Способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНКИ ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА(57) Способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор моносилана и кислорода по раздельным парам инжекторов с порционным вводом их вдоль реакционной зоны, а также фосфоросодержащего соединения, и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 350-450 С, отличающийся тем, что в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, а подачу его паров в реактор осуществляют посредством испарителя при температуре испарителя 20-60 С с использованием в качестве газа носителя кислорода или азота. Фиг. 1 Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к технологии осаждения фосфоросиликатного стекла (ФСС) при пониженном давлении, и может быть использовано при формировании 1 2883 1 межуровневой изоляции и пассивации при изготовлении интегральных схем (ИС) повышенной сложности. Известен способ осаждения фосфоросиликатного стекла 1, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, подачу в реактор смеси моносилана (4), фосфина(РНз) и кислорода (О 2) и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 445462 С. Данному способу присущи следующие недостатки большие разбросы по толщине и уровню легирования пленок фосфором из-за обеднения смеси вдоль реакционной зоны низкое качество ФСС и повышенная дефектность из-за сильных гомогенных процессов при окислении моносилана и фосфина кислородом при давлении больше 60 Па, что ограничивает использование данного способа осаждения ФСС. Наиболее близким по технической сущности решением является способ осаждения фосфоросиликатного стекла 2, включающий загрузку кремниевых подложек в реактор, вакуумирование реактора, подачу в реакционную зону реактора смеси моносилана с фосфином и кислорода, осаждение пленки фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 425450 С. Подача реагентов осуществляется при помощи инжекторов с порционным вводом вдоль реакционной зоны. Причем, подача моносилана с фосфином и кислорода осуществляется по двум независимым парам инжекторов. Данному способу присущи следующие недостатки повышенная привносимая дефектность ФСС из-за того, что окисление моносилана происходит по цепной реакции с образованием твердых промежуточных продуктов в газовой фазе с последующим осаждением их на подложках,недостаточная электрическая прочность ФСС из-за образования дефектов типа пузырьки вокруг элементов ИС из-за выделения РНз внутрь пленки,высокая токсичность фосфина и необходимость использования обязательного дожигания выхлопных газов, ибо фосфин очень плохо растворяется в воде (в 100 мл воды при температуре 20 С растворяется 26 см 3 фосфина). Перечисленные недостатки ограничивают использование данного процесса в технологии ИС. В основу изобретения положена задача создания способа осаждения фосфоросиликатного стекла с низким уровнем привносимой дефектности и пониженной себестоимостью за счет использования в качестве фосфорсодержащего соединения диметилфосфита (ДМФ) вместо фосфина. Сущность изобретения заключается в том, что в способе осаждения пленки фосфоросиликатного стекла,включающем загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор моносилана и кислорода по раздельным парам инжекторов с порционным вводом их вдоль реакционной зоны, а также фосфоросодержащего соединения, и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 350450 С, в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, а подачу его паров в реактор осуществляют посредством испарителя при температуре испарителя 2060 С с использованием в качестве газа носителя азота. Использование в качестве фосфоросодержащего соединения диметилфосфита вместо высокотоксичного фосфина обеспечивает снижение привносимой дефектности за счет подавления окисления моносилана в газовой фазе. Потребление ДМФ и его стоимость ниже чем у РН 3, что способствует снижению затрат на материалы и себестоимости процесса. Кроме того, за счет исключения высокотоксичного фосфина существенно снижается концентрация соединений фосфора на выхлопе реактора, что позволяет использовать скруббер без дожигания. В выбранном диапазоне температуры испарителя давление паров диметилфосфита составляет 1.812 мм рт. ст. При температуре испарителя ниже 20 С усложняется управление процессом по концентрации фосфора и не обеспечивается необходимая концентрация фосфора в пленке из-за резкого снижения парциального давления паров ДМФ. При температуре испарителя более 60 С в реактор поступает избыточное количество паров ДМФ, из-за чего трудно обеспечить получение пленок с малой концентрацией фосфора, кроме того, повышается неоднородность толщины пленок. Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, на которых показаны блок-схема реактора для осаждения ФСС 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 ФСС 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. Задний 2 2883 1 фланец установки 6 и система газораспределения были модернизированы. Загрузка-выгрузка пластин групповая в специальные перфорированные кассеты. Суммарное количество одновременно обрабатываемых подложек составляло 90 штук, расстояние между подложками -7.59.8 мм. Температура поддерживалась во всех процессах 4103 С. Подача моносилана и кислорода осуществлялась по раздельным парам инжекторов (7 и 8 соответственно), обеспечивающих порционный ввод вдоль реакционной зоны. Подача паров ДМФ с газом носителем (азотом) осуществлялась как по дополнительной паре инжекторов 9 с вводом в начало рабочей зоны, так и через газоввод возле герметизирующей заслонки 3. Эффект не отличался. С точки зрения облегчения эксплуатации установки целесообразно использовать подачу паров ДМФ через газоввод возле герметизирующей заслонки. Использовались моносилан концентрат ТУ 6-02- 62-79, диметилфосфит 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 использовался испаритель 13 барботажного типа с блоком управления нагревом. Поток кислорода через испаритель не превышал 24 л/час. Использовалась также азотная ловушка 14 для исключения обратной диффузии паров ДМФ в реактор 1. Температура в испарителе 13 регулировалась с точностью 0.5 С. Поток газа-носителя и температура в испарителе позволяют управлять концентрацией фосфора в пленке ФСС. Поток 4 не превышал 18 л/ч, а соотношение объемных потоков О 2 и 4 составляло 2.5. После осаждения пленки ФСС прекращали подачу 4, ДМФ и кислорода, проводили 2 - 3 цикла продувка азотом-откачка, а затем напуск и выгрузку подложек из реактора. Весовое содержание фосфора в пленке ФСС определялось неразрушающим методом при помощи рентгеновского флюоресцентного анализатора ф.(М 3613), а толщина пленок ФСС при помощи спектрофотометра - ф. . Контроль привносимой дефектности осуществлялся визуально, а также при помощи лазерного анализатора поверхности -4500 Прирост количества дефектовопределялся как разница между количеством загрязняющих 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 порядкутемпература испарителя (Ти, С) отношение прироста дефектов для прототипа (п) к аналогичной величине для каждого случая, (п/,отн. ед.) коэффициент стоимости, равный отношению суммарной стоимости реагентов на одну пластину по данному способу к аналогичной величине для прототипа (Кс, отн. ед.) легирование фосфором осуществляется во всем необходимом диапазоне концентраций, (да, -нет).п/п Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет решить поставленную задачу (примеры 14). Нецелесообразность использования способа вне заявляемых пределов очевидна. Полученные результаты показывают, что предлагаемый способ осаждения пленок ФСС в сравнении с прототипом позволяет снизить дефектность в 4.14.5 раза, при снижении издержек производства в 1.21.3 раза. Кроме того, за счет исключения высокотоксичного фосфина существенно снижается концентрация соединений фосфора на выхлопе реактора. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.