Способ получения тонких пленок диоксида кремния

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении подзатворных, межслоистых и пассивирующих покрытий для многоуровниевых сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: тонкую пленку диоксида кремния получают окислением дихлорсилана, причем реакцию проводят в квазистатических условиях при однократном воспламенении, а пламя инициируют удаленным из подложки импульсным локальным источником энергии. Способ позволяет получать пленки с хорошей однородностью при низких технологических температурах.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к получению диэлектрических пленок, используемых в качестве подзатворных, межслойных и пассивирующих покрытий при изготовлении многоуровневых сверхбольших интегральных схем (СБИС), требующих низкотемпературных технологических режимов обработки.

В технологии СБИС широко используются пленки диоксида кремния, получаемые или окислением кремния при температуре 1200^оС в присутствии различных добавок, или в реакции окисления моносилана кислородом в присутствии инертного газа при температуре не ниже 400^оС [1] Несмотря на различие технологического оформления этих способов, в обоих случаях речь идет о высоких температурах, не допустимых при работе с полупроводниковыми соединениями, изменяющими состав при нагревании свыше 250^оС (например, арсенидом гелия и другими типами А³В⁵ или А²В⁶).

Наиболее близким к изобретению является способ получения пленок диоксида кремния, включающий окисление соединений кремния в присутствии добавок аммиака [2] Применение принципиально низких температур в способе-прототипе ограничивается тем, что технология разработана только в применении к моносилану, а об использовании других газообразных кремнийсодержащих реагентов сведения в литературе отсутствуют. Кроме того, невозможно осаждение пленок в процессе однократного воспламенения, а только при окислении в струевых условиях.

Целью изобретения является получение тонких пленок с улучшенной однородностью при низких технологических температурах.

Цель достигается тем, что в качестве окисляемого соединения кремния используется дихлорсилан, реакцию проводят в квазистатических условиях при однократном воспламенении, причем пламя инициируют удаленным от подложки импульсным локальным источником энергии.

В данном случае для достижения цели использовано явление расширения области воспламенения при дополнительном инициировании, которое обнаружено в реакции окисления дихлорсилана, т.н. положительное взаимодействие цепей. Такая особенность реакции определяется только разветвленно-цепным механизмом процесса, причем реакция при низких давлениях не сопровождается саморазогревом. Дополнительное инициирование позволяет тем самым расширить границы области воспламенения реагирующей смеси. В процессе осаждения пленки с целью повышения качества последней становится возможным понизить общее давление и температуру воспламенения смеси. Проведение реакции при однократном воспламенении позволяет получать очень тонкие диэлектрические слои за время ≈ 0,1 с. Использование дихлорсилана вместо моносилана позволяет уменьшить содержание в пленке нежелательных Si-H-связей, при этом присутствие следов аммиака также способствует улучшению адгезии и однородности пленки диоксида Si.

П р и м е р. Цилиндрический реактор для получения пленки диоксида кремния высотой 200 мм и диаметром 120 мм выполнен из кварца и снабжен охлаждаемой до 0^оС рубашкой, съемной крышкой и фланцами для ввода газов, измерения давления и откачки. На нижнем торце реактора располагается плоский круглый нагреватель диаметром 100 мм. Инициирование осуществляется нагревом 3-5 витков нихромовой проволоки диаметром 0,3 мм, введенной в реактор через герметические контакты. На поверхность нагревателя помещают кремниевую пластину диаметром 76 мм и нагревают до 130^оС. Предварительно в реакторе создают давление аммиака в следовом количестве не более 0,1 Па. Затем заполняют реактор заранее подготовленной смесью дихлорсилана с кислородом в соотношении 1:1 до давления 250 Па. Воспламенение осуществляют пропусканием через нихромовую проволоку тока батареи конденсаторов емкостью 400 мкФ и напряжением 150 В. Затем реактор откачивают до 0,1 Па, напускают воздух и вынимают платину. При однократном воспламенении толщина осажденной пленки диоксида кремния составляет 40 .

Способ инвариантен к типу источника внешней энергии, используемой для дополнительного инициирования. С этой целью проверены различные источники излучения, действующие вплоть до момента визуального контроля наличия вспышки, что может быть организовано в различном приборном исполнении. Полученные пленки практически не содержат связей Si-H и обладают контролируемой скоростью травления в аргоновой плазме. Эти свойства пленок делают их перспективными для использования в технологии соединений А³В⁵ в качестве подзатворного или межслойного диэлектрика, а также для защиты материалов со свойствами высокотемпературной сверхпроводимости, в частности, от механических повреждений.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, включающий окисление соединений кремния в присутствии добавок аммиака, отличающийся тем, что, с целью получения тонких пленок с улучшенной однородностью при низких технологических температурах, в качестве окисляемого соединения кремния используют дихлорсилан, реакцию проводят в квазистатических условиях при однократном воспламенении, причем пламя инициируют удаленным от подложки импульсным локальным источником энергии.