Способ формирования пленок двуокиси кремния

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии осаждения пленки двуокиси кремния из газовой фазы, и может быть использовано при производстве сверхбольших интегральных схем.Цель изобретения - повышение качества пленки путем снижения дефектности и повышения электрической прочности.Поставленная цель достигается тем, что по способу формирования пленки на кремниевой подложке в реакторе пониженного давления, включающему продувку реактора, осаждение на подложку пленки двуокиси кремния из газовой фазы, включающей кремнийсодержащее соединение и окислитель, при температуре 650 - 850 С и пониженном давлении термообработку кремния в сухом кислороде при температуре осаждения, продувку реактора проводят закисью азота при давлении 40 - 266 Па в течение 3 - 20 мин, а термообработку пленки в кислороде проводят при давлении 80 - 400 Па в течение 15 - 30 мин.Проводимая перед осаждением пленки двуокиси кремния продувка реактора закисью азота при давлении 40 - 266 Па в течение 3 - 20 мин при температуре осаждения обеспечивает отсутствие дефектообразования при контакте следов закиси азота, например, с моносиланом, в отличие от контакта кислорода с моносиланом в этой области температур, в то время как качество образующейся системы Б 1-терм, БЮг остается практически таким же, однако из-за снижения плотности "ослабленных" участков БЮг снижается его дефектность,Термообработка пленки в кислороде при давлении 80 - 400 Па в течение 15 - 30 мин позволяет обеспечить полное прокисление Б 1-включений в объеме пленки, что обуславливает снижение дефектности при обеспечении надежной работы вакуумных агрегатов,При продувке реактора закисью азота при давлении ниже 40 Па в течение менее 3 мин образуется несплошная пленка термического БЮг из-за усиления образования БЮ при данных условиях, что обусловливает ухудшение границы раздела Б 1-БЮ 2 и, следовательно, повышение дефектности и снижение электрической прочности,При продувке реактора закисью азота при давлении более 266 Па в течение более 20 мин не происходит дальнейшего улучшения границы раздела и качества пленки при увеличении длительности процесса,При термообработке пленки в кислороде при давлении ниже 80 Па в течение менее 15 мин при температуре осаждения не достигается полное прокисление Б 1-включений в объеме пленки, что обусловливает невысокую электрическую прочность, повышенную дефектность, и, следовательно, низкое качество двуокиси кремния,При термообработке пленки в кислороде при давлении более 400 Па в течение более 30 мин при температуре осаждения не происходит дальнейшего повышения качества пленки, а именно снижения дефектности, При этом ухудшается надежность вакуумных агрегатов.При температуре термообработки ниже 650 С наблюдается ухудшение качества двуокиси кремния из-за снижения интенсивности окислительных процессов при возрастании длительности процесса и снижения производительности.При температуре термообработки в кислороде более 850 С Ь неравной температуре осаждения повышается длительность процесса без дальнейшего улучшения качества двуокиси кремния из-за инерционности резистивного нагрева (при снижении воспроизводимости процесса),Возможность осуществления изобретений с получением положительного эффекта при использовании всей совокупности положительных признаков изобретения подтверждается следующими примерами,Осаждение пленки двуокиси кремния осуществлялось на подложке диаметром 100 мм на установке Изотрон/150 с горизонтальным трубчатым реактором с горячими стенками, изотермической зоной, Использовался вакуумный агрегат 2 АВР,Величина давления поддерживалась путем подачи регулирующего потока азота на вход насоса, Загрузка-выгрузка бесконтактная, консольного типа. Загрузка-размещение подложек в реакторе групповая, по 25 пластин в кассете, Расстояние между подложками примерно 10 мм, В качестве исходных реагентов использовались моносилан-концентрат ТУ 6-02-1163-79 и закись азота марки "медицинская",Величина потока моносилана при осаждении не превышала 50 см /мин, а закиси азота - 3000 см /мин, Величина давлениязпри осаждении составляла 133,3 Па. Температура при продувке реактора и осаждении составляла 800+1 С (пр, 24-7), 650 С (пр,1), 850 С (пр. 3); в примере 8 температура продувки реактора и осаждения составила 680 С, а в примере 9 - 820 С,Всего проведено 10 процентов.