Способ плазмохимического осаждения пленок фосфоросиликатного стекла

(51) ской Федераци оварным знакам митет Россипатентам и(56) АЫга Та 1 сапага е а 1. Раята - 1624- АсфичаеО Оерозйоп. апд Ргорегбез оУ РйозрЬоз 1 сабе 61 азз Я 1 а, Л. ЕесгосЬетса Зосеу 1987, ч. 131, р,1865-1870. ,Патент США М 4394401, кл.Н 01 Е 21/316, 1983.(54) СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА(57) Использование: технология электронной техники, для изготовления межуровне(19) БЮ (11) 1795829 Е) А 1 вого диэлектрика и пассивирующих покрытий. Сущность изобретения: полупроводниковые подложки со структурамиинтегральных схем размещают в реакторе,откачивают реактор, вводят в реакторсмесь моносилан, закись азота, фосфин, 4инертный газ и аммиак, осаждают пленкуфосфорсиликатного стекла в плазме ВЧ иСВЧ разряда при температуре 20 - 450 Си давлении 13,3 - 266,6 Па. Соотношение 00ингредиентов в смеси закись азота-моносилан 50 - 100, фосфинмоносилан 0,030,08, закись азота - аммиак 5 - 25, Способ позволяет повысить качество пленокпутем снижения дефектности и улучшенияпассивирующей способности, 1 табл.Изобретение относится к технологии электронной техники, в частности к технологии осаждения пленок химическим осаждением из газовой фазы, активизированным плазмой, и может быть использовано для создания межуровневого диэлектрика и пассивирующих покрытий, при изготовлении сверхбольших интегральных схем,Известен способ плазмохимического осаждения, пленки фосфоросиликатного стекла, включающий размещение полупроводниковых подложек в реакторе, откачку реактора, введение в реактор смеси моносилана, эакиси азота, фосфина и инертного газа и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла в плазме ВЧ-разряда при температуре 200-380 С и давлении 106,6-266 Па при соотношении ингредиентов эакись - моносилан с фосфином 23.В результате воздействия плазменного разряда образуются радикалы типа 9 Нз, 9 Н и др. При их взаимодействии с закисью азота возможно образование промежуточных соединений, которые распадаются с образованием частиц 502 в газовой фазе, что обуславливает повышенную привносимую дефектность пленки фосфоросиликатного стекла (Ф СС),Кроме того, пленка фосфоросиликатного стекла, осажденная по данному способу, характеризуется недостаточной влагостойкость ю.Разводка межэлементных соединений, изготовленная с применением данных пленок, не обладает длительной стабильностью под воздействием климатических факторов.Причиной этого является воэможность образования фосфорной кислоты на поверхности прибора и ее взаимодействие с алюминием. Источником образования фосфорной кислоты является фосфор иэ пленки фосфоросиликатного стекла и влага, проникающая через корпус прибора и взаимодействующая с ФСС,. Вышеуказанные недостатки ограничивают использование данного способа в производстве сверхбольших интегральных схем.Наиболее близким по технической сущности способом плазмохимического осаждения пленки фосфоросиликатного стекла является способ, включающий размещение полупроводниковых подложек со структурами интегральных схем в реакторе, откачку реактора, введение в реактор смеси моносилана, закиси азота, фосфина и инертного газа и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разряда (50кГц,45 Ггц) при температуре 20-450 С и давлении 13,3-16 о,Б Па лри соотношенииингредиентов закись азота - моносилан 50100, фосфин-моносилан 0,03-0,08.Однако и данный способ не лишен недостатков5 При воздействии плазменного разрядяна моносилан возможны следующие реакции: ср 1 Н -91 Н +Н(Е = 4,07 ЭВ) 4 3 с10 51 Н - ь 51+Н(Е = 3,09 эв)сЭнергия связи М 2 - составляет 1,7 эв, а Ой-М - 4,98 эв,В результате взаимодействия эакиси азота с сипановыми радикалами возможно обоазование промежуточных соединений ипа НИ Б М.-0-.51-0-)т ю МН 20И я Чили,Н в азовой фазе.25ак как энергия связи азота с кислороцом в 2-3 раза меньше энергии связи кремния с кислородом, то идет распадпромежуточных соединений с образованием частиц двуокиси кремния в газовой фазе,30 что обусл а ели вает павы шен ную дефектность пленок ФСС,Разводка межэлементных соединений,изготовленная с применением данных пленок не обладает длительной стабильностью35 под воздействием климатических факторовиз-за низкой влагостойкости ФСС и образования фосфорной кислоты при взаимодействии фосфора из ФСС и влаги,проникающей через корпус прибора.40 Недостатки прототипа ограничиваютиспользование данного способа осажденияпленки ФСС при изготовлении сверхбольших интегральных схем.