Способ планаризации кремниевых структур

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПЛАНАРИЗАЦИИ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР(57) Способ планаризации кремниевых структур, включающий нанесение на их поверхность в реакционной камере пленок борофосфоросиликатного стекла требуемой толщины с суммарным содержанием бора и фосфора от 7 до 10 вес.и последующую термообработку при температуре 800-950 С в атмосфере сухого кислорода в течение времени, необходимого для планаризации, отличающийся тем, что термообработку проводят в той же реакционной камере при давлении 20-200 Па.(56) 1. Т.Г. Духанова и др. Получение, свойства и применение слоев борофосфоросиликатного стекла в технологии интегральных микросхем//Обзоры по электронной технике, 1988, сер. 3, вып. 4, с. 60-61. 2. Патент США 4879253, МПК 01 21/90, 1989 (прототип). Изобретение относится к области технологии электронной техники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, и может найти применение при создании планаризуемой межслойной изоляции. Известен способ планаризации кремниевых структур 1, включающий нагрев кремниевых подложек с нанесенным слоем борофосфоросиликатного стекла до температуры 800-850 С и оплавление борофосфоро 2923 1 силикатного стекла в среде азота в течение 60 мин. Однако, из-за того, что пленки борофосфоросиликатного стекла /БФСС/ с содержанием бора и фосфора более 4 вес.нестабильны во времени, наблюдается образование дефектов при межоперационном хранении и наблюдается недостаточно высокий выход годных при изготовлении СБИС. Кроме того, из-за отслаивания частиц стекла от стенок реактора пленки БФСС характеризуются при этом повышенной дефектностью. Наиболее близким по технической сущности решением является способ планаризации кремниевых структур 2, включающий нанесение на их поверхность в реакционной камере пленки борофосфоросиликатного стекла требуемой толщины окислением гибридных газов при атмосферном давлении с суммарным содержанием бора и фосфора от 7 до 10 вес.и последующую термообработку в отдельном реакторе при температуре 800-950 С в течение времени, необходимого для планаризации в атмосфере азота. Однако и данный способ не лишен недостатков из-за того, что при межоперационном хранении пленок БФСС, сформированных по этому способу, происходит образование поверхностных дефектов и дефектов структуры стекла. Поэтому для исключения образования дефектов данного вида требуется использование защитных слоев с последующим их удалением перед оплавлением. В результате чего существенно снижается качество межуровневой изоляции и возрастают издержки производства. Кроме того, осадок со стенок реакционной камеры попадает на кремниевые структуры, что обуславливает их повышенную привносимую дефектность. Поэтому данный способ находит ограниченное применение в производстве ИС. В основу изобретения положена задача создания способа планаризации кремниевых структур с высоким выходом годных за счет исключения межоперационного хранения структур с пленками БФСС, и, следовательно, исключения дефектообразования и сниженными издержками производства за счет того, что каждый последующий процесс осаждения БФСС проводится в реакторе, очищенном посредством оплавления. Сущность изобретения заключается в том, что после нанесения в реакционной камере пленок БФСС требуемой толщины с суммарной концентрацией бора и фосфора от 7 до 10 вес.проводят термообработку для оплавления борофосфоросиликатного стекла в той же реакционной камере при давлении 20-200 Па в сухом кислороде. Так как оплавление проводится непосредственно после осаждения БФСС и отсутствует межоперационное хранение структур, обеспечивается высокая стабильность стекла во времени, ибо с атмосферным воздухом контактирует только оплавленное БФСС. При оплавлении происходит вплавление частиц БФСС, осевших на стенки реакционной камеры и оснастку, в результате чего они надежно прилипают к ним, а реактор как бы самоочищается. Поэтому каждый новый процесс осуществляется в чистом реакторе, а срок службы реактора и оснастки повышается, что снижает издержки производствам и уровень привносимой дефектности. Издержки производства снижаются также и за счет совмещения двух операций в реакционной камере. При оплавлении БФСС при давлении ниже 20 Па увеличивается испарение из приповерхностного слоя стекла, что может способствовать ухудшению текучести стекла при оплавлении контактов (так называемое второе оплавление). При оплавлении БФСС в атмосфере азота уменьшается текучесть стекла. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема установки для осаждения и оплавления борофосфоросиликатного стекла, где 1 - реакционная камера-реактор пониженного давления 2 - загрузочное устройство консольного типа 3 - герметизирующая заслонка 4 - шибер 5 - азотная ловушка 6 - вакуумный агрегат. Дополнительные обозначения- регулятор расхода газа. ПРИМЕР Использовались подложки кремния КДБ-12 (100) 525 (ЕТ 0.035.24 ОТУ), в которых были сформированы активные и пассивные элементы. Осаждение БФСС осуществляли на установке Изотрон 4-150 с вакуумным агрегатом 2 АВР-160 М с кварцевым реактором и консолью из . 2 2923 1 Использовали испаритель с блоком управления нагревом с точностью 0,5 С. Газовая магистраль для подачи паров тетраэтоксилана с триметилфосфатом подогревалась при помощи проводов обогревательных до температуры на 5 С выше, чем температура испарителя. Использовалась ловушка азотная дРМЗ.031.000 для исключения обратной диффузии паров в реактор. Величина давления в реакторе поддерживалась путем подачи потока азота на вход насоса. Загрузкавыгрузка бесконтактная консольного типа. Загрузка пластин групповая, в перфорированных кассетах 7820-4290-01 с расстоянием 79,8 мм. Использовали тетраэтоксисилан ТУ 6-09-5230-85, а также триметилборат осч 9-4 ТУ 6-09-20-186-09 и триметилфосфат ТУ 609-3473-78. Температура испарителя составляла 550,5 С. Давление в процессе осаждения поддерживалось 503 Па, а температура осаждения составляла 69505 С. Суммарное количество обрабатываемых подложек составляло 100 шт/цикл. Толщина пленки составляла 0,80,08 мкм. Толщина пленки БФСС определялась согласно дР.07629.891.060203.00003 при помощи микроспектрофотометра. Концентрация фосфора в БФСС определялась при помощи рентгенофлуоресцентного анализа М 3613 ф.Ригаку Дэнки, а бора при помощи ИК-спектрометра -75. Плотность дефектов определялась при помощи анализатора поверхности -4500. Процесс включал следующие шаги размещение подложек в нагретом реакторе вакуумирование реактора после закрытия герметизирующей заслонки продувка реактора азотом вакуумирование проверка натекания вакуумирование наращивание БФСС прекращение подачи в реактор паров тетраэтоксисилана, триметилфосфата и триметилбората циклическая продувка реактора азотом - вакуумирование подъем температуры до температуры оплавления 8501 С в атмосфере азота выдержка - оплавление БФСС в течение времени, необходимого для планаризации, в сухом кислороде при пониженном давлении откачка реактора напуск реактора и выгрузка подложек кремниевых структур. При этом содержание фосфора в БФСС составляло 22,3 вес , а бора 66,5 вес.(т.е. суммарное содержание бора и фосфора не превышало при этом 8,8 вес. ). Результаты опробования представлены в таблице, где указаны номер процесса по порядку ( п/п) давление при оплавлении (Р, Па) отношение прироста дефектовдля прототипа к аналогичной величине для (/, отн.ед.) каждого конкретного случаяналичие дефектов после оплавления и хранения структур с БФСС в течение недели (НД - нет,есть) соотношение длительности процессов осаждения-оплавления для вариантов по данному способу с аналогичной величиной для прототипа (/, отн.ед.) коэффициент стоимости, учитывающий затраты на процесс осаждения-оплавления по данному способу в расчете на одну пластину, отнесенные к аналогичной величине для прототипа.п/п 1 1 Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу (пр 1-3). Нецелесообразность использования способа вне заявляемых примеров очевидна. Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ планаризации кремниевых структур позволяет повысить стабильность стекла во времени, сократить издержки производства в 3 раза, временные затраты в 1,66 раза и снизить уровень привносимой дефектности в 5 и более раз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3