Способ получения тонких пленок диоксида кремния

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении межслоистых и пассивирующих покрытий для многоуровниевых сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: тонкие пленки диоксида кремния получают окислением дихлорсилана в тлеющем разряде постоянного тока. Способ позволяет получать пленки при комнатной температуре.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к получению тонких слоев диэлектрических пленок, используемых в качестве межслойных и пассивирующих покрытий при изготовлении многоуровневых сверхбольших интегральных схем (СБИС) на основе соединений типа А³В⁵, А²В⁶, требующих низкотемпературных (< 250^оС) технологических режимов обработки.

В технологии изготовления 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 различные технологические решения, применяемые при реализации этих способов, в обоих случаях речь идет о высоких температурах, не допустимых при работе с полупроводниковыми соединениями, подвижность электронов в которых резко уменьшается с температурой (в качестве примера можно предложить арсенид галлия и другие типы А³В⁵ и А²В⁶) за счет изменения состава, ширины запрещенной зоны и других причин.

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 с этой целью других газообразных кремнийсодержащих реагентов сведения в литературе отсутствуют. Кроме того, желательное дальнейшее понижение температуры синтеза пленок до комнатной жестко ограничено химическими особенностями реакции окисления моносилана и потому принципиально невозможно без физического инициирования.

Целью изобретения является получение тонких пленок при комнатной температуре.

Цель достигается тем, что в качестве окисляемого соединения кремния используют дихлорксилан, а реакцию проводят в тлеющем разряде постоянного тока.

В данном случае для достижения цели используется как инициирование процесса окисления дихлорсилана тлеющим разрядом при низком давлении, так и свойство частиц аэрозоля SiO₂ приобретать заряд во внешнем постоянном электрическом поле.

Использование тлеющего разряда позволяет вместе с тем увеличить воспламеняемость горючей смеси и тем самым достигнуть высокой степени превращения дихлорсилана, а кроме того, расширить область воспламенения за счет явления положительного взаимодействия цепей, обнаруженного в этой реакции.

Понижение общего давления способствует повышению качества осаждаемой пленки при комнатной температуре.

Использование дихлорсилана вместо моносилана позволяет уменьшить в пленке нежелательные Si-Н-связи, при этом присутствие следов аммиака также способствует улучшению адгезии и однородности пленки диоксида кремния.

П р и м е р. Цилиндрический реактор для получения пленок диоксида кремния высотой 200 мм и диаметром 120 мм выполнен из кварца и снабжен съемной крышкой, фланцами для ввода газов, измерения температуры и давления, ввода электрических контактов и откачки. На нижнем торце реактора на общей стойке устанавливают две пластины (90х90х20 мм), выполненные из тефлона. На них располагают два алюминиевых электрода (90х90х1 мм), между которыми и осуществляют тлеющий разряд. На электроде, к которому подается положительное напряжение, укрепляют кремниевую пластину технологического размера ( ⊘ 76 мм) так, что электроды представляют собой две обкладки конденсатора, расстояние между которыми составляет 15 мм, к одной из которых прижата кремниевая пластина (центр пластины совпадает с центром электрода).

Предварительно в реакторе создают давление аммиака в следовом количестве не более 0,1 Па. Затем через реакционный сосуд пропускают струю предварительно приготовленной смеси дихлорсилана с кислородом при общем давлении 100 Па.

Вариант А. Между обкладками осуществляют тлеющий разряд от любого стабилизированного источника питания (ток 5 мА, напряжение 340 В) и проводят осаждение в течение 30 мин.

Вариант Б. Между обкладками и параллельно им помещаются две титановые сетки 80х80 мм на одинаковом расстоянии от обкладок, расположенные друг от друга на расстоянии 5 мм. Между сетками осуществляют тлеющий разряд от любого стабилизированного источника питания (ток 5 мА, напряжение 340 В), осаждение проводят в течение 30 мин.

Поскольку пластины кремния, на которые проводят осаждение, находятся вне зоны разряда, то это позволяет избежать радиационных повреждений пленки диоксида кремния электронами и ионами разряда.

Полученное в обоих вариантах покрытие имеет толщину 0,1-0,3 мкм, равномерно и однородно по всей поверхности пластины, обладает пористостью ≈ 1 см², причем в отсутствии аммиака ≅ 10 см².

Таким образом, пленки, полученные заявленным способом, практически не содержат нежелательных связей: Si-H и ОН при пористости ≈ 1 см^-2. Заявленный способ инвариантен к типу стабилизированного источника питания и не требует сложного приборного оформления.

Свойства пленок, полученных заявленным методом, делают их перспективными для использования в технологии соединений А³В⁵ и А²В⁶ в качестве межслойных или пассивирующих покрытий, а также для защиты материалов со свойствами высокотемпературной сверхпроводимости от механических и иных 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 при комнатной температуре, в качестве окисляемого соединения кремния используют дихлорсилан, а реакцию проводят в тлеющем разряде постоянного тока.