Целью изобретения является повыше 45 ние качества пленки путем снижения дефектности и улучшения пассивирующейспособности пленки.Поставленная цель достигается тем, чтов способе плазмохимического осаждения50 пленки фосфоросиликатного стекла, включающем размещение полупроводниковыхподложек со структурами интегральныхсхем в реакторе, введение в реактор смесимоносилана, закиси азота, фосфина и инер 55 тного газа и осаждение пленки фосфорсиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разрядапри температуре 20 - 450 С и давлении 13,3266,6 Па или соотношении ингредиентовзакись азота-моносилана 50-100,фосфин-моносилан 0,03-0,08, в смесь до 1795829полнительно вводят аммиак при соотношении ингредиентов закись азота-аммиак 5 - 25.В предлагаемом техническом решении повышение качества пленки фосфоросиликатного стекла, осаждаемой в плазме ВЧ и СВЧ-разряда, обусловлено следующим,Из-за введения аммиака в газовую смесь в указанном соотношении ингредиентов закись азота-моносилан обеспечивает подавление образования микрочастиц в газовой фазе за счет ослабления хода побочных реакций,Истинный механизм предотвращения образования микрочастиц в газовой фазе и его детали авторами не выявлены,Возможно этому способствует наличие в газовой фазе следующих радикалов:ИН вМН +Н(Е = 4,76 эв)э 2 с МН - з НН+Н(Е = 3,9 эв) 2 с МН вИ+Н(Е = 3,32 эв) с Кроме того, введение аммиака в газовую смесь способствует повышению плотности пленки ФСС,В то же время пленка фосфоросиликатного стекла обогащается азотом. При этом содержание азота в ФСС, которое без введения в газовую смесь аммиака составляло не более 2 ат. о, возрастает в 5 и более раз, что обуславливает улучшение пассивирующей способности пленки за счет повышения ее влагостойкости и повышение стойкости стекла к диффузии ионов металлов.Выбор отношения ингредиентов закись азота-аммиак при осаждении пленки ФСС сделан на основе экспериментальных результатов.При соотношении ингредиентов закись азота-аммиак менее 5 ухудшаются условия для введения фосфора в пленку, что обуславливает ухудшение качества ФСС из-за увеличения дефектности,При соотношении ингредиентов закись азота-аммиак более 25 ухудшается пассивирующая способность пленки из-за уменьшения количества азота в ней, что наряду с увеличением привносимой дефектности обуславливает ухудшение качества пленок ФСС.Возможность осуществления изобретения с получением положительного эффекта при использовании существенных признаков изобретения подтверждается следующими конкретными примерами.Плазмохимическое осаждение пленки фосфоросиликатного стекла осуществлялось на установке Лада вс горизонтальным трубчатым реактором и горячими стенками и вводом мощности сзади,Использовался вакуумный агрегат ЙЧЬ 5 500 ф АсаНе, величина давления поддерживалась путем подачи регулируемого потокаазота на вход насоса.Электродная система состоит из шестиграфитовых электродов и позволяет обраба 10 тывать за один процесс до 80 подложек.Электроды объединены через один иподключены к ВЧ генератору плазмы с максимальной частотой 120 кГц,Соединенные графитовые электроды15 изолированы друг от друга при помощи керамических изоляторов.В качестве подложек, использовалисьплатины кремния КДБ - 12 (100), прошедшиецикл изготовления кристалла КР 565 РУ 5 до20 блока формирования пассивации.Подложки крепились к электродам припомощи штырьков с использованием пинцета.Суммарный поток газовой смеси не пре 25 вышал 3000 см мин,Температура осаждения пленки во всехпримерах составляла 300 й 2 С.Количество одновременно обрабатываемых подложек в зависимости от использу 30 емой многоэлектродной системыподложкодержателя изменялась от 40 до 80шт,Толщина пленки фосфоросиликатногостекла составляла 0,8 мкм.35 Осаждение пленки фосфоросиликатного стекла осуществляли при давлении133+ 3 Па,Конструкция реактора позволяет осуществлять его встроенную самоочистку и40 подачу реагентов спереди и со стороны откачки.