close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2502

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2502
(13)
C1
6
(51) H 01L 21/316
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНКИ БОРОФОСФОРОСИЛИКАТНОГО
СТЕКЛА
(21) Номер заявки: 668
(22) 11.10.1993
(46) 30.12.1998
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие
"Белмикросистемы" (BY)
(72) Авторы: Турцевич А.С., Красницкий В.Я.,
Наливайко О.Ю., Захарик С.В., Аношин
В.М. (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие
"Белмикросистемы" (BY)
(57)
Способ осаждения пленки борофосфоросиликатного стекла, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор моносилана, фосфор-и боросодержащих соединений по раздельным парам инжекторов с порционным вводом
их вдоль реакционной зоны и осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла требуемой толщины с
суммарным содержанием бора и фосфора не более 10 вес.% при температуре 350-500 °C и пониженном давлении, отличающийся тем, что в качестве фосфор- и боросодержащих соединений используют диметилфосфит и трис(триметилсилил) борат, а подачу их в реактор осуществляют по отдельной паре инжекторов
посредством испарителя при соотношении ингредиентов в жидкой фазе, по об. %:
диметилфосфит
20 - 50
трис(триметилсилил)борат
остальное,
при температуре испарителя 45-75 °С с использованием в качестве газа- носителя азота.
(56)
1. Патент Франции 2564642, МПК H 01L 21/316, 1985.
Фиг. 1
BY 2502 C1
Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к технологии осаждения борофосфоросиликатного стекла (БФСС) из газовой фазы при пониженном давлении, и может быть использовано при
формировании межуровневой изоляции интегральных микросхем.
Известен способ осаждения пленки борофосфоросиликатного стекла, включающий подачу моносилана,
фосфина, диборана и кислорода в реактор, осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла при температуре 430 ± 5 °C при атмосферном давлении. Моносилан, фосфин и диборан предварительно смешиваются и в
реактор подается их смесь.
Наиболее близким по технической сущности решением является способ осаждения борофосфоросиликатного стекла [1], включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, вакууммирование реактора, подачу в реактор реакционной смеси моносилан-фосфин-треххлористый
бор и кислород, по раздельным парам инжекторов с порционным вводом их вдоль реакционной зоны и наращивание пленки борофосфоросиликатного стекла при температуре 350 + 500 °C и пониженном давлении.
Реагенты - моносилан, фосфин и треххлористый бор предварительно смешиваются в коллекторе и в реактор
подается их смесь. Однако, данный способ не лишен недостатков.
Концентрация ВС13 в газовой фазе сложным образом влияет на концентрацию фосфора в пленке БФСС:
при увеличении концентрации ВС13 концентрация фосфора сначала возрастает, а затем падает, что усложняет управляемость процессом. Кроме того, при концентрациях бора в пленках, полученных по данному способу, более 4 вес.% происходит отслаивание БФСС от подложки, что обусловлено повышенным
содержанием хлора в пленке. В присутствии паров воды ВС13 вызывает также коррозию трубопроводов и
вакуумных агрегатов. Кроме того, данный процесс характеризуется повышенным уровнем привносимой дефектности из-за того, что окисление моносилана происходит по цепной реакции с образованием твердых
промежуточных продуктов в газовой фазе с последующим осаждением их на подножках. И, наконец, гидридные газы и треххлористый бор являются очень токсичными, а фосфин к тому же плохо растворяется в
воде (в 100 мл воды при температуре 20 °C растворяется 26 см3 фосфина), что обуславливает необходимость
разработки новых способов наращивания БФСС.
Таким образом, управление данным процессом осаждения БФСС по концентрации бора и фосфора затруднено, а качество осаждаемых пленок оставляет желать лучшего. Перечисленные недостатки и высокая
токсичность используемых реагентов ограничивают использование данного способа осаждения БФСС.
В основу изобретения положена задача создания способа осаждения борофосфоросиликатного стекла,
позволяющего получать пленки с низким уровнем привносимой дефектности и широко варьировать концентрацию бора и фосфора в стекле с использованием вместо фосфина и треххлористого бора иных фосфор- и
боросодержащих компонентов - диметилфосфита (ДМФ) и трис(триметилсилил)бората (ТМСБ).
