Способ осаждения пленок фосфоросиликатного стекла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА(71) Заявитель Завод полупроводниковых приборов им. Ф.Э. Дзержинского научнопроизводственного объединения Интеграл(73) Патентообладатель Завод полупроводниковых приборов им. Ф.Э. Дзержинского научнопроизводственного объединения Интеграл(57) Способ осаждения пленок фосфоросиликатного стекла, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор паров тетраэтоксисилана, диметилфосфита, кислорода и осаждение фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 650-750 С, отличающийся тем, что подачу паров тетраэтоксисилана и диметилфосфита в реактор осуществляют из раздельных испарителей при температуре испарителя с тетраэтоксисиланом 50-70 С температуре испарителя с диметилфосфитом 18-35 С,при этом получают пленки фосфоросиликатного стекла с концентрацией фосфора 3-1 1 вес. . Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к технологии осаждения пленок фосфоросиликатного стекла (ФСС) из газовой фазы при пониженном давлении, и может быть использовано при формировании межуровневой изоляции и планаризации интегральных микросхем. Известен способ осаждения фосфоросиликатного стекла 1, включающий осаждение пленки фосфоросиликатного стекла при температуре 650780 С и давлении примерно 400 Па из парогазовой смеси тетраэтоксисилана (ТЭОС) и триметилфосфата (ТМФ). Однако данный способ характеризуется низким качеством осаждаемых пленок фосфоросиликатного стекла из-за относительно высокого давления в процессе осаждения. При этом пленки ФСС характеризуются высокими разбросами по толщине и повышенной привносимой дефектностью. Кроме того, не удается получить концентрацию фосфора в стекле более 4 вес.и, следовательно, их нельзя применять для планаризации интегральных схем. Таким образом, данный способ не может применяться для формирования межуровневой изоляции с планаризацией при помощи оплавления стекла. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ осаждения фосфоросиликатного стекла 2, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор паров тетраэтоксисилана, фосфоросодержащего соединения, кислорода и осаждение фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 630700 С, при этом, в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, подачу паров которого в реактор осуществляют из одного испарителя с тетраэтоксисиланом при соотношении ингредиентов в жидкой фазе по объему диметилфосфит 10.7520 ,тетраэтоксисилан остальное,при температуре испарителя 4075 С. Концентрация фосфора в пленке практически не зависит от температуры осаждения, а определяется именно соотношением ингредиентов в жидкой фазе. Однако и данный способ не лишен недостатков, в первую очередь,из-за того, что температура кипения диметилфосфита ниже температуры кипения тетраэтоксисилана. Это приводит к неодинаковому расходу реагентов и, следовательно, к изменению соотношения ингредиентов в жидкой фазе по мере их расходования и изменению концентрации фосфора в пленке ФСС. По этой причине наблюдаются повышенные разбросы концентрации фосфора в пленке ФСС между процессами. Кроме того, использование смеси ДМФ/ТЭОС с соотношением ингредиентов в жидкой фазе (10.7520 ) / остальное позволяет получать пленки ФСС с концентрацией фосфора от 8 до 11 вес. , т.е. только пленки, используемые для изоляции с оплавляемой поверхностью, и не позволяет получать пленки ФСС для обычной межслойной изоляции (с концентрацией фосфора 36 вес. ). В результате данный способ находит ограниченное применение в производстве ИС. В основу изобретения положена задача создания способа осаждения фосфоросиликатного стекла с диапазоном концентраций фосфора от 3 до 11 вес.и повышенной воспроизводимостью по концентрации фосфора в пленке, что существенно расширит диапазон его использования в технологии ИС. Сущность изобретения заключается в том, что в способе осаждения пленок фосфоросиликатного стекла,включающем загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор паров тетраэтоксисилана, диметилфосфита, кислорода и осаждение фосфоросиликатного стекла при пониженном давлении и температуре 650750 С, подачу паров тетраэтоксисилана и диметилфосфита в реактор осуществляют из раздельных испарителей при температуре испарителя с тетраэтоксисиланом 5070 С температуре испарителя с диметилфосфитом 1835 С,при этом получают пленки фосфоросиликатного стекла с концентрацией фосфора 311 вес. . Причем, концентрация фосфора в определяется соотношением температур испарителей ТЭОСа и ДМФ-та и температурой осаждения. Поэтому существенно расширяются возможности управления концентрацией фосфора в пленке. Кроме того, повышается воспроизводимость концентрации фосфора в пленке, так как соотношение потоков ТЭОС/ДМФ поддерживается более точно. Дополнительным преимуществом является более экономное использование реагентов. При температуре испарителя ТЭОС ниже 50 С из-за относительно низкого давления паров реагентов снижается скорость осаждения, что повышает издержки производства. При температуре испарителя ТЭОС более 70 С из-за относительно высокого давления паров трудно обеспечить соответствующую температуру подводящей магистрали и исключить конденсацию паров в ней. При температуре испарителя ДМФ ниже 18 С необходимо использовать принудительное охлаждение,что усложняет конструкцию испарителя. При температуре испарителя ДМФ более 35 С в реактор подается 2 3924 1 избыточное количество паров ДМФ, что способствует повышению неоднородности концентрации фосфора в пленке. При концентрации фосфора в пленке ФСС больше 11 вес.