Способ осаждения пленки борофосфоросиликатного стекла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНКИ БОРОФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА(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 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. 2502 1 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 4305 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 350500 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 ВС 13 в газовой фазе сложным образом влияет на концентрацию фосфора в пленке БФСС при увеличении концентрации ВС 13 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 ВС 13 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 растворяется 26 см 3 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 2050,трис(триметилсилил)борат остальное,при температуре испарителя 4575 . 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 - 4.12, 1414.5 и 2121.5 мм.рт.ст. соответственно, обеспечивается возможность управляемого легирования пленок в широком диапазоне концентраций бора и фосфора. С учетом экспериментальной зависимости.в пленке 1,5 в жидкой фазе, .где Ср, С - содержание фосфора и бора в пленке БФСС,ДМФ, ТСМБ - 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 подтвер 2 2502 1 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 4, 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 035.240 ТУ), 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 2 АВР-160 М, 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 - 7,510 мм. Температура поддерживалась во всех процессах 4303 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 ТУ 602-1162-79, 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 403 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 3.557.824 ПС. 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 4 не превышал 18 л/час, а соотношение объемных потоков 2 и 4 составляло 2.5. После осаждения пленки БФСС прекращали подачу 4, 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 РН 3 и ВС 13, 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.а(М 3613), а толщина пленок БФСС при помощи спектрофотометра - ф.е. Концентрация бора определялась при помощи ИК-спектрометра 2502 1 Контроль привносимой дефектности осуществлялся визуально, а также при помощи лазерного анализатора поверхности -4 500. Прирост количества дефектовосуществлялся 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- 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 2/2, ( есть, - нет)- отношение среднего значения разброса толщины пленок по процессу к аналогичной величине для прототипа, (/п, отн.ед.)- легирование бором и фосфором осуществляется во всем необходимом диапазоне концентраций, (ЛБиФда, - нет)- отношение среднеквадратичного отклонения толщины пленкик аналогичной величине для прототипа, (/п, отн.ед.)- отношение скоростей осаждения к аналогичной величине для прототипа, (/, отн.ед.)- коэффициент стоимости, равный отношению суммарной стоимости реагентов на 1 пластину по данному способу к аналогичной величине для прототипа (Кс, отн.ед.) Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу (примеры 13). Нецелесообразность использования способа при подаче ДМФ с азотом по той же паре инжекторов, по которой подается 4, а также при температуре испарителя вне заявляемых пределов очевидна. Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ осаждения пленок БФСС позволяет снизить дефектность в 44,5 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. оставитель Л.С. Зайкова Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.