Существо изобретения заключается в том, что в способе осаждения пленки борофосфоросиликатного
стекла, включающем загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, вакуумирование реактора, подачу реагентов в реактор и осаждение пленки БФСС с суммарным содержанием бора
и фосфора не более 10 вес.%, подачу в реактор моносилана осуществляют по одной паре инжекторов, кислорода - по другой паре инжекторов, а смесь паров диметилфосфита и трис(триметилсилил)бората с газомносителем (кислородом или азотом) - по дополнительной паре инжекторов посредством испарителя барботажного типа при соотношении ингредиентов в жидкой фазе по объему:
диметилфосфит
20 ÷ 50%,
трис(триметилсилил)борат
остальное,
при температуре испарителя
45 ÷ 75 °C.
За счет того, что в качестве фосфор- и боросодержащего соединений вместо фосфина и треххлористого
бора используют диметилфосфит и трис(триметилсилил)борат, во-первых, обеспечивается отсутствие хлора
в пленке БФСС и исключается отслаивание пленки в процессе термообработки; во-вторых, данные реагенты
менее токсичны; в-третьих, из-за подавления газофазного окисления моносилана снижается уровень привносимой дефектности, и, наконец, благодаря тому, что давление паров диметилфосфита и
трис(триметилсилил)бората в данном температурном диапазоне практически одинаково и составляет при
температуре 45, 65 и 75°С - 4.1 ÷ 2, 14 ÷ 14.5 и 21 ÷ 21.5 мм.рт.ст. соответственно, обеспечивается возможность управляемого легирования пленок в широком диапазоне концентраций бора и фосфора. С учетом экспериментальной зависимости:
Cp[ âåñ.%]
Väì Ô
в пленке ≈ 1,5
в жидкой фазе,
Cb[ âåñ.%]
Vòñì Á
где Ср, Сb - содержание фосфора и бора в пленке БФСС,
VДМФ, VТСМБ - объемы диметилфосфита и трис(триметилсилил)бората соответственно;
управление содержанием фосфора и бора в пленке предельно упрощается.
Подача ДМФ и ТСМБ по дополнительной паре инжекторов с газом-носителем - азотом непосредственно
в зону реакции позволяет подавить возможные реакции с образованием побочных продуктов, что подтвер2
BY 2502 C1
ждается результатами эксперимента и, следовательно, повысить качество осаждаемых пленок БФСС за счет
снижения уровня привносимой дефектности.
При подаче ТМФ и ТСМБ по той же паре инжекторов, что и SiH4, происходит ухудшение качества осаждаемых слоев.
При температуре испарителя ниже 45 °С нельзя обеспечить необходимый уровень легирования во всем
диапазоне концентраций фосфора и бора.
При температуре испарителя более 75 °С трудно обеспечить легирование пленок с малой концентрацией
фосфора и бора.
При содержании диметилфосфита в жидкой фазе менее 20.0 об.% пленки БФСС имеют недостаточную
концентрацию фосфора, что снижает их способность к геттерированию ионов щелочных металлов.
При содержании диметилфосфита в жидкой фазе более 50 об.% необходимо существенное увеличение
расходов реагентов для получения суммарной концентрации бора и фосфора, необходимой для оптимального оплавления БФСС, ибо снижение вязкости БФСС за счет введения 1 вес.% бора примерно в 6 раз больше,
чем за счет введения 1 вес.% фосфора.
Существо изобретения поясняется фигурами, на которых показаны блок-схема реактора для осаждения
БФСС с испарителем барботажного типа (фиг.1) и задний фланец реактора (фиг.2) с расположением отверстий для ввода инжекторов.
Пример.
Использовались подложки кремния КДБ-12(100)525 (ЕТО 035.240ТУ), в которых были сформированы
активные и пассивные элементы.
Осаждение пленок БФСС осуществляли на установке "Изотрон-4-150" с кварцевым реактором 1 и карбид кремниевой консолью 2 с герметизирующей заслонкой 3 и вакуумным агрегатом 4 2АВР-160М, соединенным с
реактором при помощи вакуумного трубопровода, на котором расположен шиберный затвор 5. Задний фланец
установки 6 и система газораспределения были модернизированы. Загрузка-выгрузка пластин - групповая в специальные перфорированные кассеты 7830-4290-01. Суммарное количество одновременно обрабатываемых подложек составляло 90 штук, расстояние между подложками - 7,5÷10 мм. Температура поддерживалась во всех
процессах 430 ± 3 °С. Градиент температуры во всех процессах не превышал ±0,5 °С. Подача реагентов осуществлялась по системе инжекторов, обеспечивающих раздельную подачу моносилана 7, кислорода 8 и паров диметилфосфита и трис(триметилсилил)бората с газом-носителем 9. Использовались моносилан-концентрат ТУ602-1162-79, диметилфосфит и трис(триметилсилил)борат "осч" (ИРЭА), кислород СтП др.3.0.83. Подача реагентов в реактор осуществлялась посредством задания рабочих потоков и открытия соответствующих регуляторов расхода газов 10 и клапанов 11 для каждого реагента. Суммарное давление в реакторе при осаждении
составляло 40 ± 3 Па и контролировалось при помощи датчика давления емкостного типа 12.
