Способ осаждения пленок поликристаллического кремния

Способ осаждения пленок поликристаллического кремния

Реферат

 

Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно - к технологии осаждения пленок кремния из газовой фазы, и может быть использовано при создании обкладок накопительных конденсаторов и формировании рельефного рисунка в технологических слоях. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и увеличить площадь поверхности пленки путем изменения условий зародышеобразования. Это достигается тем, что в известном способе осаждения пленок поликристаллического кремния подслой осаждают островковым толщиной 5-18 нм при 601-650^oС, затем проводят отжиг подслоя в смеси гексафторида вольфрама с инертным газом при температуре осаждения подслоя при давлении 2,66-13,3 Па в течение 0,25-1 мин при соотношении гексафторид вольфрама-инертный газ 1: 20-1:100. 1 табл.

Изобретение относится к микроэлектронике, более конкретно к технологии осаждения пленок кремния из газовой фазы, и может быть использовано при создании обкладок накопительных конденсаторов и формировании рельефного рисунка в технологических слоях. Цель изобретения снижение трудоемкости и увеличение развитости микрорельефа путем изменения условий зародышеобразования. Поставленная цель достигается тем, что в способе осаждения пленок поликристаллического кремния, включающем осаждения на кремниевую подложку подслоя кремния при давлении 2,66-13,3 Па пиролитическим разложением моносилана, последующее доращивание подслоя до получения пленки поликристаллического кремния при 600-650^oС до заданной толщины, подслой осаждают толщиной 5-18 нм при температуре доращивания подслоя, затем проводят отжиг подслоя при той же температуре при давлении 2,66-13,3 Па в смеси гексафторида вольфрама с инертным газом при соотношении гексафторид вольфрама-инертный газ 1:20-1:100 в течение 0,25-1 мин. Сущность изобретения заключается в том, что в данном техническом решении увеличение площади поверхности пленки и снижение трудоемкости обусловлено следующим. Поскольку осаждение подслоя, его отжиг и последующее осаждение проводятся без изменения температуры, уменьшается трудоемкость осаждения пленок, так как подслой наносят толщиной 5-18 нм, он формируется при данных условиях островковым, в виде локальных центров зародышеобразования. При последующем отжиге "островкового" подслоя в смеси WF₆ -инертный газ при указанных условиях на поверхности центров зародышеобразования в результате восстановления WF₆ кремнием образуется корочка из вольфрама. Образование вольфрама на диэлектрическом слое при данных условиях не происходит. При последующем осаждении сформированные на первом этапе центры зародышеобразования получают преимущественное развитие, вероятно, за счет катализирующего действия вольфрама. При этом габитус растущих кристаллов приближается к куполообразной форме с цилиндрическим основанием, размеры их составляют в основном приблизительно 200-300 нм, а высота достигает 100-150 нм. Плотность таких кристаллов (1-1,5)10⁹ см^-2. С учетом размеров и плотности управляемо формируемых зерен-кристаллов с куполообразным габитусом (за счет изменения условий зародышеобразования) установлено, что увеличение эффективной площади поверхности поликристаллической пленки существенно возрастает. Важным является то, что сглаженная куполообразная форма зерен позволяет эффективно переносить рисунок ("отпечатывать") на нижележащие слои путем безмасочного травления, например, для формирования рельефного рисунка в пленке легированного поликристаллического кремния. При отсутствии отжига подслоя в WF⁶ инертным газом пленка формируется с весьма гладким микрорельефом поверхности. При нанесении подслоя толщиной менее 5 нм плотность зародышей мала и не достигается увеличение эффективной площади поверхности более, чем в 1,32 раза. При нанесении подслоя более чем 18 нм он становится сплошным, что обусловливает трудности в безмасочном формировании рисунка в нижележащих слоях, а также уменьшается площадь поверхности пленки из-за коалесценции зародышей на этапе формирования подслоя. При температуре осаждения подслоя ниже 601^oС и выше 650^oС наблюдается увеличение трудоемкости из-за инерционности резистивного нагрева и стабилизации температуры. При отжиге подслоя при температуре ниже 601^oС, давлении ниже 2,66 Па, времени менее 0,25 мин и соотношении WF₆ инертный газ менее 1:100 не происходит полного "обволакивания" Si-зародышей вольфрамом за счет восстановления гексафторида вольфрама кремнием, следовательно не достигается