Способ получения пленки борофосфоросиликатного стекла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ БОРОФОСФОРОСИЛИКАТНОГО 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 получения пленки борофосфоросиликатного стекла, включающий загрузку кремниевых полупроводниковых подложек в реактор, создание в нем вакуума, нагрев подложек до температуры осаждения пленки, подачу в реактор полученных отдельными для каждого реагента испарителями паров тетраэтоксисилана,диметилфосфита и боросодержащего соединения и осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла при температуре 650-750 С, отличающийся тем, что в качестве боросодержащего соединения используют триметилборат, при этом пары тетраэтоксисилана получают при температуре испарителя 50-70 С, пары диметилфосфита - при температуре испарителя 20-35 С, пары триметилбората - при температуре испарителя 2025 С, а давление в реакторе составляет 30-60 Па. 4154 1 Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к технологии осаждения легкоплавких стекол из газовой фазы, и может быть использовано при создании межуровневой изоляции и планаризации топологического рельефа. Известен способ осаждения пленки борофосфоросиликатного стекла (БФСС) 1, включающий загрузку кремниевых подложек в нагретый до температуры осаждения реактор, вакуумирование реактора, подачу в реактор паров тетраэтоксисилана (ТЭОС), триметилфосфата (ТМФ) и триметилбората (ТМБ) с азотом или кислородом посредством использования отдельных испарителей с температурой испарителей - 30-60 С для ТЭОС и ТМБ и более 60 С для ТМФ и осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла требуемой толщины с суммарным содержанием бора и фосфора не более 10 вес.при температуре 600700 С. Используются испарители барботажного типа. Данному способу присущи недостатки. Концентрации фосфора в пленке БФСС сильно зависит от температуры осаждения. Причем при температурах 650700 С, где наблюдается наиболее высокая скорость осаждения, происходит резкое снижение концентрации фосфора в БФСС с увеличением температуры, что затрудняет получение пленок БФСС с содержанием фосфора более 2,0 вес. . Наиболее близким по технической сущности решением является способ получения пленки борофосфоросиликатного стекла 2, включающий загрузку кремниевых подложек в реактор, вакуумирование реактора,нагрев подложек до температуры осаждения, подачу в реактор паров тетраэтоксисилана, диметилфосфита(ДМФ) и триэтилбората (ТЭБ) посредством использования отдельных испарителей с температурой испарителей - 4075 С для ТЭОС, 2060 С для диметилфосфита и 1830 С для триэтилбората и осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла при температуре 650750 С. Используются испарители барботажного типа. Однако и данный способ не лишен недостатков. При использовании триэтилбората в качестве боросодержащего вещества наблюдается повышенный разброс концентрации бора вдоль реактора, что приводит к неодинаковому оплавлению пленок БФСС на пластинах, расположенных в начале и конце реактора. Для снижения неоднородности концентрации бора приходится уменьшать загрузку пластин, что в свою очередь снижает производительность процесса и повышает издержки производства. В основу изобретения положена задача создания способа осаждения борофосфоросиликатного стекла с повышенной однородностью концентрации бора в пленке, позволяющего снизить издержки производства. Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения пленки борофосфоросиликатного стекла, включающем загрузку кремниевых полупроводниковых подложек в реактор, вакуумирование реактора, нагрев подложек до температуры осаждения пленки, подачу в реактор полученных отдельными для каждого реагента испарителями паров тетраэтоксисилана, диметилфосфита и боросодержащего соединения и осаждение пленки борофосфоросиликатного стекла при температуре 650750 С, в качестве боросодержащего соединения используют триметилборат, при этом пары тетраэтоксисилана получают при температуре испарителя 50 70 , пары диметилфосфита - при 20 35 С, пары триметилбората - при 20 25 С, а давление в реакторе составляет 3060 Па. Использование ТМБ, имеющего давление насыщенных паров выше, чем ТЭБ, позволяет обеспечивать необходимое количество боросодержащего реагента в парогазовой смеси без использования газа-носителя,при этом регулировка потока ТМБ может осуществляться обычным регулятором расхода газа. Кроме того,за счет меньшего эффекта обеднения ТМБ вдоль реактора снижается неоднородность концентрации бора в пленке БФСС вдоль реактора, что позволяет увеличить загрузку пластин в одном процессе и, следовательно,снизить издержки производства. При температуре испарителя с ТЭОС ниже 50 существенно снижается скорость осаждения и повышаются издержки производства. При температуре испарителя с ТЭОС выше 70 С повышаются расход ТЭОС и неоднородность толщины пленок. При температуре испарителя с ДМФ ниже 20 С не обеспечивается необходимая концентрация фосфора в пленке из-за резкого снижения парциального давления ДМФ. При температуре испарителя с ДМФ выше 35 С в реактор подается избыточное количество паров ДМФ и суммарная концентрация бора и фосфора превышает 10 вес. , кроме того, повышается неоднородность толщины пленок. Для достижения температуры испарителя с ТМБ ниже 20 С необходимо использовать принудительное охлаждение, что усложняет конструкцию испарителя. При температуре испарителя с ТМБ выше 25 С в реактор подается избыточное количество паров ТМБ и суммарная концентрация бора и фосфора превышает 10 вес. . При давлении менее 30 Па не обеспечивается подача в реактор необходимых потоков реагентов, так как насос не успевает откачивать из реактора продукты реакции. 