Способ получения слоя диоксида кремния и устройство для его реализации

Способ получения слоя диоксида кремния и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к осаждению разных диэлектрических слоев производных кремния в производстве субмикронных СБИС (сверхбольших интегральных схем).

При производстве субмикронных СБИС с фотохемографическими линейными размерами меньше 0,25 мкм возникает ряд проблем:

- дефицит термического бюджета времени;

- конформность покрытия микрорельефа подложки осаждаемыми слоями;

- формирование барьерных контактных слоев для глубин залегания р-n переходов ≤ (50-100) нм;

- конформность формирования адгезионных слоев в переходных окнах многослойной металлизации с аспектным отношением h/b≥3 (h - высота ступеньки, b - ее ширина);

- конформного осаждения зародышевого слоя меди на топологический рельеф диэлектрика, покрытый слоем барьерного материала при формировании медной металлизации.

Конформность покрытия микрорельефа осаждаемыми слоями была решена химическим осаждением из паровой фазы при пониженном давлении [1, 2, 3], но температура их осаждения составляет 1013К, что несовместимо с формированием многослойной металлизации. Понижение температуры процессов осаждения слоев, традиционно осуществляемое с помощью фото- и плазмохимичекой активации, сопровождается воздействием ионной, электронной и фотонной бомбардировкой как на элементы интегральных схем, так и на осаждаемые слои, что вызывает образование радиационных дефектов, приводящих к деградации и нестабильности электрофизических свойств интегральных микросхем.

В работе [4] для снижения температуры осаждения нитрид титановых слоев использовался гидразин с тетракис(диметиламидо)титаном в температурном диапазоне (323-473)К. Гидразин является взрывоопасным, отравляющим веществом с пределом взрываемости 2,5-97 об.%, первого класса опасности с предельно допустимой концентрацией 0,1 мг/м³.

Существуют методы активации процессов осаждения возбужденными атомами (например, Kr, Хе, Ne, Ar) [5] и атомами, полученными из их молекул (например, N₂, O₂, F₂) [6], которые не несут в зону заряженных частиц, а реализуют энергию, запасенную в возбужденных атомах или разорванных связях молекул, для активации процессов.

Известен способ получения подзатворного диоксида кремния [5] в плазме смеси кислорода и криптона. Смесь кислорода с криптоном пропускали через микроволновой генератор мощностью 100 Вт и частотой 2,45 ГГц. Энергия, накопленная в криптоне (первая энергия возбуждения криптона - 9,9 эВ), в период столкновения с молекулами кислорода передавалась последним, в результате чего вырабатывается возбужденный и атомарный кислород, который транспортируется на подложку, расположенную на подложкодержателе. Подложкодержатель расположен на определенном расстоянии от генератора. Температура подложкодержателя поддерживалась на уровне 723К. При большом расходе криптона происходит возбуждение только криптона, но не молекул кислорода. При малом расходе криптона происходит возбуждение малого количества кислорода. Это сказывается на воспроизводимости формирования слоев диоксида кремния.

Известен способ получения слоев нитрида кремния при пониженном давлении [6] по реакции 4N(⁴S)+3SiI₄=Si₃N₄+6I₂, N(⁴S) - атомарный азот. Молекулярный азот пропускали через микроволновой генератор мощностью 100 Вт, частотой 2,45 ГГц. Для получения йодистого кремния йод пропускали через кремниевой порошок при температеуре 973К. Йодистый кремний и атомарный азот транспортировался на подложку, расположенную на подложкодержателе при температуре (523-823) К.

Недостатком вышеуказанных способов получения слоев диоксида и нитрида кремния является низкая производительность процессов (поштучная обработка подложек), а низкая концентрация возбужденных атомов и атомарного азота 0,01% при пропускании атомов и молекулярного азота через микроволновой генератор влияет на воспроизводимость и стабильность качества получаемых слоев.

