Композиция для получения пленок фосфорсиликатного стекла на полупроводниковых подложках

 

Использование: технология изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем в микроэлектронике. Сущность изобретения: композиция для получения пленок фосфорсиликатного стекла на полупроводниковых подложках содержит моносилан, кислород и триэтилфосфат при определенном их количественном соотношении.

Изобретение относится к элементоорганическим материалам, в частности к получению легированных фосфорсиликатных стеклянных пленок, и предназначено для использования в технологии изготовления полупроводниковых приборов и больших интегральных схем (БИС) в микроэлектронике.

Современные БИС имеют несколько уровней коммуникации, разделенных слоями диэлектрической изоляции. В качестве межуровневых диэлектриков обычно применяется содержащая легирующие примеси двуокись кремния. Для предотвращения нарушений целостности металлических проводников на развитом рельефе БИС в технологии используются различные способы планаризации рельефа микросхем. Одним из наиболее используемых способов планаризации рельефа является оплавление фосфорсиликатного стекла (ФСС), применяемого в качестве межуровневого диэлектрика. При массовом содержании фосфора 8-10% это стекло становится пластичным при высокой температуре и обеспечивает необходимую планаризацию рельефа БИС [1] Известен способ получения пленок фосфорсиликатного стекла, применяемых для разделения слоев металлизации, а также в качестве диэлектрика в конденсаторах, при температурах 300-500^оС в потоке инертных газов путем окисления SiH₄ и РН₃ кислородом [2] Недостатком этого способа является повышенная пористость полученных пленок из-за образования и внедрения в пленки порошкообразного продукта, образу- ющегося на начальном этапе их роста.

Для такой же композиции (SiH₄-O₂-PH₃) удовлетворительные результаты по содержанию фосфора в ФСС при низкотемпературном пиролизе (300-500^оС) получены при скорости потока газа 12 л/мин, давлении 0,1 торр и мольной доле РН₃, равной 0,15 [3] В то же время использование в технологии производства ФСС газовой смеси фосфина (РН₃) с аргоном осложняется тем фактом, что хотя эта смесь является разбавленной, однако РН₃ высокотоксичный газ 1 класса опасности, взрывоопасный и при использовании его необходимо в целях безопасности персонала соблюдать целый ряд требований, первоочередными из которых являются: непрерывный контроль содержания РН₃ в воздухе рабочей зоны; специальное помещение для хранения баллонов с РН₃.

Кроме того, практическое использование РН₃ осложняется тем, что и транспортировка его очень дорогостоящее и далеко не безопасное мероприятие.

В этой связи возникла необходимость замены фосфина (РН₃) менее токсичными фосфорсодержащими реагентами.

Известны попытки замены РН₃ на менее токсичные алкоксиды фосфора, в частности триметилфосфат (CH₃O)₃P=0} однако ввиду высокой температуры кипения (196^оС) и низкой летучести данный реагент недостаточно входит в реакцию и максимальное количество фосфора в слое не превышает 2 мас. (что является неприемлемо низкой величиной).

В схожих условиях окситрихлорид фосфора по эффективности близок к триметилфосфату.

Цель изобретения замена высокотоксичного РН₃ на фосфорсодержащий реагент, позволяющий исключить присущие РН₃ недостатки и обеспечивающий легирование слоя ФСС фосфором до уровня 8-10% Цель достигается тем, что в качестве фосфорсодержащего компонента в процесс низкотемпературного пиролиза вводят триэтилфосфит (С₂Н₅О)₃Р, малотоксичный (III класс опасности) фосфорсодержащий реагент, не требующий применения комплекса мер предосторожности, характерных при использовании высокотоксичного РН₃.

Осаждение слоев ФСС проводят на установке для процессов осаждения слоев в реакторе пониженного давления на основе диффузионной печи, модернизированной в части изготовления дополнительного блока для подачи паров жидкостных реагентов в реактор путем барботирования газа носителя (азота) через питатель с реагентом. Регулировка и контроль газов (SiH₄, O₂) осуществлялась регуляторами расхода газов (РРГ-1), а для паров триэтилфосфита применялся ротаметр. Давление газов в реакторе измерялось с помощью вакуум-метра деформационного газоразрядного (ВДГ-1).

П р и м е р 1. Для получения пленок ФСС толщиной d=0,6 мкм на пластинах кремния р-, n-типа, ориентации <100> с удельным сопротивлением 4 Ом˙ см. Пластины предварительно отмывают в перекисно-аммиачном растворе по стандартной методике. После отмывки и сушки пластины помещают в реактор установки осаждения пленок. Их нагревают до температуры 440±10^оС, после чего в реактор вводят смесь SiH₄+Ar=35±5 л/ч; кислород (О₂) 10±5 л/ч; пары триэтилфосфита /(C₂H₅O)₃P/, подаваемые из питателя барботированием азота под давлением 0,85 торр (расход 1 ˙10^-2 л/ч), отношение концентраций (моль) О₂:SiH₄:триэтилфосфит= 7:1:1. Получаемое ФСС аморфное, без поликристаллических включений, содержание фосфора (C) 8,5% П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, только пары триэтилфосфита подавались из питателя под давлением 0,95 торр (расход 1,1˙ 10^-2 л/ч). Содержание фосфора в ФСС 10,0% П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, только пары триэтилфосфита подавались из питателя под давлением 0,80 торр (расход 8 ˙ 10^-3 л/ч). Содержание фосфора в ФСС 7,5% Пары триэтилфосфита хорошо захватываются даже минимальным потоком азота (оптимальные значения 0,85-0,95 торр), что обеспечивает хорошую равномерность толщины по зоне и высокую скорость осаждения (ω_oc100-14 /мин). Напряжение пробоя Е_пр= 2-5 ˙10^-6 В/см. ИК-спектр (см^-1): 800, 1080 (ν Si-0), 1330 ( ν Р-О).

Таким образом, замена РН₃ на триэтилфосфит в условиях низкотемпературного пиролиза позволяет легировать слои ФСС фосфором до уровня 10 мас. при хорошем качестве планаризации рельефа и повышении выхода годных кристаллов.

Триэтилфосфит является промышленно доступным соединением. Методы его синтеза широко описаны в литературе (А.Кирби, с. Уоррем. Органическая химия фосфора. М. Мир. 1971).

Формула изобретения

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ФОСФОРСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОДЛОЖКАХ, включающая моносилан, кислород и фосфорсодержащее соединение, отличающаяся тем, что в качестве фосфорсодержащего соединения композиция содержит триэтилфосфит при следующем количественном соотношении ингредиентов, моль: Моносилан 1
Кислород 7
Триэтилфосфит 1