Способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла
Номер патента: 8991
Опубликовано: 28.02.2007
Авторы: Становский Владимир Владимирович, Ануфриев Леонид Петрович, Шкуратов Александр Георгиевич, Турцевич Аркадий Степанович, Соловьев Ярослав Александрович
Текст
достижения атмосферного давления И выгрузку подложек из реактора, отличающийся тем, что перед подачей в реактор паров тетраэтоксисилана И фосфоросодержащего соединения осуществляют стабилизацию их потока продувкой, минуя реактор, после осаждения пленки фосфоросиликатного стекла требуемой толщины прекращают подачу в реактор паров фосфоросодержащего соединения, осаждают адгезионный слой двуокиси кремния толщиной 10-25 нм без изменения температуры реактора и давления и прекращают подачу паров тетраэтоксисилана, при этом в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, триэтилфосфит, триметилфосфит или триметилфосфат.2. Способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла по п. 1, отличающийся тем,что дополнительно осуществляют подачу в реактор паров фосфоросодержащего соединения в направлении, противоположном потоку паров тетраэтоксисилана.Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления изделий микроэлектроники (ИМЭ), и может быть использовано при создании межслойной изоляции и планаризации топологического рельефа.Известен способ осаждения фосфоросиликатного стекла 1, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, создание в нем вакуума, подачу в реактор кислорода, паров тетраэтоксисилана (ТЭОС) и фосфина,осаждение пленки фосфоросиликатного стекла, прекращение подачи паров в реактор,продувку реактора азотом, прекращение откачки, напуск в реактор азота до достижения атмосферного давления и выгрузку подложек из реактора.Однако из-за отсутствия стабилизации потока фосфина и паров ТЭОС, а также из-за отсутствия распределенной по длине реактора подачи фосфина данный способ отличается неоднородностью свойств осажденной пленки фосфоросиликатного стекла. Из-за отсутствия адгезионного слоя пленки фосфоросиликатного стекла, полученные данным способом, характеризуются плохой адгезией к ним фоторезиста и низким выходом годных ИМЭ. Кроме того, данный способ является неэкологичным и требует соблюдения особых мер безопасности из-за использования высокотоксичного фосфина.Известен способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла 2, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения пленки реактор, создание в нем вакуума, подачу в реактор кислорода, паров ТЭОС и диметилфосфита (ДМФ),полученных в одном испарителе при температуре 45-75 С из их жидкой смеси с концентрацией ДМФ 10,75-20 об. , осаждение пленки фосфоросиликатного стекла при температуре 630-700 С, прекращение подачи паров реагентов, откачку, продувку реактора азотом, прекращение откачки, напуск в реактор азота до достижения атмосферного давления и выгрузку подложек из реактора.Благодаря исключению фосфина в данном способе решена проблема экологичности. Однако из-за меньшей температуры кипения ДМФ, по сравнению с ТЭОС, концентрация ДМФ в смеси постоянно уменьшается, что соответственно обуславливает изменение соотношения потоков реагентов и неоднородность содержания фосфора в пленке фосфоросиликатного стекла между процессами, осажденной согласно данному способу. По этой же причине невозможно осаждать пленки фосфоросиликатного стекла с широким диапазоном концентрации фосфора 3-11 мас. . Кроме того, отсутствие в данном способе стабилизации потока паров реагентов, а также отсутствие распределенной по длине реактора подачи паров ДМФ приводит к дополнительной неоднородности свойств осажденной пленки фосфоросиликатного стекла. Из-за отсутствия адгезионного слоя пленки фосфоросиликатного стекла, полученные данным способом, также характеризуются плохой адгезией к ним фоторезиста и низким выходом годных ИМЭ.Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла З, включающий загрузку кремниевых подложекв нагретый до температуры осаждения реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор кислорода и полученных отдельными для каждого реагента испарителями паров тетраэтоксисилана и фосфоросодержащего соединения (ФСС), осаждение пленки фосфоросиликатного стекла с концентрацией фосфора 3-11 мас. при пониженном давлении и температуре 650-750 С, прекращение подачи паров тетраэтоксисилана и фосфоросодержащего соединения в реактор, продувку реактора азотом, Циклические продувки реактора азотом - вакуумирование, прекращение откачки, напуск в реактор азота до достижения атмосферного давления и выгрузку подложек из реактора.Благодаря использованию отдельных для каждого реагента испарителей в данном способе решена проблема стабилизации соотношения потоков реагентов и связанной с ней неоднородностью содержания фосфора в пленке фосфоросиликатного стекла между процессами. Также использование в данном способе отдельных для каждого реагента испарителей позволяет осаждать пленки фосфоросиликатного стекла с широким диапазоном концентрации фосфора 3-11 мас. .