Ограничения, связанные с малой концентрацией возбужденных атомов газообразных веществ и атомарных газообразных веществ, полученных из их молекулярной формы, влияющих на воспроизводимость слоев, могут быть устранены повышением их концентрации в камере осаждения.

Наиболее эффективным методом получения возбужденных атомов газообразных веществ и атомов газообразных веществ, полученных из их молекулярной формы, являются неравновесные процессы, которые реализуются ударно-волновым способом с 100% выходом последних [7]. Таким образом для конформности осаждения слоев необходимо использовать химическое осаждение при пониженном давлении, а для снижения температуры осаждения слоев - энергию возбужденных атомов газообразных веществ и атомов газообразных веществ, полученных из их молекулярной формы. В настоящее время в производстве интегральных микросхем для получения маскирующих и подзатворных слоев диоксида кремния используется два способа:

- термическое окисление кремния при атмосферном, повышенном [8] и пониженном [9] давлении;

- осаждение слоев диоксида кремния при пониженном давлении из кремнийорганических соединений [10].

Термическое окисление кремния при атмосферном и пониженном давлении может осуществляться с добавками растворов соляной кислоты или газообразного хлористого водорода для улучшения электрофизических свойств слоев диоксида кремния. Недостатками данных способов получения слоев диоксида кремния являются высокие температуры проведения процессов (не менее 993-1273К), а HCl обладает высокой коррозионной способностью.

Наиболее близким аналогом по количеству совпадающих признаков в части способа, принятым нами за прототип, является получение слоев диоксида кремния при пониженном давлении [9].

Наиболее близким аналогом в части устройства, принятым нами за прототип, является пат. РФ №1334781, МПК С30В 25/00, опубл. 20.04.96, «Устройство для получения слоев из газовой фазы» [11].

На фиг.1 представлено устройство в соответствии с прототипом. Устройство для получения слоев из газовой фазы включает реактор, состоящий из горизонтальной кварцевой трубы 1, коаксиально внутри которой установлена кварцевая труба 2 с продольными прорезями 3. Кварцевые трубы 1 и 2 герметизированы от атмосферы уплотнительными кольцами 4, вокруг которых расположен нагреватель 5. Пространство, заключенное между трубами 1 и 2, образует камеру подачи 6, а пространство внутри трубы 2 - камеру осаждения 7. Коаксиально камере подачи 6 установлен трехзонный нагреватель 5. Камера осаждения 7 закрыта с одного конца вакуумной заслонкой 8, а к другому концу подсоединен вакуумный агрегат 9, связанный с камерой осаждения 7 через вакуумный затвор 10, дроссельную заслонку 11 и откачной трубопровод 13. Абсолютное давление в камере осаждения 7 контролируется вакууметром 12. Температура в камере осаждения контролируется встроенной трехточечной платинородиевой термопарой 14. В камере осаждения на кассете перпендикулярно потоку располагаются обрабатываемые подложки 15. Реактор закрывается уплотненной вакуумной заслонкой 8 и откачивается через откачной трубопровод 13 и вакуумный затвор 10 вакуумным агрегатом 9. В трубопроводе 13 установлена дроссельная заслонка 11 для регулировки давления в камере осаждения 7.

Недостатком данного устройства является то, что процессы осаждения осуществляются при относительно высоких температурах (993-1173) К.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности путем достижения технического результата, заключающегося в уменьшении температуры осаждения слоя диоксида кремния.

Техническая задача в части способа решается тем, что способ получения слоя диоксида кремния включает загрузку кассеты с кремниевыми подложками через открытую вакуумную заслонку в камеру осаждения реактора, закрытие вакуумной заслонки, медленную откачку реактора до (300-400) Па, открытие вакуумного затвора, подачу инертного газа в реактор и откачку до времени стабилизации температуры в камере осаждения, отключение инертного газа и откачку реактора до предельного вакуума, закрытие вакуумного затвора, проверку реактора на герметичность, открытие вакуумного затвора, подачу в камеру подачи молекулярного кислорода, подачу в разрядную камеру генератора молекулярного кислорода (О₂), преобразование его в разрядной камере генератора в атомарный кислород ударно-волновым способом путем подачи напряжения с генератора импульсных токов на электроды разрядной камеры генератора атомарного кислорода, поступление атомарного кислорода по кварцевой трубке в камеру осаждения, прекращение подачи молекулярного кислорода в генератор и в камеру подачи, откачку реактора до предельного вакуума, подачу в камеру осаждения инертного газа и прокачку реактора, прекращение подачи инертного газа и откачку реактора до предельного вакуума, закрытие затвора и заполнение реактора инертным газом до давления (300-600) Па, увеличение расхода инертного газа и заполнение реактора до атмосферного давления, открытие вакуумной заслонки и выгрузку кассеты с подложками, закрытие вакуумной заслонки, открытие вакуумного затвора, подачу в реактор инертного газа и откачку реактора до следующего процесса.

Способ включает также следующие действия:

- окисление кремниевых подложек атомарным кислородом;

окисление кремниевых подложек атомарным кислородом с подачей в камеру осаждения хлорорганических веществ, например трихлорэтана C₂H₃Cl₃, или трихлорэтилена C₂HCl₃, или дихлорэтилена C₂H₂Cl₂;

- получения слоя диоксида кремния пиролизом органооксисилоксанового вещества с подачей в камеру подачи например, ТМОСа [(OCH₃)₃Si], или ТЭОСа [(OC₂H₅)₄Si], или ЭТЭСа [С₂Н₅(OC₂H₅)₃Si] с молекулярным кислородом и подачей молекулярного кислорода в камеру осаждения;

получения слоя диоксида кремния с подачей в камеру подачи молекулярного кислорода и силанового вещества, например, моносилана SiH₄, или дисилана Si₂H₆, или хлорсиланового вещества, например, дихлорсилана SiH₂Cl₂, или тетрахлорсилана SiCl₄ и подачи в камеру осаждения атомарного кислорода.

Техническая задача в части устройства решается тем, что устройство для получения слоя диоксида кремния включает реактор, состоящий из горизонтальной кварцевой трубы с продольными отверстиями, равномерно расположенными в шахматном порядке на ее стенках, являющейся камерой осаждения с обрабатываемыми подложками на кассете, и наружно установленной кварцевой трубы, коаксиальной с кварцевой трубой с продольными отверстиями, камеры подачи между указанными трубами, патрубок, трехзонный нагреватель, причем кварцевые трубы герметизированы относительно друг друга и от атмосферы, уплотненную вакуумную заслонку, откачной трубопровод, дроссельную заслонку, вакуумный затвор, генератор атомов ударно-волнового действия, состоящий из разрядной камеры, выполненной в виде кварцевой трубы, и герметично соединенных с ней металлических электродов, служащих для возбуждения электрического разряда и имеющих отверстие для подачи в разрядную камеру веществ в газообразном состоянии и отверстие для вывода атомарных веществ в камеру осаждения через кварцевую трубку, подсоединенную к камере осаждения, генератор импульсных токов, содержащий конденсаторную батарею и устройство, регулирующее частоту ее разрядов, подключенное одним полюсом к электроду, а другим - к металлическим пластинам, соединенным с металлической трубой, коаксиально установленной в разрядной камере.

Для достижения названного технического результата в устройстве для реализации способа получения слоя диоксида кремния, включающем реактор, состоящий из горизонтальной кварцевой трубы 2 с продольными отверстиями 3, равномерно расположенными в шахматном порядке на ее стенках, являющейся камерой осаждения 7 с обрабатываемыми подложками 15 на кассете, и наружно установленной кварцевой трубы 1, коаксиальной с кварцевой трубой 2 с продольными отверстиями 3, камеры подачи 6 между указанными трубами, откачной трубопровод 13, трехзонный нагреватель 5, уплотнительные кольца 4, которые герметизируют кварцевые трубы 1 и 2 относительно друг друга и от атмосферы, уплотненную вакуумную заслонку 8, откачной трубопровод 13, дроссельную заслонку 11, вакуумный затвор 10, вакууметр 12, к камере осаждения 7 (фиг.1) кварцевой трубкой 17 подсоединяется генератор атомов 16 (фиг.2), включающий разрядную камеру 18, выполненную из кварцевой трубы 19.

По краям кварцевой трубы 19 с помощью уплотнений 21 герметично подсоединены металлические электроды 20. Электроды 20 служат для возбуждения электрического разряда и имеют отверстие для подачи в разрядную камеру веществ в газообразном состоянии и отверстие для вывода атомарных веществ в камеру осаждения через кварцевую трубку 17. Коаксиально разрядной камере установлена полая металлическая труба 22, являющаяся частью обратного токопровода и которая удерживает электрический разряд на оси разрядной камеры. Полость в трубе 22 служит для охлаждения водой разрядной камеры 18. Между металлической трубой 22 и электродами 20 установлены металлические пластины 23. Пластины 23 являются частями обратного токопровода и служат для образования магнитного поля, которое направляет продукты эрозии электродов 20 на внутренние стенки разрядной камеры 18. Генератор импульсных токов 24 содержит конденсаторную батарею и устройство, регулирующее частоту ее разрядов, которое подключается одним полюсом к электроду 20, а другим - к металлическим пластинам 23 через внутренний кожух металлической трубы 22.

Устройство для осаждения слоя диоксида кремния позволяет реализовать способ получения слоя диоксида кремния следующим образом. Кассету с подложками 15, прошедшими химическую обработку, через открытую вакуумную заслонку 8, загружают в камеру осаждения 7 реактора. Закрывают вакуумную заслонку 8 и проводят медленную откачку реактора до 300-400 Па, например через байпасную линию или откачной трубопровод 13, открывают вакуумный затвор 10, подают инертный газ в реактор и проводят откачку до времени стабилизации температуры в камере осаждения 7. Отключают инертный газ и проводят откачку до предельного вакуума. Закрывают вакуумный затвор 10 и в течение одной минуты проверяют реактор на герметичность. После проверки реактора на герметичность открывают затвор (на чертежах не показан) и подают молекулярный кислород в разрядную камеру 18 генератора атомов 16, которая преобразует молекулярный кислород в атомарный, поступающий в камеру осаждения, а в камеру подачи 6 подают молекулярный кислород. Давление кислорода в камере подачи 6 поддерживают на 5-10% больше, чем давление атомарного кислорода в камере осаждения 7. Окисление подложек происходит в результате взаимодействия атомарного кислорода с кремниевыми подложками 15. При достижении необходимой толщины слоя диоксида кремния прекращают подачу молекулярного кислорода в генератор атомов 16 и камеру подачи 6, откачивают реактор до предельного вакуума, закрывают вакуумный затвор 10 и заданным расходом инертного газа заполняют реактор до давления 300-600 Па, увеличивают расход инертного газа до 300 л/ч и заполняют реактор до атмосферного давления. Открывают вакуумную заслонку 8 и выгружают кассету с подложками 15. После выгрузки закрывают вакуумную заслонку 8, открывают вакуумный затвор 10, подают в реактор инертный газ и проводят откачку реактора до следующего процесса.

Для предотвращения образования углерода в реакторе и на обрабатываемых подложках при получении диоксида кремния с применением хлорорганического вещества необходимо сначала подавать молекулярный кислород в генератор и камеру подачи, а потом в камеру осаждения хлорорганическое вещество, после окончания процесса получения слоя диоксида кремния прекращают подачу в камеру осаждения хлорорганического вещества, а потом молекулярного кислорода в генератор и камеру подачи.

Пример 1. Получение подзатворных слоев диоксида кремния окислением кремниевых подложек атомарным кислородом.