4154 1 При давлении более 60 Па существенно уменьшается скорость прохождения реагентов и продуктов реакции вдоль зоны осаждения, что приводит к увеличению неоднородности толщины пленки БФСС и концентраций реагентов в пленке вдоль реактора, а так же к повышению привносимой дефектности. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана блок-схема реактора для осаждения БФСС. Пример. Использовались подложки кремния КДБ-12(100)525 (ЕТО 035.240 ТУ) диаметром 150 мм, на которых были сформированы активные и пассивные элементы. Осаждение пленок БФСС осуществляли на установке Изотрон-4-150 с кварцевым реактором 1, карбидкремниевой консолью 2 с герметизирующей заслонкой 3 и вакуумным агрегатом 4 2 АВР-160 М, соединенным с реактором при помощи вакуумного трубопровода, на котором расположен шиберный затвор 5 и азотная ловушка 6 дРМ 3.031.0000 (для исключения обратной диффузии газов в реактор). Для подачи паров ТЭОС, ДМФ и ТМБ в реактор использовались испарители 7 (КФНС 681941.000) с блоком управления нагревом (дРМ 3557.842 ПС). Подача реагентов в реактор осуществлялась посредством задания рабочих потоков и открытия соответствующих регуляторов расхода газов 8 и клапанов 9 для каждого реагента. Суммарный поток азота для барботирования ТЭОС и ДМФ не превышал 24 л/ч. Газовые магистрали для подачи паров ТЭОС и ДМФ в реактор нагревались при помощи нагревательных проводов с изоляцией до температур на 5-10 С выше, чем температура соответствующего испарителя. Величина давления в реакторе поддерживалась путем подачи потока азота на вход насоса. Давление в реакторе при осаждении изменялось от 30 до 60 Па и контролировалось при помощи датчика давления емкостного типа 10. Температура осаждения составляла 660710 С. Загрузка пластин групповая, в специальные перфорированные кассеты. Суммарное количество одновременно обрабатываемых подложек составляло до 100 штук, расстояние между подложками - 7,5 мм. Использовали тетраэтоксисилан ТУ 60-11-2154-94, подвергнутый очистке при помощи перегонки, а также диметилфосфит ТУ 6-09-20-241-93 и триметилборат ТУ 6-09-20-233-93. Температура испарителя с ТЭОС варьировалась от 50 до 70 С, испарителя с ДМФ - от 20 до 35 С, испарителя с ТМБ - от 20 до 25 С. Процесс включал следующие шаги размещение кремниевых подложек в продуваемом азотом реакторе вакуумирование реактора после закрытия герметизирующей заслонки продувка реактора вакуумирование, нагрев подложек до температуры осаждения и стабилизация температуры проверка натекания вакуумирование плавное установление потоков реагентов и осаждение БФСС прекращение подачи паров в реактор, продувка реактора азотом циклические продувка реактора азотом - вакуумирование прекращение откачки, напуск азота через клапана с калиброванными отверстиями 11 до достижения атмосферного давления и выгрузка подложек. Весовое содержание фосфора в пленке БФСС определялось неразрушающим методом при помощи рентгеновского флюоресцентного анализатора ф.(М 3613), а толщина пленок БФСС при помощи спектрофотометра - ф-. Концентрация бора определялась при помощи ИК-спектрометра-75. Толщина пленок БФСС во всех экспериментах составляла 0,80,08 мкм. Оплавление БФСС проводили при температуре 850 С в течение 45 мин в сухом кислороде. Результаты опробования представлены ниже в таблице, где указаны номер процесса по порядкутемпература испарителя (ТТЭОС, С) температура испарителя (ТДМФ, С) температура испарителя (ТТМБ, ) рабочее давление (Р, Па) разброс значений концентрации бора по процессу (С, вес. ) загрузка пластин, обеспечивающая разброс концентрации бора вдоль реактора не более 0,25 вес.(загрузка, шт.) коэффициент стоимости, равный отношению суммарных издержек производства 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 15). Нецелесообразность применения способа при выходе за заявляемые пределы очевидна. Полученные результаты показывают, что в предлагаемом способе по сравнению с прототипом разброс концентрации бора вдоль реактора снижается в 1,8-2,8 раза, производительность (загрузка) увеличивается на 2030 , а издержки производства снижаются в 1,22-1,35 раза. Источники информации 1. ЕР 0204182 МПК 0121/316, 1986. 2. Патент РБ 1613, МПК Н 0121/316, 1997. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4