Однако и данный способ из-за отсутствия стабилизации потока паров реагентов, а также из-за отсутствия распределенной вдоль реактора подачи ФСС характеризуется неоднородностью свойств осажденной пленки фосфоросиликатного стекла. Отсутствие адгезионного слоя в данном способе осаждения пленки фосфоросиликатного стекла также обуславливает плохую адгезию к ней фоторезиста и низкий выход годных ИМЭ.Предложенное изобретение решает задачу повышения однородности свойств пленок фосфоросиликатного стекла, улучшения адгезии фоторезиста к полученным пленкам, повышения выхода годных.Поставленная задача решается тем, что в способе осаждения пленки фосфоросиликатного стекла, включающем загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор кислорода и полученных отдельными для каждого реагента испарителями паров тетраэтоксисилана и фосфоросодержащего соединения, осаждение пленки фосфоросиликатного стекла с концентрацией фосфора 3-11 мас. при пониженном давлении и температуре 650-750 С, прекращение подачи паров тетраэтоксисилана и фосфоросодержащего соединения в реактор, продувку реактора азотом, циклические продувки реактора азотом - вакуумирование, прекращение откачки, напуск в реактор азота до достижения атмосферного давления и выгрузку подложек из реактора, перед подачей в реактор паров тетраэтоксисилана и фосфоросодержащего соединения осуществляют стабилизацию их потока продувкой, минуя реактор, после осаждения пленки фосфоросиликатного стекла требуемой толщины прекращают подачу в реактор паров фосфоросодержащего соединения, осаждают адгезионный слой двуокиси кремния толщиной 10-25 нм без изменения температуры реактора и давления и прекращают подачу паров тетраэтоксисилана, при этом в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, триэтилфосфит, триметилфосфит или триметилфосфат,дополнительно осуществляют подачу в реактор паров фосфоросодержащего соединения в направлении, противоположном потоку паров тетраэтоксисилана.Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед подачей в реактор паров тетраэтоксисилана и фосфоросодержащего соединения осуществляют стабилизацию их потока продувкой, минуя реактор, после осаждения пленки фосфоросиликатного стекла требуемой толщины прекращают подачу в реактор паров фосфоросодержащего соединения,осаждают адгезионный слой двуокиси кремния толщиной 10-25 нм без изменения температуры реактора и давления и прекращают подачу паров тетраэтоксисилана, при этом в качестве фосфоросодержащего соединения используют диметилфосфит, триэтилфосфит,триметилфосфит или триметилфосфат, дополнительно осуществляют подачу в реактор паров фосфоросодержащего соединения в направлении, противоположном потоку паров тетраэтоксисилана.Использование идентичной или сходной последовательности действий для решаемой задачи не обнаружено.Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Подача в реактор паров ТЭОС и ФСС после стабилизации их потоков продувкой, минуя реактор (сначала по сбросовь 1 м магистралям пары реагентов подаются на скруббер, производится стабилизация их потоков, а затем, переключением соответствующих клапанов, производится их подача в реактор), необходима для повышения однородности свойств пленки фосфоросиликатного стекла на начальном этапе осаждения. Если пары реагентов подавать в реактор сразу, без предварительной стабилизации, то на начальном этапе роста пленки фосфоросиликатного стекла их расход будет неконтролируемым, а значит свойства растущей пленки, осажденной на данном этапе, будут невоспроизводимь 1 ми, а их однородность - низкой.Известно, что пленки фосфоросиликатного стекла обладают повышенной химической активностью и интенсивно адсорбируют молекулы воды на своей поверхности (являются гидрофильными), что препятствует получению хорошей адгезии фоторезиста к ним, а следовательно, ухудшается точность переноса топологического рисунка и происходит снижение выхода годных ИМЭ. Осаждение адгезионного слоя двуокиси кремния толщиной 10-25 нм после формирования пленки фосфоросиликатного стекла требуемой толщины без изменения температуры реактора и давления служит для улучшения адгезии фоторезиста к осажденной пленке за счет создания гидрофобной поверхности. При осаждении адгезионного слоя двуокиси кремния толщиной менее 10 нм не происходит заметного улучшения адгезии фоторезиста к осажденной пленке и повышения выхода годных ИМЭ не наблюдается. При осаждении адгезионного слоя двуокиси кремния толщиной более 25 нм происходит снижение однородности свойств осаждаемой пленки по толщине,что также приводит к ухудшению качества формирования контактных окон из-за разницы скоростей травления слоев фосфоросиликатного стекла и двуокиси кремния, а это, в свою очередь, обуславливает снижение выхода годных ИС.Дополнительная подача паров ФСС в направлении, противоположном потоку тетраэтоксисилана, позволяет создать распределенную по длине реактора подачу лигатуры и производится для улучшения однородности свойств осаждаемых пленок фосфоросиликатного стекла. При подаче паров ФСС только со стороны переднего фланца наблюдается неравномерная концентрация фосфора в осажденных пленках по длине реактора (в направлении откачки концентрация фосфора уменьшается).