Для этого производили разгерметизацию реактора, закрытием вакуумного затвора 10 и наполнением реактора аргоном до атмосферного давления, открывали вакуумную заслонку 8. Кассету с кремниевыми подложками 15 (по две подложки в пазу кассеты нерабочими сторонами одна к другой, с расстоянием между подложками 4,76 мм) загружали в реактор. Закрывали вакуумную заслонку 8 и проводили медленную откачку реактора до 300-400 Па, например через байпасную линию или откачной трубопровод 13, открывали вакуумный затвор 10, подавали аргон расходом 50-70 л/ч в реактор и проводили откачку до времени стабилизации температуры в камере осаждения на уровне 773±1К. Отключали аргон и проводили откачку реактора. По достижении предельного вакуума в реакторе закрывали вакуумный затвор 10, проверяли реактор на герметичность в течение минуты и закрывали вакуумный затвор 10. Подавали в разрядную камеру 18 генератора атомов 16 молекулярный кислород (О₂) расходом 70-80 л/ч, где его преобразовывали в атомарный кислород ударно-волновым способом, т.е. путем подачи напряжения с конденсаторной батареи генератора импульсных токов 24 на электроды 20 разрядной камеры 18 генератора атомов 16, который по кварцевой трубе 19 поступал в камеру осаждения 7, а в камеру подачи 6 подавали молекулярный кислород. Давление в камере осаждения 7 реактора поддерживали на уровне 233-1000 Па. Подвод атомарного кислорода к кремниевым подложкам 15 осуществлялся диффузионным потоком. Ввиду высокой электроотрицательности кислорода (большое сродство к электрону) кислород абсорбировался поверхностью кремния и превращался в отрицательно заряженный ион атомарного кислорода (О^-). Активные формы кислорода О и О^- окисляли поверхность кремния, а также ускоренно диффундировали через образующийся слой диоксида кремния к поверхности кремния и окисляли его. По достижению определенной толщины слоя диоксида кремния прекращали подачу молекулярного кислорода в генератор атомов 16 и в камеру подачи 6. Откачивали реактор до предельного вакуума, подавали в камеру осаждения 7 аргон расходом 50-70 л/ч и проводили прокачку реактора. Прекращали подачу аргона и откачивали реактор до предельного вакуума. Закрывали вакуумный затвор 10 и заданным расходом инертного газа заполняли реактор до давления 300-600 Па, увеличивали расход аргона до 300 л/ч и заполняли реактор до атмосферного давления. Открывали вакуумную заслонку 8 и выгружали кассету с подложками 15. После выгрузки закрывали вакуумную заслонку 8, открывали вакуумный затвор 10, подавали в реактор аргон с расходом 300 л/ч и проводили откачку реактора до следующего процесса.

На фиг.3 представлена зависимость толщины слоя диоксида кремния, полученного с применением атомарного кислорода при Т=773К и давлении 266 Па (фиг.3, кривая 2) и с применением молекулярного кислорода при Т=1023К (фиг.3, кривая 1). Плотность эффективного заряда изменялась в пределах (2,7-5)×10¹⁰ см^-2.

Пример 2. Получение пиролизного слоя диоксида кремния окислением кремниевых подложек атомарным кислородом с применением хлорорганического вещества.

Производили разгерметизацию реактора, закрытием вакуумного затвора и наполнением реактора аргоном до атмосферного давления, открывали вакуумную заслонку. Кассету с кремниевыми подложками (по две подложки в пазу кассеты нерабочими сторонами одна к другой, с расстоянием между подложками 4,76 мм) загружали в реактор. Закрывали вакуумную заслонку и проводили медленную откачку реактора до (300-400) Па через байпасную линию, открывали вакуумный затвор, подавали аргон расходом 50-70 л/ч в реактор и проводили откачку до времени стабилизации температуры в зоне осаждения на уровне 773±1К. Отключали аргон и проводили откачку реактора. По достижении предельного вакуума в реакторе закрывали вакуумный затвор, проверяли реактор на герметичность в течение минуты и закрывали вакуумный затвор. Подавали в разрядную камеру генератора молекулярный кислород (О₂) расходом 70-80 л/ч, где его преобразовывали в атомарный кислород ударно-волновым способом при подаче напряжения с конденсаторной батареи на электроды разрядной камеры генератора, который по кварцевой трубке поступал в зону осаждения, а в камеру подачи молекулярный кислород. После подачи молекулярного кислорода в генератор и камеру подачи в камеру осаждения подавали хлорорганическое вещество, например, трихлорэтилен C₂HCl₃. Давление в зоне осаждения реактора поддерживали на уровне 1000 Па. Время подачи реагентов составляло 60 мин.

