Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ОКСИДА КРЕМНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ОКСИДА КРЕМНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ОКСИДА КРЕМНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: способ получения слоев оксида кремния, используемый в микроэлектронике для получения диэлектрических слоев при низких температурах. Сущность изобретения: получение стехиометрических слоев оксида кремния плазмохимическим окислением гексаметилдисилазана закисью азота, которые вводятся в реактор за зоной индуктора разряда при парциальных давлениях соответственно (0,5-2,0)·10-2 и (3,0-5,0)·10-2 , при температуре подложек 200 - 300 С в среде гелия, который вводится в реактор через зону ВЧ-разряда, при парциальном давлении (1,5-3,0)·10-2 , и при мощности ВЧ-разряда 80 - 100 Вт. 1 ил. , 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2013819
Класс(ы) патента: H01L21/316
Номер заявки: 5033322/25
Дата подачи заявки: 19.03.1992
Дата публикации: 30.05.1994
Заявитель(и): Институт неорганической химии СО РАН
Автор(ы): Смирнова Т.П.; Храмова Л.В.; Еремина Е.Г.
Патентообладатель(и): Институт неорганической химии СО РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в полупроводниковой технологии для получения диэлектрических слоев при низких температурах.
Актуальность разработки низкотемпературных способов получения диэлектрических слоев определяется необходимостью сохранения свойств полупроводниковых кристаллов и структур, изменения которых при использовании высокотемпературных процессов связаны с диффузионными явлениями, с разложением сложных полупроводников и разрушением элементов готовых структур при высоких температурах. Известен ряд способов получения слоев оксида кремния, в которых для активации используется плазма высокой частоты (ВЧ).
Наиболее часто используют способ получения слоев оксида кремния из смесей силана с кислородом или закисью азота [1] . Слои получают при температуре 300-350оС в реакторе с разделенными зонами плазмы и роста слоев. При этом активируют только окислитель или смесь окислителя с инертным газом. Получаемые слои имеют показатель преломления 1,455-1,460, что близко к значению показателя преломления n = 1,458 слоев SiO2, получаемых окислением кремния при T = 1050оС. Однако положение максимума полосы поглощения Si-О групп в этих слоях соответствует значениям 1050-1058 см-1. На основании этого можно сделать заключение, что получаются слои SiOх с х = 1,75-1,86 [2] . Кроме того, слои, получаемые этим способом, имеют высокие напряжения и не пригодны для межуровневой изоляции в электронных структурах.
Известны способы получения слоев SiO2 из кремнийорганических соединений. Преимущество использования этих исходных веществ состоит в их безопасности и дешевизне по сравнению с горючим и взрывоопасным силаном. Получаемые из кремнийорганических соединений слои имеют меньшие напряжения и более пригодны для межуровневой изоляции. Однако слои, получаемые этим способом, имеют значительные отклонения химического состава от стехиометрии. Так предлагают получать слои SiO2 окислением тетраэтоксисилана (C2H5O)4Si кислородом или закисью азота в реакторе Рейнберга [3] . Слои получали при температуре подложки Тп = 260-330оС и мощности ВЧ-разряда 225 Вт (0,06 Вт/см2). Слои имели показатель преломления n = 1,47 и по данным Оже-спектроскопии состав, близкий к стехиометрическому. Однако метод Оже-спектроскопии имеет высокую чувствительность при анализе поверхности и плохую точность при анализе пленок с использованием их послойного травления.
Более достоверна характеристика состава с помощью ИК-спектроскопии, приводимая в этой же работе. По данным ИК-спектроскопии коэффициент поглощения получаемых в работе [3] слоев в максимуме полосы поглощения Si-O групп α = 12 ˙104 см-1 (α = ε˙С, где ε - коэффициент экстинкции; С - концентрация SiO групп, см-3). Для сравнения α = (28-30) ˙103 см-1 для слоев, получаемых термическим окислением кремния при Т = 1000оС.
Таким образом, недостатком данного способа является то, что получаемые слои имеют состав, значительно отличающийся от слоев, получаемых при высокотемпературном окислении кремния.
Известен способ получения слоев SiO2 окислением гексаметилдисалазана (ГМДС) Si2NH(CH3)6 при соотношении P02/PГМДС = R > 2 термическом способе активации процесса. Недостатком этого способа являются высокие температуры (Т > 800оС) получения слоев. Кроме того, низкое значение показателя преломления m = 1,41 указывает на значительное отклонение химического состава от стехиометрии.
Наиболее близким к заявляемому является способ [4] , заключающийся в том, что слои SiO2 получают окислением тетраэтоксисилана (ТЭОС) в плазмохимическом процессе при температуре подложек Тn= 250-400оС, которые вынесены из зоны плазмы. ВЧ-активации при мощности 200-400 Вт подвергается только окислитель (кислород или закись азота). Основными недостатками этого процесса являются следующие.