необходимое увеличение площади пленки и повышается трудоемкость из-за необходимости изменения температуры при доращивании. При отжиге подслоя при температуре выше 650^oC, давлении более 13,3 Па, времени более 1 мин при соотношении WF₆ -инертный газ более 1: 20 происходит полное потребление Si из зародыша на восстановление WF₆ что впоследствии затрудняет процесс формирования рельефного микрорисунка в нижележащих слоях безмасочным травлением и появляются отклонения от куполообразной формы зерен при доращивании. Кроме того, увеличивается трудоемкость процесса из-за необходимости изменения температуры при доращивании. П р и м е р. Осаждение пленок поликристаллического кремния осуществляли на установке Изотрон 4-150 с горизонтальным трубчатым реактором с горячими стенками. Использовался вакуумный агрегат производительностью 1000 м³ /ч ф. Alcatel. Величина давления в реакторе поддерживалась путем подачи регулируемого потока азота на вход насоса. Загрузка-выгрузка бесконтактная, консольного типа. В качестве источника кремния использованы моносилан-концентрат ТУ 6-02-1163-79 и гексафторид вольфрама ТУ 6-02-18-137-87. Температура осаждения варьировалась от 580 до 670^oC. Величина давления при осаждении подслоя составляла 8-10 Па, а при доращивании слоя 332 Па. Давление при отжиге в смеси WF₆ -инертный газ изменялось от 2 до 18 Па. Температура изменялась от 580 до 670^oC, а длительность отжига от 0,125 до 1,25 мин. Всего проведено 11 процессов. Толщина пленки кремния контролировалась по предыдущему контрольному процессу отжига в смеси WF₆ -инертный газ при помощи профилометра Dektak и многоугловой лазерной эллипсометрии. Величина микронеровностей поверхности и форма зерен контролировались при помощи просвечивающего электронного микроскопа ЭМ-125 методом угольных реплик и профилометра. Дополнительно осаждение проводили на пленке легированного в процессе роста поликристаллического кремния (ПКЛФ) толщиной 0,4 мкм, затем проводили безмасочное анизотропное травление на установке Лада-35. На сформированном рельефном рисунке изготавливали тестовые конденсаторы 100100 мкм² нижней обкладкой которых служила пленка легированного поликремния с рельефным рисунком. Затем проводили измерения емкости конденсаторов на установке 4061 А. В качестве диэлектрика использовали нитрид кремния, полученный аммонолизом дихлорсилана толщиной 201,5 нм при 800^oС и давлении 50 3 Па при отношении Q_NH3/Q_SiH2Cl2 10. Затем проводилось пирогенное окисление нитрида кремния на толщину приблизительно 2 нм. Верхняя обкладка ПК формировалась на ПКЛФ, осажденного при 5755^oС, давлении 633 Па и отношении Q_PH3/Q_SiH4 0,0012. Данные сведены в таблицу. В ней указаны: толщина подслоя (d_n, нм); температура осаждения подслоя (Тⁿ,^oC) условия отжига подслоя температура (T_o,^oC) давление (P_o, Па) длительность отжига (t_o, мин) отношение QWF₆/Q_{инертный газ} (, отн.ед.) температура доращивания (Т_д,^oС) отношение емкостей в каждом конкретном случае (С_к ) к емкости, характерной для случая, в котором нижняя обкладка выполнена с использованием пленки, осажденной по способу-прототипу (C_п ) (C_к /C_п отн.ед.), формирование микрорельефа в нижележащем слое отношение трудоемкостей способов осаждения в каждом конкретном случае относительно способа-прототипа (Т_к/T_п, отн.ед.). Из таблицы очевидна нецелесообразность использования способа осаждения пленок поликристаллического кремния, при реализации которого режимы формирования подслоя и его отжига выходили за данные пределы. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что способ (пример 1-3) по сравнению с прототипом (пример 10) позволяет увеличить площадь поверхности пленки в 1,8-2,6 раза, уменьшить трудоемкость на 30% за счет изменения условий зародышеобразования и формирования зерен, габитус которых имеет куполообразную форму.

Формула изобретения

Способ осаждения пленок поликристаллического кремния, включающий осаждение на кремниевую подложку подслоя кремния при давлении 2,66 13,3 Па пиролитическим разложением моносилана, доращивание подслоя кремния при 600 - 650^oС до получения заданной толщины, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и увеличения степени развитости микрорельефа путем изменения условий зародышеобразования, подслой осаждают толщиной 5 18 нм при температуре доращивания подслоя, затем при той же температуре проводят отжиг при давлении 2,66 13,3 Па в смеси гексафторида вольфрама при соотношении гексафторид вольфрама-инертный газ 1:20 100 в течение 0,25 1 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000