Подвод атомарного кислорода к кремниевым подложкам осуществляется диффузионным потоком. Ввиду высокой электроотрицательности кислорода (большое сродство к электрону) кислород абсорбировался поверхностью кремния и превращался в отрицательно заряженный ион атомарного кислорода (О^-). Наряду с активными формами кислорода О и О^-, быстро диффундирующими через образующийся слой диоксида кремния, рекомбинируя атомарный кислород передает высвобожденную энергию трихлорэтилену. В результате этой реакции образуются: атомарный хлор, который образует с примесями тяжелых металлов летучие соединения, т.е. очищает подложки от последних; образуются пары воды, которые ускоряют формирование диоксида кремния. По достижению определенной толщины слоя диоксида кремния прекращали подачу хлорорганического вещества в камеру подачи, а потом молекулярного кислорода в камеру подачи и в генератор. Откачивали реактор до предельного вакуума, подавали в камеру осаждения аргон расходом 50-70 л/ч и проводили прокачку реактора. Прекращали подачу аргона и откачивали реактор до предельного вакуума. Закрывали затвор и расходом инертного газа заполняли реактор до давления 300-600 Па, увеличивали расход аргона до 300 л/ч и заполняли реактор до атмосферного давления. Открывали вакуумную заслонку и выгружали кассету с подложками. После выгрузки закрывали вакуумную заслонку, открывали вакуумный затвор, подавали в реактор аргон с расходом 300 л/ч и проводили откачку реактора до следующего процесса. Толщина слоя диоксида кремния составляла 150±3Å, плотность эффективного заряда носителей изменялась в пределах (1-3)·10¹⁰ см^-2.

3. Получение слоя диоксида кремния пиролизом органооксисилаксанового вещества с молекулярным кислородом.

Производили разгерметизацию реактора, закрытием вакуумного затвора и наполнением реактора аргоном до атмосферного давления, открывали вакуумную заслонку. Кассету с кремниевыми подложками (по две подложки в пазу кассеты нерабочими сторонами одна к другой, с расстоянием между подложками 4,76 мм) загружали в реактор. Закрывали вакуумную заслонку и проводили медленную откачку реактора до 300-400 Па через байпасную линию, открывали вакуумный затвор, подавали аргон расходом 50-70 л/ч в реактор и проводили откачку до времени стабилизации температуры в зоне осаждения на уровне 613±1К. Отключали аргон и проводили откачку реактора. По достижении предельного вакуума в реакторе закрывали вакуумный затвор, проверяли реактор на герметичность в течение минуты и открывали вакуумный затвор. Подавали молекулярный кислород, тетраэтилортосиликат (ТЭОС) из испарителя через регуляторы расхода газа (РРГ) в камеру подачи, при этом температуру испарителя и магистраль подачи ТЭОСа термостатировали на уровне 298-300К. Поступая в камеру подачи ТЭОС не активируется, так как температура осаждения ниже температуры активации ТЭОСа 973-1013К. Подавали в разрядную камеру генератора молекулярный кислород (О₂) расходом 70-80 л/ч, где его преобразовывали в атомарный кислород ударно-волновым способом при подаче напряжения с конденсаторной батареи на электроды разрядной камеры генератора, который по кварцевой трубке поступал в зону осаждения. Давление в зоне осаждения реактора поддерживали на уровне 70-80 Па. Подвод атомарного кислорода, ТЭОСа и молекулярного кислорода к кремниевым подложкам осуществляется диффузионным потоком. Адсорбируясь на подложках молекулы ТЭОСа активируются атомарным кислородом, который, рекомбинируя на подложке, передает освобожденную энергию последним, превращая их в слой диоксида кремния на подложке, а также С₂Н₅ОН и С₂Н₄ в газовом состоянии, которые откачиваются вакуумным насосом. Время подачи реагентов составляло 60 мин. Прекращали подачу реагентов и откачивали реактор до предельного вакуума, подавали в камеру осаждения аргон расходом 50-70 л/ч и проводили прокачку реактора. Прекращали подачу аргона и откачивали реактор до предельного вакуума. Закрывали затвор и расходом инертного газа заполняли реактор до давления 300-600 Па, увеличивали расход аргона до 300 л/ч и заполняли реактор до атмосферного давления. Отрывали вакуумную заслонку и выгружали кассету с подложками. После выгрузки закрывали вакуумную заслонку, открывали вакуумный затвор, подавали в реактор аргон с расходом 300 л/ч и проводили откачку реактора до следующего процесса. При этом толщина диоксида кремния составляла 350±15 нм, плотность эффективного заряда носителей изменялась в пределах (5-8)·10¹⁰ см^-2.