Источник ТЭОС должен нагреваться до 60оС, чтобы получить необходимое парциальное давление его паров. Поэтому все коммуникации, по которым подаются пары ТЭОС, должны подогреваться до Т ≥60оС, что значительно усложняет технологическую аппаратуру. Слои, получаемые при Тn > 250оС, содержат значительное количество воды и силанольных групп (Si-OH). Это связано с образованием воды как продукта разложения ТЭОС. Содержание воды в газовой фазе по данным работы [5] составляет до 30% от общего давления. Лишь только при температуре Tn > 400оС получаются слои с низким содержанием этой примеси. Техническим результатом данного изобретения является получение стехиометричных слоев оксида кремния при температурах подложки Tn = 200-300оС окислением гексаметилдисилазана закисью азота.
Технический результат достигается тем, что в способе получения слоев оксида кремния, включающем плазмохимическое окисление кремнийорганического соединения, нагрев пластин, активацию газов ВЧ-разрядом, слой оксида получают при температуре подложки 200-300оС окислением гексаметилдисилазана с парциальным давлением (0,5-2,0)˙10-2Торр, закисью азота с парциальным давлением (3,0-5,0) ˙10-2 Торр, которые вводят за зоной ВЧ-разряда в среде гелия при парциальном давлении (1,5-3,0) 10-2 Торр, вводимом через зону ВЧ-разряда с приложенной мощностью 80-100 Вт.
Снижение температуры ниже 200оС приводит к уменьшению количества Si-O групп в пленках и к появлению С-Н групп. Увеличение температуры выше 300оС ведет к деструкции пленки.
При уменьшении мощности ниже 60 Вт снижается количество Si-O групп, при увеличении мощности выше 120 Вт наблюдается деструкция поверхности за счет взаимодействия с компонентами плазмы.
При давлении гелия ниже 1,5˙ 10-2 Торр в пленке появляются С-Н группы, при давлении гелия больше 3,0 ˙10-2 торр снижается скорость роста за счет дезактивации активированных компонентов смеси.
При снижении давления закиси азота ниже 3,0 ˙10-2 Торр в пленках появляются С-Н группы.
При увеличении давления закиси азота выше 5˙ 10-2 Торр наблюдается дезактивация активированных частиц.
При уменьшении давления ГМДС ниже 0,5 ˙10-2 торр наблюдаются низкие скорости роста слоев (< 5 А/мин).
При давлении ГМДС выше 2,2 ˙10-2 Торр в пленках появляются С-Н группы.
Таким образом, окисление ГМДС закисью азота при установленных параметрах плазмохимического процесса позволяет при низких температурах и мощностях ВЧ-разряда получать стехиометричные слои оксида кремния.
Получение слоев оксида кремния проводится в кварцевом реакторе, схема которого приводится на чертеже.
Реактор состоит из кварцевой трубы 1, индуктора 2, распыляющего кольца 3, подложкодержателя 4. Индуктор 2 изготовлен из медного прутка диаметром 2,5 мм и длиной 30 мм. Индуктор имеет диаметр 43 мм и состоит из 6 витков.
Возможность осуществления изобретения подтверждается примерами.
Типичный пример.
Предварительно подготовленную подложку 5 через шлюзовое устройство помещают на локально нагреваемый подложкодержатель 4, реактор закрывают и откачивают до остаточного давления 10-2 Торр. Подложкодержатель, расположенный на расстоянии 270 мм от края индуктора, нагревают до температуры 250оС. По газораспределительной системе через индуктор подают гелий до парциального давления 2 ˙10-2 Торр. Затем через распыляющее кольцо 3, расположенное на расстоянии 200 мм от края индуктора 2, подают поочередно гексаметилдисилазан (ГМДС) и закись азота и устанавливают их парциальные давления Ргмдс = 1 ˙10-2 Торр, P = 4 ˙10-2 Торр. На индуктор 2 подают ВЧ-мощность 90 Вт и проводят процесс роста оксида кремния до необходимой толщины со скоростью 40 А/мин. После окончания процесса отключают ВЧ-мощность, потоки ГМДС и закиси азота, подложку охлаждают и в потоке гелия извлекают из реактора. Полученные слои по данным ИК-спектроскопии характеризуются значением коэффициента поглощения Si-O групп на частоте ω = 1065 см-1, равным (2,8-3,0) ˙104см-1, что соответствует стехиометрическому составу слоев с х = 2. В слоях отсутствуют группы ОН и Si-OH.
Значения параметров процесса и характеристика слоев приведены в таблице.
Таким образом, данный способ позволяет получать слои оксида кремния стехиометричного состава для полупроводниковой технологии.
Формула изобретения: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ОКСИДА КРЕМНИЯ, включающий размещение подложек в реакторе, откачку реактора, нагрев подложек, напуск в реактор гелия и подачу кремнийорганического соединения и окислителя, возбуждение ВЧ-разряда индуктором, расположенным вне зоны размещения подложек, наращивание на подложку слоя оксида кремния требуемой толщины, отличающийся тем, что подложки нагревают до 200-300oС, гелий напускают через зону индуктора до парциального давления 1,5 - 3,0 · 10-2 Торр, в качестве кремнийорганического соединения используют гексаметилдисилазан при парциальном давлении 0,5-5,0 · 10-2 Торр, а в качестве окислителя - закись азота при парциальном давлении 3,0-5,0 · 10-2 Торр, которые подают в реактор между зоной индуктора, и подложкой слой оксида кремния наращивают при мощности разряда 80-100 Вт.