Если вышеупомянутая последовательность операций не выполняется, то положительный эффект не достигается.Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана блок-схема реактора для осаждения фосфоросиликатного стекла.Предложенный способ получения пленки фосфоросиликатного стекла используется для изготовления различных ИМЭ биполярных и КМОП ИС, биполярных и МОП полевых транзисторов и т.д. В качестве примера показано его применение для изготовления биполярной ИС ТЬ 431 М. Осаждение пленок фосфоросиликатного стекла производилось на установке Изотрон-4-15 О с кварцевым реактором (1). На карбид-кремниевый консольный загрузчик (2) помещали две кварцевые кассеты (3) с подложками. Суммарное количество одновременно обрабатываемых подложек составляло 100 штук, а расстояние между соседними подложками в процессе осаждения - 7,5 мм. Реактор соединялся с вакуумным агрегатом АВР-300 (4) при помощи вакуумного трубопровода с азотной ловушкой(5) и шиберным затвором (6). Продукты реакции улавливались скруббером (7). Подача в реактор паров ТЭОС и ФСС осуществлялась при помощи испарителей (8) с блоками управления нагревом. Управление рабочими потоками паров реагентов при подаче в реактор или в сбросовую магистраль производилось регуляторами расхода газов (9) и соответствующими клапанами (10) для каждого реагента. Суммарный поток азота длябарботирования ТЭОС И ФСС не превышал 24 л/ч. Расход кислорода не превышал 10 л/ч. Газовые магистрали для подачи паров ТЭОС И ФСС в реактор нагревались при помощи нагревательных проводов с изоляцией до температуры на 5-10 С выше, чем температура соответствующего испарителя. Требуемое давление в реакторе контролировалось датчиком давления емкостного типа (11) И поддерживалось подачей азота на вход вакуумного агрегата. Пары ТЭОС подавались в реактор со стороны переднего фланца (12). Пары ФСС частично или полностью подавались также со стороны переднего фланца. Однако в части экспериментов пары ФСС подавались как со стороны переднего, так И со стороны заднего фланца (13) через инжектор (14). Дроссели (15) использовались для подачи в реактор азота с целью его продувки, а также напуска. Использовался тетраэтоксисилан, подвергнутый очистке путем перегонки. В качестве ФСС использовались триметилфосфат, диметилфосфит, триэтилфосфит И триметилфосфит.Процесс осаждения пленки фосфоросиликатного стекла производился в следующей последовательности. Загрузчик с кассетами задвигался в реактор, после чего производилась его откачка до давления менее 0,3 Па. Затем при постоянной откачке реактора включалась его продувка азотом, расход которого составлял 60 1 6 л/ч. В это время реактор нагревался до температуры 710 1 1 С, после стабилизации температуры подача азота в реактор прекращалась, И реактор вновь откачивался до давления менее 0,3 Па. Затем включением соответствующих клапанов в сбросовую магистраль, минуя реактор, в течение 1 минуты подавались пары ТЭОС И ФСС, где происходила стабилизация потоков их паров. После этого в реактор в течение 65 минут подавались пары ТЭОС И ФСС для осаждения слоя фосфоросиликатного стекла. По окончании времени осаждения фосфоросиликатного стекла отключалась подача в реактор паров ФСС, И в реактор поступали только пары ТЭОС в течение заданного времени для осаждения адгезионного слоя двуокиси кремния. Затем подача паров ТЭОС в реактор прекращалась И производились циклические продувки реактора азотом с расходом 60 1 6 л/ч - вакуумирование, после чего откачка прекращалась И в реактор продолжал поступать азот до достижения атмосферного давления, производилась выгрузка кремниевых подложек из реактора.После осаждения пленки фосфоросиликатного стекла пластины со структурой ИС проходили стандартный маршрут фотолитографии с последующим травлением контактных окон. Перед оплавлением фосфоросиликатного стекла адгезионный слой диоксида кремния толщиной 10-25 нм удалялся.Толщина пленки фосфоросиликатного стекла измерялась на спектрофотометретолщиномере КСНЕ.442.241.001 И во всех экспериментах составляла 550 1 50 нм. Концентрация фосфора в пленке фосфоросиликатного стекла определялась ИК-спектрофотометром ИКС-40.Показатель адгезии фоторезиста (К) рассчитывался по формулеКц/1,5 гп, (1) где к - время плазмохимического травления в хладоне-218 до начала отслаивания фоторезистагп - время полного стравливания пленки фосфоросиликатного стекла.В таблице представлены сравнительные данные по свойствам пленок фосфоросиликатного стекла, адгезии к ним фоторезиста И выходу годных ИС в зависимости от толщины адгезионного слоя для различных ФСС.
МПК / Метки
МПК: H01L 21/316, C23C 16/455, C23C 16/40
Метки: осаждения, стекла, пленки, фосфоросиликатного, способ
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/7-8991-sposob-osazhdeniya-plenki-fosforosilikatnogo-stekla.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ осаждения пленки фосфоросиликатного стекла</a>
Предыдущий патент: Способ контроля дефектности первичных шаблонов
Следующий патент: Способ получения пленки борофосфоросиликатного стекла
Случайный патент: Устройство для вычисления полусимметрических булевых функций трех переменных