Использовали моносилан-концентратТУ,6 - 02 - 1163-79, аммиак жидкий особойчистоты ТУ 113 - 17 - 27 - 515 - 89 и закись азо 45 та особой чистоты ТУ 113-03-28-11 - 88,Процесс включал следующие шаги: загрузку подложек на графитовые электроды и размещение их в реакторе, откачку реак тора до остаточного давления, нагрев подложек в потоке аргона или азота, зачистку поверхности подложек в плазме азота(аргона), откачку-вакуумирование реактора, плавное увеличение потоков МгйНэ, й 20, 55 РНЗ, ЯН 4 и их стабилизацию, включениегенератора и осаждение пленки ФСС, прекращение подачи реагентов, откачку реактора, продувку реактора азотом, прекращение откачки, напуск реактора аэо,Я0 = Примеры реализации способа плаэмохимического осаждения пленки фосфоросиликатного стеклатом до атмосферного давления и выгрузкуподложек с осажденной пленкой ФСС,Отношения 0 иго/Оюн 4 - 55;ОРнэ/Овн 4 выбирались таким образом, чтобы обеспечить Ср 3,5 мас. ф ,Отношение Ойдо/Оинэ варьировалосьот 3 до 30.Всего было проведено 6 процессов.Толщина пленки определялась неразрушающим способом при помощи прибораМ РЧ-Я Р фе и согласно дР 0,7629891.6020300003 ТК.Прирост привносимых дефектов (Ь) определен при помощи прибора Бог 1 зсапе 4500 как разницу между количеством частицразмером более 0,5 мкм после осаждения наисходных подложках и нормировали к приросту привносимых дефектов для способапрототипа фор).,Концентрацию фосфора определялирентгено-флуоресцентным методом при по. мощи прибора ф.Ригаку (Япония).Дополнительно контролировали содержание азота в пленке (Си) при помощи проведения количественного ВИМС-аналиэа наприборе 1 МЗ - 4 Г ф.Камека и нормировали ксодержанию азота в ФСС, осажденной поспособу-прототипу (См),Для испытаний использовалисЬ специальные тестовые структуры, позволяющиеопределять скорость коррозии при помощиметода поляризационного сопротивления.Показатель преломления (и) определялся при помощи лазерного эллипсометра.Плотность дефектов определялась последующей формуле; игде 1- Х - доля годных структур, не пробитых при данной напряженности поля,п - количество пробитых конденсаторов,Х- количество измеренных конденсаторов,5 з- площадь тестовой структуры, равная16 мм,В таблице представлено отношениеплотности дефектов в каждом конкретномслучае к плотности дефектов, характерной10 для прототипа (О/О, отн, ед,).Дополнительно определялось отношение скорости коррозии (Ч) для групп приборов с пассивацией пленкой ФСС к скоростиполученной при реализации способа-прото 15 типа(Чкп)Испытательной средой служил растворортофосфорной кислоты,Примеры способа плазмохимическогоосаждения пленки фосфоросиликатного20 стекла представлены в таблице,Примеры 1 - 3 в таблице иллюстрируютпредлагаемый способ осаждения пленкиФ СС.В примере 4, 5 состояние ингредиентов25 закись азота-аммиак выходило за заявляемые пределы.В примере 6 приведены результаты реализации способа-прототипа.Результаты, приведенные в таблице по 30 каэывают, что предлагаемый способ (пр. 13) позволяет улучшить качество пленки ФССза счет снижения дефектности и улучшенияпассивирующей способности пленки,Из таблицы очевидна нецелесообраз 35 ность использования способа, при реализации которого соотношение Ои 2 оОинэ выходило эа заявляемые пределы.По сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет улучшить качество40 пленки ФСС путем снижения дефектности иулучшения пассивирующей способностипленки. При этом привносимая дефектностьуменьшается вдвое, скорость коррозииуменьшается в 1,5 р,4510 1795829 Составитель А.ТурцевичТехред М.Моргентал Корректор С.Патрушева РедакторЗаказ 1528 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формула изобретения СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, включающий размещение полупроводниковых подложек с структурами интегральных схем в реакторе. откачку реактора. введение в реактор смеси моносилана, закиси азота. фосфи. а и инертного газа и осаждение пленки фосфоросиликатного стекла в плазме ВЧ и СВЧ разряда при температуре 20 - 450 С и давлении 13,3 - 2 бб,б Па при соотношении ингредие,- тов закись азота-моносилан 50 - 100, фосфин-моносилан 0,03 - 0,08, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пленок путем снижения дефектности и улучшения пассивирующей способности, в смесь дополнительно вводят аммиак при соотношении ингредиентов закись азота-аммиак 5 - 25.