Способ осаждения пленки борофосфоросиликатного стекла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК БОРОФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА(57) Способ получения пленок борофосфоросиликатного стекла, включающий загрузку полупроводниковых подложек в реактор, нагретый до температуры осаждения пленок, создание в нем вакуума, подачу в реактор,полученных отдельными для каждого реагента испарителями барботажного типа, паров тетраэтоксисилана,боросодержащего соединения и фосфоросодержащего соединения при давлении 15100 Па, отличающийся тем, что в качестве боросодержащего соединения используют триэтилборат, фосфоросодержащего - диметилфосфит, при этом пары тетраэтоксисилана получают при температуре испарителя 4075 С, пары триэтилбората - при 1830 С, пары диметилфосфита - при 2060 С, а пленки осаждают при 650750 С.(56) 1. Патент Франции 2564642, МКИ Н 01 21/316, 1985. 2. Турцевич А.С. и др. Влияние условий осаждения борофосфоросиликатного стекла на планарность топологического рельефа интегральных микросхем. // Электронная техника, сер. 3, 1992, вып. 1(146). - С. 24-27. 3. ЕР 204182, МКИ Н 01 21/316, 1986 (прототип). 1613 1 Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к технологии осаждения легкоплавких стекол из газовой фазы, и может быть использовано при создании межуровневой изоляции и планаризации топологического рельефа. Известен способ осаждения пленки борофосфоросиликатного стекла (БФСС) 1, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор реакционной смеси моносилан-фосфин-галогенид бора и кислорода, наращивание пленки БФСС при пониженном давлении и температуре 350-500 С. Реагенты - моносилан, фосфин и треххлористый бор предварительно смешиваются в коллекторе и в реактор подается их смесь. Наиболее близким по технической сущности решением является способ получения борофосфоросиликатного стекла 3, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор паров тетраэтоксисилана (ТЭОС), триметилфосфата (ТМФ) и триметилбората (ТМБ) с азотом или кислородом посредством использования отдельных испарителей с температурой испарителей - 30-60 С для ТЭОС и ТМБ и более 60 С для ТМФ и осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла требуемой толщины с суммарным содержанием бора и фосфора не более 10 вес. при температуре 600-700 С. Используются испарители барботажного типа. Однако и данный способ не лишен недостатков. При использовании триметилфосфата фосфор плохо усваивается пленкой в присутствии триметилбората. Кроме того, концентрация фосфора в пленке БФСС сильно зависит от температуры осаждения. Причем, при температурах 650-700 С, где наблюдается наиболее высокая скорость осаждения, происходит резкое снижение концентрации фосфора в БФСС с увеличением температуры, что затрудняет получение пленок БФСС с содержанием фосфора более 2,0 вес Для обеспечения необходимой планарности поверхности требуется использование пленок с концентрацией бора больше 6 вес, которые потенциально нестабильны на воздухе и склонны к дефектообразованию 2. Использование ТМБ, имеющего высокое давление паров, обуславливает необходимость использования сверхмалых калибровочных отверстий или специальных регуляторов расхода паров, при этом частое засорение данных отверстий и РРП приводит к нестабильной подаче паров ТМБ в реактор, ухудшению управляемости процессом по концентрациям фосфора и бора в пленках и повышению издержек производства. Таким образом, данный процесс является относительно дорогостоящим, а управление процессом по концентрациям фосфора и бора затруднено, что требует использования новых процессов осаждения БФСС в производстве ИС с уменьшенными издержками производства и повышенным качеством. В основу изобретения положена задача создания способа осаждения борофосфоросиликатного стекла с пониженными издержками производства, повышенной управляемостью процессом по концентрациям фосфора и бора в пленках и позволяющего получать пленки с повышенной стабильностью (отсутствием образования дефектов) при хранении на воздухе. Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения пленок борофосфоросиликатного стекла, включающем загрузку полупроводниковых подложек в реактор, нагретый до температуры осаждения пленок, создание в нем вакуума, подачу в реактор, полученных отдельными для каждого реагента испарителями барботажного типа, паров тетраэтоксисилана, боросодержащего и фосфоросодержащего соединений,осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла требуемой толщины с суммарным содержанием бора и фосфора не более 10 вес., в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, боросодержащего- триэтилборат, при этом пары тетраэтоксисилана получают при температуре испарителя 40-75 С,пары диметилфосфита - при 20-60 С, пары триэтилбората - при 18-30 С, а пленки осаждают при 650-750 С. В выбранном диапазоне температур испарителей давление паров ТЭОС составляет 5-30 мм.рт.ст., ТЭБ-1222 мм.рт.ст., ДМФ - 1,8 - 12 мм.рт.ст. Использование ДМФ обеспечивает получение пленок БФСС с концентрацией фосфора в диапазоне от 1 до 10 вес, при этом концентрация фосфора в пленке БФСС слабо зависит от температуры осаждения в диапазоне 650-750 С. Использование раздельной заправки ТЭОС и ДМФ обеспечивает высокую управляемость и воспроизводимость процесса осаждения по концентрации фосфора, что позволяет выбрать диапазон концентраций фосфора и бора в пленках БФСС, исключающий образование дефектов в пленке при хранении. Использование ТЭБ, имеющего давление паров достаточно высокое для того, чтобы обеспечить необходимое количество борсодержащего реагента в парогазовой смеси при барботировании из холодного испарителя, позволяет точно регулировать концентрацию бора в пленке БФСС в диапазоне от 1 до 10 вес При этом калибровочное отверстие на линии ТЭБ не засоряется в процессе эксплуатации. Кроме того, при использовании ДМФ и ТЭБ снижаются издержки производства, так как требуется меньше лигатуры для получения необходимых концентраций бора и фосфора. Увеличение температуры осаждения способствует повышению конформности воспроизведения топологического рельефа и, как следствие, получению более сглаженного рельефа после оплавления, что очень важно при производстве УБИС. При температуре испарителя с ТЭОС ниже 40 С снижается скорость осаждения и повышаются издержки производства. 1613 1 При температуре испарителя с ТЭОС выше 75 С повышаются расход ТЭОС и неоднородность толщины пленок. При температуре реактора ниже 650 С снижается скорость осаждения и повышаются издержки производства, а также ухудшается конформность воспроизведения топологического рельефа. При температуре реактора выше 750 С ухудшается управляемость процесса по толщине и концентрациям фосфора и бора. При температуре испарителя с ДМФ ниже 20 С не обеспечивается необходимая концентрация фосфора в пленке из-за резкого снижения парциального давления ДМФ. Кроме того, при малой концентрации фосфора ухудшаются геттерирующие свойства БФСС. При температуре испарителя с ДМФ выше 60 С в реактор подается избыточное количество паров ДМФ, и суммарная концентрация бора и фосфора превышает 10 вес., кроме того, повышается неоднородность толщины пленок. Для достижения температуры испарителя с ТЭБ ниже 18 С необходимо использовать принудительное охлаждение, что усложняет конструкцию испарителя. При температуре испарителя с ТЭБ выше 30 С требуется существенное уменьшение диаметра калибровочного отверстия на линии подачи паров, что способствует нестабильности подачи паров в реактор и повышению неоднородности толщины и концентрации бора в пленках. Существо изобретения поясняется чертежом (Фиг.1), на котором показана блок-схема реактора для осаждения БФСС с испарителями барботажного типа. Пример. Использовались подложки кремния КДБ-12(100)525 (ЕТО 035. 240 ТУ), диаметром 150 мм, на которых были сформированы активные и пассивные элементы. Осаждение пленок БФСС осуществляли на установке Изотрон-4-150 с кварцевым реактором 1, карбидкремниевой консолью 2 с герметизирующей заслонкой 3 и вакуумным агрегатом 4 2 АВР-160 М, соединенным с реактором при помощи вакуумного трубопровода, на котором расположен шиберный затвор 5. Для подачи паров ТЭОС, ДМФ и ТЭБ в реактор использовались испарители 6 барботажного типа (КФНС 681941.000) с блоком управления нагревом (дРМ 3557.842 ПС). Подача реагентов в реактор осуществлялась посредством задания рабочих потоков и открытия соответствующих регуляторов расхода газов 7 и клапанов 8 для каждого реагента. Суммарный поток азота и кислорода для барботирования не превышал 36 л/ч. Газовые магистрали для подачи паров ТЭОС и ДМФ в реактор нагревались при помощи нагревательных проводов с изоляцией до температур на 5-10 выше, чем