происходит интенсификация реакции образования фосфорной кислоты при взаимодействии 25 и атмосферной влаги, что приводит к повреждению стекла и вызывает коррозию алюминиевых межсоединений. При концентрациях фосфора в пленке ФСС меньше 3 вес.снижаются геттерирующие свойства и усложняется контроль концентрации фосфора в пленке. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема установки для осаждения ФСС, где 1 - реактор 2 - загрузочное устройство консольного типа 3 - герметизирующая заслонка 4 - вакуумный агрегат 5 - шиберный затвор 6 - азотная ловушка 7 - испаритель 8 - регулятор расхода газа 9 - клапан 10 - датчик давления 11 - клапан для напуска. Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими примерами. Использовались подложки кремниевые КДБ-12 (100), 525 мкм (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, карбидокремниевой консолью 2 с герметизирующей заслонкой и вакуумным агрегатом 4 (2 АВР-160 М), соединенным с реактором при помощи вакуумного трубопровода, на котором расположены шиберный затвор 5 и азотная ловушка 6 дРМ 3.031.0000 (для исключения обратной диффузии газов в реактор). Для подачи паров ТЭОС и ДМФ в реактор использовались испарители 7 барботажного типа (КФНС.681941.000) с блоком управления (дРМ 3.557.824 ПС). Температура испарителя поддерживалась с точностью 0.5 С. Подача реагентов в реактор осуществлялась посредством задания потоков газа-носителя и открытия соответствующих регуляторов потока газа 8 и клапанов 9. Поток азота через испаритель барботажного типа не превышал 12 л/час. Газовые магистрали для подачи паров ТЭОС в реактор нагревались при помощи нагревательных проводов до температуры на 510 С выше, чем температура испарителя. Величина давления в камере поддерживалась путем подачи потока азота на вход насоса и составляла 4575 Па. Давление в реакторе контролировалось при помощи датчика давления емкостного типа 10. Температура осаждения изменялась в диапазоне от 650 до 750 С с точностью поддержания 2 С. Загрузка-выгрузка бесконтактная консольного типа, загрузка пластин групповая, в перфорированных кассетах с расстоянием между пластинами 7.09.8 мм, а суммарное количество одновременно обрабатываемых подложек до 100 шт. Использовали ТЭОС по ТУ 609-5230-85, подвергнутый очистке при помощи перегонки, а также диметилфосфит по ТУ 6-09-20-241-93. Толщина пленок ФСС и концентрация фосфора в них определялись при помощи рентгеновского флуоресцентного анализатора ф.(М 3613). Толщина пленки ФСС во всех экспериментах составляла 080.08 мкм. Процесс включал следующие шаги размещение кремниевых подложек в продуваемом азотом реакторе вакуумирование реактора после закрытия герметизирующей заслонки продувка реактора вакуумирование проверка натекания (при закрытом шиберном затворе) вакуумирование плавное установление потока азота в испарители ТЭОС и ДМФ, подача паров ТЭОС и ДМФ в реактор и осаждение ФСС прекращение подачи паров ТЭОС и ДМФ в реактор, продувка реактора азотом циклические продувка реактора азотом - вакуумирование прекращение откачки, напуск азота до достижения атмосферного давления и выгрузка подложек. Оплавление ФСС проводили при температуре 950 С в течение 30 мин в сухом кислороде. Результаты опробования представлены ниже в таблице, где указаны номер процесса по порядкутемпература испарителя (ТТЭОС, С) температура испарителя (ТДМФ, С) температура осаждения (ТОС, С) 3 3924 1 концентрация фосфора (Ср, вес. ) разброс значений концентрации фосфора между процессами (Ср,вес. ) степень планарности поверхности с рельефом высотой 0.7 мкм после оплавления (СП) 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 19). Нецелесообразность применения способа при выходе за заявляемые пределы очевидна. Полученные результаты показывают, что в предлагаемом способе по сравнению с прототипом расширяется диапазон получаемых концентраций фосфора, разброс концентрации фосфора между процессами снижается в 2.22.8 раз. Кроме того, затраты на реагенты снижаются в 1.151.5 раза. Источники информации 1. . , . , ., ., 1976, . 123. - 9. Р.1410-1412. 2.2531, 1998. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.