ПАРОГАЗОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ВОЛЬФРАМА НА КРЕМНИЙ Советский патент 1996 года по МПК H01L21/285 

Изобретение относится к электронной технике, к технологии селективного осаждения вольфрама, и может быть использовано в производстве сверхбольших интегральных схем.

Известна парогазовая смесь для осаждения вольфрама, включающая гексафторид вольфрама. Осаждение вольфрама при этом происходит за счет восстановления гексафторида вольфрама кремнием по реакции
3Si+2WF₆= 2W+3SiF (1)
Осаждение по данной реакции проходит селективно. Однако данная реакция является самоограничивающейся и по достижении толщины вольфрама 30-50 нм реакция практически прекращается (Т=285±15^оС, DE 33 Па). При этом не удается сформировать шунтирующие слои на поликремниевых элементах ИС необходимой толщины и достичь требуемого удельного сопротивления. Таким образом, данная парогазовая смесь не может быть использована для создания шунтирующих слоев вольфрама на элементах ИС.

Частично эти недостатки устраняются при использовании парогазовой смеси для осаждения вольфрама, включающейся гексафторид вольфрама и водород при следующем соотношении компонентов, об. Гексафторид вольфрама 50 Водород 50
При этом осаждение вольфрама происходит в два этапа. Сначала по реакции (1), а затем по реакции восстановления гексафторида вольфрама водородом
WF₆+3H₂__→ W+6HF (2)
Однако и такой способ не лишен недостатков. Данная парогазовая смесь используется в температурном диапазоне 220-420^оС при давлении 13,3-133,3 Па.

На начальном этапе осаждения, несмотря на использование парогазовой смеси гексафторид вольфрама-водород, преобладает реакция осаждения вольфрама восстановлением гексафторида вольфрама кремнием с образованием зародышей кремния на диэлектрическом слое, если в качестве проводящего слоя используется легированный поликристаллический кремний. В результате происходит быстрая потеря селективности осаждения, следовательно, ухудшается качество осаждаемых слоев и образуется большое количество закорачивающих перемычек, что не позволяет использовать данный способ для формирования шунтирующих слоев вольфрама на поликристаллическом кремнии для производства СБИС.

Целью изобретения является увеличение селективности осаждения.

Поставленная цель достигается тем, что парогазовая смесь для осаждения вольфрама на кремний, включающая гексафторид вольфрама, дополнительно содержит гексафторид молибдена при следующем соотношении компонентов, об. Гексафторид молибдена 0,5-20 Гексафторид вольфрама Остальное
При восстановлении гексафторида вольфрама кремнием реакция носит самоограничивающийся характер, что связано с образованием нелетучих фторсодержащих промежуточных продуктов реакции, например WF₄, способного к полимеризации с образованием блокирующего вещества.

Добавка гексафторида молибдена в парогазовую смесь при указанном соотношении ингредиентов позволяет исключить самоограничение реакции гексафторида вольфрама кремнием и сделать процесс осаждения регулируемым по толщине, ибо все соединения MoF₆ летучие. Поэтому толщина шунтирующих слоев может варьироваться в широком диапазоне.

То, что осаждение вольфрама проводится с добавкой МоF₆ восстановлением их кремнием, сохраняет "абсолютную" селективность. При этом не происходит образования закорачивающих перемычек, реализуется возможность получения шунтирующих слоев требуемой толщины 0,15-0,2 мкм.

При содержании гексафторида молибдена в парогазовой смеси менее 0,5 об. не удается сформировать шунтирующие слои вольфрама требуемого качества и с необходимыми характеристиками из-за самоограничения реакции восстановления WF₆ кремнием.

При содержании гексафторида молибдена в парогазовой смеси более 20 об. реакция становится трудноконтролируемой, снижается качество шунтирующих слоев за счет ухудшения адгезии. Кроме того, увеличивается количество зародышей и, следовательно, ухудшается селективность осаждения.

Таким образом, за счет повышения селективности процесса, исключения самоограничения реакции восстановления гексафторида вольфрама кремнием повышается и качество шунтирующих слоев.

П р и м е р. Селективное осаждение вольфрама проводили на установке Лада-32 с горизонтальным трубчатым реактором, имеющим горячие стенки, на тестовые структуры.

Использовался вакуумный агрегат RgV-500 фирмы Aecatel. Заданную величину давления в реакторе поддерживали путем подачи регулируемого потока азота на вход насоса. Загрузка-выгрузка бесконтактная консольного типа с карбид-кремниевой консолью.

Загрузка пластин групповая в кассетах по 25 пластин.

Максимальное количество одновременно обрабатываемых подложек 50 шт.

В качестве источника вольфрама использовали чистый гексафторид вольфрама, соответствующий ТУ 6-02-18-137-87. Входящий в состав парогазовой смеси водород в примеси-прототипе подвергали дополнительной осушке на установке РРСМ-50.

Величину общего давления в процессе осаждения поддерживали 30-150 Па. Температура в процессе осаждения 275-350^оС.

Использовали WF₆ с предварительной добавкой МоF₆, 1-0,2, 2-0,5, 3-10, 4-20, 5-25, что обеспечивало возможность варьирования соотношения компонентов в нужном диапазоне.

Дополнительно указанная парогазовая смесь разбавлялась аргоном (азотом) при соотношениях QAr/QWF₆-MoF₆=10, QAr/QWF₆-MoF₆=10, без аргона.

Введение аргона, газа-разбавителя позволило в более широком диапазоне менять парциальное давление реагентов.

Длительность процесса осаждения выбиралась такой, чтобы толщина вольфрама составляла 0,15 мкм.

Контролировали: наличие внешних дефектов, наличие "закороток" по тестовым структурам.

Дополнительно контролировали сопротивление шунтируемых шин.

Результаты приведены в таблице. В ней указаны:
отношение QAr/QWF₆-MoF₆ (γ отн.ед.);
температура осаждения (Т^о, С);
рабочее давление (Р, Па);
соотношение компонентов (Ск, об.);
наличие закорачивающих перемычек (НЗП: + есть, нет);
наличие видимых дефектов (НВД: + есть, нет);
удельное сопротивление (ρ, мкОм•см);
толщина шунтирующего вольфрама (d, мкм);
селективность (С: потеряна, + сохранена).

Результаты, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемая парогазовая смесь (1-3; 6-8; 11-13; 16-21), позволяет повысить качество шунтирующих слоев за счет повышения селективности.

Из таблицы очевидна нецелесообразность использования парогазовой смеси, соотношение компонентов в которой выходит за указанные пределы (смеси 4, 5, 9, 10, 14, 15).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что по сравнению с прототипом данная парогазовая смесь позволяет повысить качество шунтирующих слоев за счет повышения селективности процесса осаждения.

Использование: технология селективного осаждения вольфрама, производство сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: парогазовая смесь для осаждения вольфрама, включающая гексафторид вольфрама, дополнительно содержит гексафторид молибдена при следующем соотношении ингредиентов. об. %: гексафторид молибдена 0,5 - 20; гексафторид вольфрама - остальное. 1 табл.

ПАРОГАЗОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ВОЛЬФРАМА НА КРЕМНИЙ, включающая гексафторид вольфрама, отличающаяся тем, что, с целью увеличения селективности осаждения, смесь дополнительно содержит гексафторид молибдена при следующем соотношении компонентов, об.

Гексафторид молибдена 0,5 20
Гексафторид вольфрама Остальное