СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА Советский патент 1996 года по МПК H01L21/316 

Описание патента на изобретение SU1795829A1

Изобретение относится к технологии электронной техники, в частности к технологии осаждения пленок химическим осаждением из газовой фазы, активизированным плазмой, и может быть использовано для создания межуровневого диэлектрика и пассивирующих покрытий, при изготовлении сверхбольших интегральных схем.

Известен способ плазмохимического осаждения пленки фосфоросиликатного стекла, включающий размещение полупроводниковых подложек в реакторе, откачку реактора, введение в реактор смеси моносилана, закиси азота, фосфина и инертного газа и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла в плазме ВЧ-разряда при температуре 200-380оС и давлении 106,6-266 Па при соотношении ингредиентов закись моносилан с фосфином 23.

В результате воздействия плазменного разряда образуются радикалы типа SiH3, SiH и др. При их взаимодействии с закисью азота возможно образование промежуточных соединений, которые распадаются с образованием частиц SiO2 в газовой фазе, что обуславливает повышенную привносимую дефектность пленки фосфоросиликатного стекла (ФСС).

Кроме того, пленка фосфоросиликатного стекла, осажденная по данному способу, характеризуется недостаточной влагостойкостью.

Разводка межэлементных соединений, изготовленная с применением данных пленок, не обладает длительной стабильностью под воздействием климатических факторов.

Причиной этого является возможность образования фосфорной кислоты на поверхности прибора и ее взаимодействие с алюминием. Источником образования фосфорной кислоты является фосфор из пленки фосфоросиликатного стекла и влага, проникающая через корпус прибора и взаимодействующая с ФСС.

Вышеуказанные недостатки ограничивают использование данного способа в производстве сверхбольших интегральных схем.

Наиболее близким по технической сущности способом плазмохимического осаждения пленки фосфоросиликатного стекла являетcя cпоcоб, включающий размещение полупроводниковых подложек со структурами интегральных схем в реакторе, откачку реактора, введение в реактор смеси моносилана, закиси азота, фосфина и инертного газа и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разряда (50 кГц-2,45 Ггц) при температуре 20-450оС и давлении 13,3-266,6 Па при соотношении ингредиентов закись азота моносилан 50-100, фосфин-моносилан 0,03-0,08.

Однако и данный способ не лишен недостатков.

При воздействии плазменного разряда на моносилан возможны следующие реакции:
SiH4_→ SiH3+H(Ec= 4,07 эв)
SiH_→ Si+H(Ec= 3,09 эв)
Энергия связи N2-O составляет 1,7 эв, а ON-N-4,98 эв.

В результате взаимодействия закиси азота с силановыми радикалами возможно образование промежуточных соединений типа
N N-i или N N-O-i-O-N N в газовой фазе.

Так как энергия связи азота с кислородом в 2-3 раза меньше энергии связи кремния с кислородом, то идет распад промежуточных соединений с образованием частиц двуокиси кремния в газовой фазе, что обуславливает повышенную дефектность пленок ФСС.

Разводка межэлементных соединений, изготовленная с применением данных пленок не обладает длительной стабильностью под воздействием климатических факторов из-за низкой влагостойкости ФСС и образования фосфорной кислоты при взаимодействии фосфора из ФСС и влаги, проникающей через корпус прибора.

Недостатки прототипа ограничивают использование данного способа осаждения пленки ФСС при изготовлении сверхбольших интегральных схем.

Целью изобретения является повышение качества пленки путем снижения дефектности и улучшения пассивирующей способности пленки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе плазмохимического осаждения пленки фосфоросиликатного стекла, включающем размещение полупроводниковых подложек со структурами интегральных схем в реакторе, введение в реактор смеси моносилана, закиси азота, фосфина и инертного газа и осаждение пленки фосфорсиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разряда при температуре 20-450оС и давлении 13,3-266,6 Па или соотношении ингредиентов закись азота-моносилана 50-100, фосфин-моносилан 0,03-0,08, в смесь дополнительно вводят аммиак при соотношении ингредиентов закись азота-аммиак 5-25.

В предлагаемом техническом решении повышение качества пленки фосфоросиликатного стекла, осаждаемой в плазме ВЧ и СВЧ-разряда, обусловлено следующим.

Из-за введения аммиака в газовую смесь в указанном соотношении ингредиентов закись азота-моносилан обеспечивает подавление образования микрочастиц в газовой фазе за счет ослабления хода побочных реакций.

Истинный механизм предотвращения образования микрочастиц в газовой фазе и его детали авторами не выявлены.

Возможно этому способствует наличие в газовой фазе следующих радикалов:
NH3_→ NH2+H(Ec= 4,76 эв)
NH2_→ NH+H(Ec= 3,9 эв)
NH_→ N+H(Ec= 3,32 эв)
Кроме того, введение аммиака в газовую смесь способствует повышению плотности пленки ФСС.

В то же время пленка фосфоросиликатного стекла обогащается азотом. При этом содержание азота в ФСС, которое без введения в газовую смесь аммиака составляло не более 2 ат. возрастает в 5 и более раз, что обуславливает улучшение пассивирующей способности пленки за счет повышения ее влагостойкости и повышение стойкости стекла к диффузии ионов металлов.

Выбор отношения ингредиентов закись азота-аммиак при осаждении пленки ФСС сделан на основе экспериментальных результатов.

При соотношении ингредиентов закись азота-аммиак менее 5 ухудшаются условия для введения фосфора в пленку, что обуславливает ухудшение качества ФСС из-за увеличения дефектности.

При соотношении ингредиентов закись азота-аммиак более 25 ухудшается пассивирующая способность пленки из-за уменьшения количества азота в ней, что наряду с увеличением привносимой дефектности обуславливает ухудшение качества пленок ФСС.

Возможность осуществления изобретения с получением положительного эффекта при использовании существенных признаков изобретения подтверждается следующими конкретными примерами.

Плазмохимическое осаждение пленки фосфоросиликатного стекла осуществлялось на установке Лада-32 с горизонтальным трубчатым реактором и горячими стенками и вводом мощности сзади.

Использовался вакуумный агрегат RVS-500 ф Alcaffe, величина давления поддерживалась путем подачи регулируемого потока азота на вход насоса.

Электродная система состоит из шести графитовых электродов и позволяет обрабатывать за один процесс до 80 подложек.

Электроды объединены через один и подключены к ВЧ генератору плазмы с максимальной частотой 120 кГц.

Соединенные графитовые электроды изолированы друг от друга при помощи керамических изоляторов.

В качестве подложек, использовались платины кремния КДБ-12 (100), прошедшие цикл изготовления кристалла КР565РУ5 до блока формирования пассивации.

Подложки крепились к электродам при помощи штырьков с использованием пинцета.

Суммарный поток газовой смеси не превышал 3000 см3 мин.

Температура осаждения пленки во всех примерах составляла 300 ± 2оС.

Количество одновременно обрабатываемых подложек в зависимости от используемой многоэлектродной системы подложкодержателя изменялась от 40 до 80 шт.

Толщина пленки фосфоросиликатного стекла составляла 0,8 мкм.

Осаждение пленки фосфоросиликатного стекла осуществляли при давлении 133 ± 3 Па.

Конструкция реактора позволяет осуществлять его встроенную самоочистку и подачу реагентов спереди и со стороны откачки.

Использовали моносилан-концентрат ТУ 6-02-1163-79, аммиак жидкий особой чистоты ТУ 113-17-27-515-89 и закись азота особой чистоты ТУ 113-03-28-11-88.

Процесс включал следующие шаги: загрузку подложек на графитовые электроды и размещение их в реакторе, откачку реактора до остаточного давления, нагрев подложек в потоке аргона или азота, зачистку поверхности подложек в плазме азота (аргона), откачку-вакуумирование реактора, плавное увеличение потоков N2NH3, N2O, РH3, SiH4 и их стабилизацию, включение генератора и осаждение пленки ФСС, прекращение подачи реагентов, откачку реактора, продувку реактора азотом, прекращение откачки, напуск реактора азотом до атмосферного давления и выгрузку подложек с осажденной пленкой ФСС.

Отношения Q/Q 55; Q/Q выбирались таким образом, чтобы обеспечить Ср ≈ 3,5 мас.

Отношение Q/Q варьировалось от 3 до 30.

Всего было проведено 6 процессов.

Толщина пленки определялась неразрушающим способом при помощи прибора MPV-SP фLeitz согласно дРО.7629 891.6020300003ТК.

Прирост привносимых дефектов (Δ) определен при помощи прибора Sur fscane-4500 как разницу между количеством частиц размером более 0,5 мкм после осаждения на исходных подложках и нормировали к приросту привносимых дефектов для способа-прототипа (Δпр).

Концентрацию фосфора определяли рентгено-флуоресцентным методом при помощи прибора ф.Ригаку (Япония).

Дополнительно контролировали содержание азота в пленке (CN) при помощи проведения количественного ВИМС-анализа на приборе IMS-4F ф.Камека и нормировали к содержанию азота в ФСС, осажденной по способу-прототипу (CNп).

Для испытаний использовались специальные тестовые структуры, позволяющие определять скорость коррозии при помощи метода поляризационного сопротивления.

Показатель преломления (n) определялся при помощи лазерного эллипсометра.

Плотность дефектов определялась по следующей формуле:
D , где 1 доля годных структур, не пробитых при данной напряженности поля,
n количество пробитых конденсаторов,
Σ количество измеренных конденсаторов,
s площадь тестовой структуры, равная 16 мм.

В таблице представлено отношение плотности дефектов в каждом конкретном случае к плотности дефектов, характерной для прототипа (D/Dn, отн. ед.).

Дополнительно определялось отношение скорости коррозии (Vк) для групп приборов с пассивацией пленкой ФСС к скорости полученной при реализации способа-прототипа (Vкп).

Испытательной средой служил раствор ортофосфорной кислоты.