Для подачи ДМФ и ТСМБ использовался испаритель 13 барботажного типа с блоком управления нагревом дРМ 3.557.824ПС. Поток азота через испаритель не превышал 24 л/час. Использовалась также азотная
ловушка 14 дРМ 3.031.000 для исключения обратной диффузии паров ДМФ и ТСМБ в реактор 1. Температура в испарителе 13 регулировалась с точностью ±0.5 °С. Поток газа-носителя варьировался таким образом,
чтобы обеспечить концентрацию бора в пленке от 5 до 7 вес.%, а фосфора -от 1.5 до 3.5 вес%, но не более 10
вес.% в сумме. Поток SiH4 не превышал 18 л/час, а соотношение объемных потоков N2 и SiH4 составляло 2.5.
После осаждения пленки БФСС прекращали подачу SiH4, ДМФ, ТСМБ и кислорода, проводили 2-3 цикла:
продувка азотом - откачка, а затем напуск и выгрузку подложек из реактора. Токсичность ДМФ и ТСМБ
значительно ниже, чем РН3 и ВС13, кроме того, они легко утилизируются при помощи скруббера с водяным
туманом.
Весовое содержание фосфора в пленке БФСС определялось неразрушающим методом при помощи рентгеновского флюоресцентного анализатора ф.Rigаku Denki (М3613), а толщина пленок БФСС при помощи
спектрофотометра MPV-SP ф.Lеitz. Концентрация бора определялась при помощи ИК-спектрометра
"SPECORD-75".
3
BY 2502 C1
Контроль привносимой дефектности осуществлялся визуально, а также при помощи лазерного анализатора поверхности "Surfscan-4 500". Прирост количества дефектов (∆) осуществлялся как разница между количеством частиц размером более 0.5 мкм после осаждения и исходным уровнем загрязнений на подложке.
Результаты опробования представлены ниже в таблице, где указаны:
- номер процесса по порядку (№);
- температура испарителя, (Ти, °С);
- содержание диметилфосфита в испарителе, (VДМФ, об.%);
- отношение прироста дефектов для прототипа (∆п) к аналогичной величине для каждого случая, (∆п/∆,
отн.ед.);
- наличие дефектов (трещин и т.п.) после оплавления БФСС по следующему режиму: 900 °С , 30 минут в
среде O2/N2, (+ есть, - нет);
- отношение среднего значения разброса толщины пленок по процессу к аналогичной величине для прототипа, (∆d/∆dп, отн.ед.);
- легирование бором и фосфором осуществляется во всем необходимом диапазоне концентраций, (ЛБиФ
: + да, - нет);
- отношение среднеквадратичного отклонения толщины пленки (σ) к аналогичной величине для прототипа, (σ/σп, отн.ед.);
- отношение скоростей осаждения к аналогичной величине для прототипа, (V/Vï, отн.ед.);
- коэффициент стоимости, равный отношению суммарной стоимости реагентов на 1 пластину по данному
способу к аналогичной величине для прототипа (Кс, отн.ед.);
№
Ти,°С
1
2
3
4
45
65
65
прототип
VТМФ,
об.%
20
30
50
VTMCÁ,
об.%
∆п/∆,
отн.ед.
4.1
4.5
4.0
1.0
Наличие
дефектов
+
∆d/∆dп,
отн.ед.
0.9
0.8
0.9
1.0
ЛБиФ
+
+
+
-
σ/σп,
отн.ед.
0.8
0.75
0.82
1.0
V/Vï,
отн.ед.
1.2
1.8
1.32
1.0
Кс,
отн.ед.
0.40
0.37
0.45
1.0
Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу (примеры 1÷3). Нецелесообразность использования способа при подаче ДМФ с азотом по той же паре инжекторов, по которой
подается SiH4, а также при температуре испарителя вне заявляемых пределов очевидна.
Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ осаждения пленок БФСС позволяет снизить дефектность в 4÷4,5 раза, обеспечить управляемое легирование пленок БФСС во всем необходимом
диапазоне концентраций бора и фосфора и отсутствие дефектов после оплавления при снижении издержек
производства в 2-3 раза и исключении использования фосфина и треххлористого бора.
Фиг. 2
Cоставитель Л.С. Зайкова
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
патент, by2502
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа