатком этого метода является использование емкостного ВЧ-разряда, при осуществлении которого покрываемые пластины находятся в зоне плазмы, и осаждаемая пленка подвергается радиационным повреждениям, что существенно ограничивает область применения этих покрытий.

Применение принципиально низких температур в способе-прототипе ограничивается также тем, что технология разработана только в применении к моносилану, а об использовании других кремний- или металлсодержащих реагентов сведения в литературе отсутствуют.

Цель изобретения состоит в расширении набора диэлектрических материалов на подложках технологических размеров и устранении радиационных повреждений.

Цель достигается тем, что осаждение диэлектрика на подложке проводят из реакции газообразных производных кремния, например тетрахлорида кремния, или карбонила металлов с кислородом и/или аммиаком в условиях индуктивного ВЧ-разряда в режиме просвечивания плазмы (afterglow plasmaenhanced chemical vapour deposition) при комнатной температуре и низком давлении в квазизамкнутом объеме.

Предложенное техническое решение обладает существенной новизной в силу ряда причин: допускает возможность осаждения практически неограниченного набора материалов покрытий при комнатной температуре на стандартных подложках диаметром 76 мм, 100 мм; в основе предложенного процесса лежит установленный авторами факт, что в реакции газообразных реагентов может образоваться твердый продукт; осаждение из предложенных газов смесей при комнатной температуре в отсутствие ВЧ-разряда не происходит; в предложенном способе предусмотрено расположение подложек в зоне послесвечения разряда по ходу газового потока, что предотвращает радиационные повреждения и ухудшение зарядовых свойств поверхности; использование низкого давления способствует улучшению однородности покрытия; использование тетрахлорида кремния позволяет получать материалы с низким содержанием нежелательных Si-OH и Si-ОН связей.

П р и м е р. Камера осаждения представляет собой горизонтальный цилиндр диаметром 140 мм и длиной 1000 мм, выполненный из кварцевого стекла (ТТУ-21-23-238-88), укрепленный вакуумно-плотно в двух шлюзах с обеих сторон из нержавеющей стали, снабженных отверстиями для ввода газов, регистрации температуры и давления и герметичной дверцей для размещения и извлечения образцов.

Реакционный сосуд имеет индуктор диаметром 143 мм и длиной 140 мм, который укрепляется на сосуде в 200 мм от шлюза, через который вводятся газы.

Пластины, на которые производится осаждение, в необходимом количестве устанавливают вертикально в технологической кварцевой лодочке с прорезями и располагают в реакционном сосуде в 300-500 мм от шлюза, через который вводятся газы.

Энергия на индуктор подается от ВЧ-генератора (2 МГц) мощностью 2 кВт и КПД 0,7, т. е. максимальная энергия, выделяемая в разряде, составляет 1,4 кВт.

Сосуд предварительно откачивают до 10^-3 Торр, затем с помощью регуляторов расхода газов в нем устанавливают расходы кислорода и аммиака, а с помощью вентилей тонкой регулировки давления прочих реагентов, приведенные в таблице.

Общее давление в реакционном сосуде для всех процессов составляет 3,5˙10^-2 Торр.

После окончания процесса газы отключают, сосуд откачивают до 10^-3 Торр, напускают в сосуд N₂ до атмосферного давления, развакуумируют сосуд и извлекают пластины с осажденным покрытием.

Пористость полученных пленок ≅1 пор/см², покрытия однородны по каждой пластине.

На фиг. 1а, б приведены УФ-спектры нитридов молибдена и хрома соответственно. Видно, что эти покрытия непрозрачны в УФ-области и хорошо пропускают свет в видимой области, т.е. обладают характеристиками, необходимыми для фотошаблонов.

На фиг. 2, 3 приведена микрофотография пленки оксинитрида хрома, осажденной на кремниевую подложку. Видна малая плотность включений с характерным размером > 0,1 мкм, т.е. такие пленки пригодны для использования в технологии субмикронных СБИС.

На фиг.4, 5 приведены ИК-спектры SiO₂ и оксинитрида кремния соответственно. В спектре на фиг.4 присутствуют полосы поглощения Si-O-Si при 1050 и 800 см^-1. В спектре на фиг.5 присутствуют полосы поглощения NH (3200 см^-1), Si-O-Si (1050 см^-1), Si-N (930 см^-1).

В обоих спектрах (особенно ярко на спектре на фиг.4) отсутствуют полосы поглощения Si-OH (3500 см^-1) и Si-H (2200 см^-1).

Таким образом, можно с уверенностью сказать, что в полученных по предложенному методу пленках при их очевидных достоинствах отсутствуют нежелательные связи Si-H и Si-OH.

Использование: микроэлектроника, получение тонких диэлектрических покрытий при изготовлении сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: способ получения тонких диэлектрических покрытий, включает возбуждение с помощью индуктора ВЧ-разряда с плотностью мощности не выше 0,7 Вт/см³ в газовой смеси, содержащей либо SiCl₄, либо карбонилы металлов в смеси и/или аммиаком при общем давлении 3,5·10² Торр, при комнатной температуре на подоложках, размещенных вне зоны возбуждения плазмы за индуктором. 5 ил. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, включающий размещение подложек в реакторе, непрерывную подачу газовой смеси в реактор, возбуждение в газовой смеси ВЧ-разряда, осаждение диэлектрических покрытий на подложки при комнатной температуре, отличающийся тем, что подложки размещают в реакторе вне зоны возбуждения плазмы за индуктором, в качестве компонентов газовой смеси используют либо SiCl₄, либо карбонилы металлов в смеси с кислородом и/или аммиаком при давлении 3,5 · 10^-2 Торр, а ВЧ-разряд с плотностью мощности не выше 0,7 Вт/см³ возбуждают с помощью индуктора.