4. Получение слоя диоксида кремния окислением силанового вещества атомарным кислородом.

Производили разгерметизацию реактора, закрытием вакуумного затвора и наполнением реактора аргоном до атмосферного давления, открывали вакуумную заслонку. Кассету с кремниевыми подложками (по две подложки в пазу кассеты нерабочими сторонами одна к другой, с расстоянием между подложками 14 мм) загружали в реактор. Закрывали вакуумную заслонку и проводили медленную откачку реактора до 300-400 Па через байпасную линию, открывали вакуумный затвор, подавали аргон расходом 50-70 л/ч в реактор и проводили откачку до времени стабилизации температуры в зоне осаждения на уровне 573±1К. Отключали аргон и проводили откачку реактора. По достижении предельного вакуума в реакторе закрывали вакуумный затвор, проверяли реактор на герметичность в течение минуты и открывали вакуумный затвор. Подавали моносилан 40 л/ч и молекулярный кислород 15 л/ч через регуляторы расхода газа (РРГ) в камеру подачи, а в разрядную камеру генератора молекулярный кислород О₂ расходом 70-80 л/ч, где его преобразовывали в атомарный кислород ударно-волновым способом при подаче напряжения с конденсаторной батареи на электроды разрядной камеры генератора, который по кварцевой трубке поступал в зону осаждения. Давление в зоне осаждения реактора поддерживали на уровне 80-90 Па. Время подачи реагентов составляло 60 мин. Прекращали подачу реагентов и откачивали реактор до предельного вакуума, подавали в камеру осаждения аргон расходом 50-70 л/ч и проводили прокачку реактора. Прекращали подачу аргона и откачивали реактор до предельного вакуума. Закрывали затвор и расходом инертного газа заполняли реактор до давления 300-600 Па, увеличивали расход аргона до 300 л/ч и заполняли реактор до атмосферного давления. Отрывали вакуумную заслонку и выгружали кассету с подложками. После выгрузки закрывали вакуумную заслонку, открывали вакуумный затвор, подавали в реактор аргон с расходом 300 л/ч и проводили откачку реактора до следующего процесса. Толщина диоксида кремния составляла 600±18 нм, плотность эффективного заряда носителей изменялась в пределах (7-9)·10¹⁰ см^-2.

5. Получение слоя диоксида кремния окислением атомарным кислородом хлорсиланового вещества.