Примеры способа плазмохимического осаждения пленки фосфоросиликатного стекла представлены в таблице.

Примеры 1-3 в таблице иллюстрируют предлагаемый способ осаждения пленки ФСС.

В примере 4, 5 состояние ингредиентов закись азота-аммиак выходило за заявляемые пределы.

В примере 6 приведены результаты реализации способа-прототипа.

Результаты, приведенные в таблице показывают, что предлагаемый способ (пр. 1-3) позволяет улучшить качество пленки ФСС за счет снижения дефектности и улучшения пассивирующей способности пленки.

Из таблицы очевидна нецелесообразность использования способа, при реализации которого соотношение Q/Q вы- ходило за заявляемые пределы.

По сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет улучшить качество пленки ФСС путем снижения дефектности и улучшения пассивирующей способности пленки. При этом привносимая дефектность уменьшается вдвое, скорость коррозии уменьшается в 1,5 р.

Похожие патенты SU1795829A1

название год авторы номер документа
Способ формирования пленки нитрида кремния 1990
  • Турцевич Аркадий Степанович
  • Красницкий Василий Яковлевич
  • Петрашкевич Валерий Францевич
  • Химко Георгий Антонович
  • Корешков Геннадий Анатольевич
  • Сарычев Олег Эрнестович
SU1718302A1
Способ формирования межслойной изоляции в производстве интегральных микросхем 1990
  • Ковалевский Александр Адамович
SU1711269A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ 1992
  • Рубцов Н.М.
  • Нагорный С.С.
  • Азатян В.В.
RU2044367C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ 1990
  • Дударчик А.И.
  • Красницкий В.Я.
  • Турцевич А.С.
  • Козлов А.Л.
  • Кабаков М.М.
SU1820782A1
Способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла 1989
  • Турцевич А.С.
  • Красницкий В.Я.
  • Шкут А.М.
  • Кастрицкий Л.В.
  • Петрашкевич В.Ф.
  • Вискуп А.П.
SU1651698A1
СОСТАВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НИТРИД ТАНТАЛОВОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЗАТВОРА МЕТОДОМ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ 2010
  • Данила Андрей Владимирович
  • Гущин Олег Павлович
  • Красников Геннадий Яковлевич
  • Бакланов Михаил Родионович
  • Шамирян Денис Георгиевич
RU2450385C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ 2014
  • Васильев Владислав Юрьевич
RU2568334C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА 1986
  • Васильев В.Ю.
  • Духанова Т.Г.
SU1415670A1
СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НИТРИДА КРЕМНИЯ НА КРЕМНИЕВУЮ ПОДЛОЖКУ 2012
  • Ануров Алексей Евгеньевич
  • Жуков Андрей Александрович
  • Долгополов Владимир Миронович
RU2518283C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ 1991
  • Турцевич А.С.
  • Красницкий В.Я.
  • Довнар Н.А.
  • Буляк Б.Н.
  • Химко Г.А.
  • Кастрицкий Л.В.
SU1799203A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 795 829 A1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА

Использование: технология электронной техники, для изготовления межуровневого диэлектрика и пассивирующих покрытий. Сущность изобретения: полупроводниковые подложки со структурами интегральных схем размещают в реакторе, откачивают реактор, вводят в реактор смесь моносилан, закись азота, фосфин, инертный газ и аммиак, осаждают пленку фосфорсиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разряда при температуре 20 - 450oС и давлении 13,3 - 266,6 Па. Соотношение ингредиентов в смеси закись азота-моносилан 50 - 100, фосфинмоносилан 0,03 - 0,08, закись азота - аммиак 5 - 25. Способ позволяет повысить качество пленок путем снижения дефектности и улучшения пассивирующей способности. 1 табл.

Формула изобретения SU 1 795 829 A1

СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, включающий размещение полупроводниковых подложек с структурами интегральных схем в реакторе, откачку реактора, введение в реактор смеси моносилана, закиси азота, фосфина и инертного газа и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разряда при температуре 20 - 450oС и давлении 13,3 - 266,6 Па при соотношении ингредиентов закись азота-моносилан 50 - 100, фосфин-моносилан 0,03 - 0,08, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пленок путем снижения дефектности и улучшения пассивирующей способности, в смесь дополнительно вводят аммиак при соотношении ингредиентов закись азота-аммиак 5 - 25.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года SU1795829A1

Akira Takamura et al
Двойная пневматическая шина 1923
  • Шаликов И.В.
SU1624A1
and Properties of Phosphosilicade Glass Film, J
Кузнечная нефтяная печь с форсункой 1917
  • Антонов В.Е.
SU1987A1
Способ получения продукта конденсации бетанафтола с формальдегидом 1923
  • Лотарев Б.М.
SU131A1
Патент США N 4394401, кл.H 01Z 21/316, 1983.

SU 1 795 829 A1

Авторы

Турцевич А.С.

Красницкий В.Я.

Козлов А.Л.

Химко Г.А.

Корешков Г.А.

Кастрицкий Л.В.

Даты

1996-02-20Публикация

1991-01-22Подача