температура соответствующего испарителя. Подача паров ТЭБ с газом носителем осуществлялась как по дополнительной паре инжекторов 9 с вводом в начало рабочей зоны (Фиг.1), так и через газоввод возле герметизирующей заслонки 3. Эффект не отличался. Использовалась ловушка азотная 10 дРМ 3.031.000 для исключения обратной диффузии паров в реактор. Величина давления в реакторе поддерживалась путем подачи потока азота на вход насоса. Давление в реакторе при осаждении составляло 455 Па и контролировалось при помощи датчика давления емкостного типа 11. Температура осаждения варьировалась в диапазоне от 650 до 750 С. Загрузка пластин групповая, в специальные перфорированные кассеты. Суммарное количество одновременно обрабатываемых подложек составляло 90 штук, расстояние между подложками - 7,5-9,8 мм. Использовали тетраэтоксисилан ТУ 6-09-5230-86 осч 14-5, подвергнутый очистке при помощи перегонки, а также диметилфосфит и триэтилборат осч (ИРЕА). Температура испарителя с ТЭОС варьировалась от 40 до 75 С, испарителя с ДМФ - от 20 до 60 С, испарителя с ТЭБ - от 18 до 30 С. Процесс включал следующие шаги- размещение кремниевых подложек в продуваемом азотом реакторе- вакуумирование реактора после закрытия герметизирующей заслонки- плавное установление потоков реагентов и осаждение БФСС- прекращение подачи паров в реактор, продувка реактора азотом- циклическая продувка реактора азотом-вакуумирование- прекращение откачки, напуск азота до достижения атмосферного давления и выгрузка подложек. Весовое содержание фосфора в пленке БФСС определялось неразрушающим методом при помощи рентгеновского флюоресцентного анализатора ф.(М 3613), а толщина пленок БФСС при помощи спектрофотометра МР- ф Концентрация бора определялась при помощи ИК-спектрометра РЕС-75. Толщина пленок БФСС во всех экспериментах составляла 0,80,08 мкм. Контроль привносимой дефектности осуществлялся визуально, а также при помощи лазерного анализатора поверхности -4500. Стабильность пленки оценивалась по приросту количества дефектов, опреде 3 1613 1 ляемому как разница между количеством частиц размером более 0,5 мкм непосредственно после осаждения и через 8 часов после осаждения. Оплавление БФСС проводили при температуре 850 С в течение 45 мин в сухом кислороде. Причем, в ряде случаев это делали в реакторе осаждения, а в ряде случаев в диффузионной печи. Эффект не отличался, однако в первом варианте дефектность пленок была ниже. Контроль конформности воспроизведения топологического рельефа после осаждения и степени планарности поверхности после операции оплавление БФСС проводили на микрофотографиях вертикального сечения тестовых структур, полученных при помощи растрового электронного микроскопа. Для сравнения конформности воспроизведения топологического рельефа рассчитывали коэффициент заполнения вертикальной ступеньки, определяемый как отношение толщины пленки БФСС на боковой поверхности ступеньки на ее полувысоте к толщине пленки на планарной поверхности. Результаты опробования представлены ниже в таблице, где указаны- номер процесса по порядку- коэффициент стоимости, равный отношению стоимости реагентов и энергоресурсов на 1 пластину по данному способу, отнесенный к аналогичной величине для прототипа, (КС, отн.ед.)- стабильность пленки при хранении на воздухе (отсутствие образования дефектов через 8 часов после осаждения), (НД есть, -нет)- отношение коэффициента заполнения вертикальной ступеньки для данного способа к аналогичной величине для прототипа (КЗ, отн.ед.)- легирование бором и фосфором осуществляется во всем необходимом диапазоне концентраций, (ЛФБ да, -нет)- хорошая (Х) при угле оплавления 20,- отличная (отл) при угле оплавления 10. Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу (пр. 1-5). Нецелесообразность использования способа с температурами испарителей, выходящими за заявляемые пределы, очевидна. отл отл отл отл Х Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ осаждения позволяет снизить издержки производства в 2,0-2,5 раза, обеспечить управляемое легирование пленок БФСС фосфором и бором и получение пленок с повышенной стабильностью при хранении. Впервые в СНГ реализован процесс осаждения БФСС на подложках диаметром 150 мм. оставитель Н.Б. Суханова Редактор В.Н. Позняк Корректоры С.А. Тикач, А.М. Бычко Заказ 4662 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4