Процесс включал следующие стадии:ПР а ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ размещение кремниевых подложек в продуваемом азотом реакторе;- вакуумирование реактора;- продувку реактора закисью азота; - плавное установление потока моносилана, подачу его в реактор, осаждение 31 Ог;- прекращение осаждения, вакуумирование реактора;подача в реактор кислорода (при достижении необходимой температуры) и проведение термообработки;вакуумирование реактора, продувку азотом, прекращение откачки, напуск азота до достижения атмосферного давления и выгрузку подложек.Плотность дефектов определялась при напряжении поля 5 МВ/см по формуле где- доля годных структур, не пробитых при данной напряженности поля;и - количество пробитых конденсаторов;Х - суммарное число измеренных конденсаторов;3 - площадь тестовой структуры,гПлощадь тестовой структуры 16 мм,толщина пленки двуокиси кремния 0,3 мкм.Электрическая прочность определялась поформуле где Епр - напряженность пробоя, характеризующая электрическую прочность;а - толщина пленки двуокиси кремния;11 пр - пробивное напряжение,Величина тока утечки определялась при помощи прибора Л 2-56. Величина тока утечки и разброс толщины Лй даны для пленки толщиной 0,1 мкм в относительных единицах по отношению к прототипу (для прототипа 1 УТ, Лд приняты за 1).Величина показателя преломления определялась при помощи лазерного эллипсометра ЛЭФ-ЗМ в 10 точках на пластине и определялся разброс показателя преломления (Лп)Примеры способа формирования пленки двуокиси кремния на кремниевой подложке приведены в таблице. Способ формирования пленок двуокиси кремния, включающий продувку реактора окисл ителем, осаждение при пониженном давлении на кремниевую подложку пленки В ней указаны;Рв о- давление закиси азота при продувке реактора;1 пр - длительность продувки реакторазакисью азота;Роз - давление кислорода при термообработке пленки в кислороде;1 терм - длительность термообработкипленки в кислороде;Ттерм - температура термообработкипленки в кислороде;Е - напряженность пробоя пленки ВТО;0 - плотность дефектов пленки ВТО;1 УТ - величина тока утечки относительнотока утечки по прототипу;п - показатель преломления пленки ВТО;ЛЬ - разброс величины показателяпреломления;Ьс 1 - разброс по толщине относительноэтого же параметра по прототипу,Примеры 1 - 3 иллюстрируют данныйспособ формирования пленки двуокиси кремния,В примерах 4 - 9 приведены варианты,при которых параметры обработки в ХгО иОг выходили за пределы, указанные впредлагаемом способе,В примере 10 приведены результатыреализации прототипа,Результаты, приведенные в таблице,показывают, что данный способ (пр, 1 - 3)позволяет повысить качество пленки путемснижения привносимой дефектности и повышения электрической прочности, Очевиднанецелесообразность применения режимов, вкоторых технологические параметры процесса продувки реактора ХгО и термообработкив кислороде выходят на указанные пределы(пр, 4 - 9),Полученные результаты показывают, чтоспособ формирования пленки двуокиси кремния на кремниевой подложке в реакторепониженного давления позволяет, по сравнению с прототипом, повысить электрическуюпрочность в 1,2 - 1,38 раза, снизитьдефектность в 4 раза, уменьшить токиутечки в 2,5 раза,двуокиси кремния из газовой фазы, включающей крем нийсодержащее соединение и окислитель, при 650 - 850 С, термообработку пленки в сухом кислороде при температуре7 1820782 8осаждения, отличающийся тем, что, с ку проводят при давлении 40 - 266 Па вцелью повышения качества пленки путем течение 3 - 20 мин, а термообработкуснижения дефектности и повышения элект- проводят при давлении 80 - 400 Па в течениерической прочности пленок, в качестве 15 - 30 мин,окислителя используют закись азота, продувз а й т Е Ф а г г г г хо 4Ф сч й о а Е о шС 33 Б оой Ф О а о с Э Ф а. З х Ю л с 3 о а с 2 а х з х х Ф с заЯ й ф о О. сФЕ з5 хйсФ аЕ црЯ оаВ Фоих аФ О1 х Е Е 1: с с Е Я й о л з Ф с с о ф Ф Ф Ф 5 Я л Й а Ф 3 х 3 Ф Е Ф а Ф с й1ог г г г г г г г г р Э 31 Ъ М Сщ 3 й М СЧ М Ю М О сч сч сч сч сч Ф сч 3 сч счФ 3 ж 333 В Ю г Э Ь ж 333 г г г 3 щ г 3 Д г СО г 333 ОООООООООО О 3 О ф С 3 3 О СЧ ф Р 3 С 33МЪСЧ СЧСЧ О СЧ 3,ооооо оооо О О 333 О О О О с 3 (О (О ф ф СО ф ф ф О СО о о о о о сч а о о г СЧ М СЧ СЧ г М СЧ СЧ ООООООООф 33)овсс 33 сч 333 ц 3 г СГ г г СТ г г о о сч о о о о оСЧ г г МЦЭ 333 ММММ 3- С Ь О м ф 331 3 С 3 М М М О З г СЧ СЧ г г г г а 3 С