Производили разгерметизацию реактора, закрытием вакуумного затвора и наполнением реактора аргоном до атмосферного давления, открывали вакуумную заслонку. Кассету с кремниевыми подложками (по две подложки в пазу кассеты нерабочими сторонами одна к другой, с расстоянием между подложками 4,76 мм) загружали в реактор. Закрывали вакуумную заслонку и проводили медленную откачку реактора до 300-400 Па через байпасную линию, открывали вакуумный затвор, подавали аргон расходом 50-70 л/ч в реактор и проводили откачку до времени стабилизации температуры в зоне осаждения на уровне 663±1К. Отключали аргон и проводили откачку реактора. По достижении предельного вакуума в реакторе закрывали вакуумный затвор, проверяли реактор на герметичность в течение минуты и открывали вакуумный затвор. Подавали дихлорсилан с расходом 15 л/ч и молекулярный кислород 15 л/ч через регуляторы расхода газа (РРГ) в камеру подачи, а в разрядную камеру генератора молекулярный кислород О₂ с расходом 70-80 л/ч, где его преобразовывали в атомарный кислород ударно-волновым способом при подаче напряжения с конденсаторной батареи на электроды разрядной камеры генератора, который по кварцевой трубке поступал в зону осаждения. Время подачи реагентов составляло 60 мин. Прекращали подачу реагентов и откачивали реактор до предельного вакуума, подавали в камеру осаждения аргон расходом 50-70 л/ч и проводили прокачку реактора. Прекращали подачу аргона и откачивали реактор до предельного вакуума. Закрывали затвор и расходом инертного газа заполняли реактор до давления 300-600 Па, увеличивали расход аргона до 300 л/ч и заполняли реактор до атмосферного давления. Отрывали вакуумную заслонку и выгружали кассету с подложками. После выгрузки закрывали вакуумную заслонку, открывали вакуумный затвор, подавали в реактор аргон с расходом 300 л/ч и проводили откачку реактора до следующего процесса. Толщина диоксида кремния составляла 300±5 нм, плотность эффективного заряда носителей изменялась в пределах (6-8)·10¹⁰ см^-2.

Как следует из рассмотренного технического решения использование реактора с распределенной подачей реагентов и подсоединенного к реактору генератора атомов, вырабатывающего возбужденные атомы газообразных веществ и атомы газообразных веществ, полученные из их молекулярной формы, позволяет решить поставленную задачу и реализовать способ получения слоя диоксида кремния в полном объеме. Данное устройство позволяет снизить температуру формирования слоев диоксида кремния.

Источники информации

1. Rosler Richard S. Low pressure CVD production for poly, nitride and oxide. Solid- State Technology. V.20, N.4, 1977, p.63-70.

2. Семенова О.И., Ненашева Л.А. Получение слоев нитрида кремния аммонолизом тетрахлорида кремния в реакторе с пониженным давлением. Неорганические материалы. Т.17, N.7, 1981, с.1223-1225.

3. Пат. США N 3934060, С23 С11/08, 1976.

4. Amato-Wierda С, Norton Edward Т., Wierda Derek A. Low temperature cyemical vapor deposition on titanium nitride thin films with hydrasine and tetraris(dimethylamido) ntitanium. Electrochemical and Solid-State Letters 2(12), 1999, p.613-615.

5. Tomo Ueno, Ayuka Morioko, Shinko Chikamura, Yoshitako Iwasaki. Low temperature and low - activanion-energy process for the qate oxidation of Si substrates. Jpn. J. Appl. Phys. V.39, part.2, N.4B, 2000, p.L. 237-239.

6. Shiloh M., Gayer В., Brinkman F.E. Preparation of nitrides by active nitroqen. J. Electrochemical Soc: Solid-State Science and Technology. V.124, N.2, 1977, p.295-300.

7. Захаров Л.Н. и др. Получение атомов азота N(⁴S). Физика и химия обработки материалов. N.2, 1985, с.79-84.

8. Технология СБИС. Под ред. С.М.Зи, книга 1. М.: Мир, 1986, с.143-153.

9. J.Electrochem Soc, V.127, N.8, p.1787. Получение диоксида кремния при пониженном давлении. - прототип в части способа.

10. Технология СБИС. Под ред. С.М.Зи, книга 1. М.: Мир, 1986, с.127-129.

11. Пат. РФ N 1334781, С30В 25/00, опубл. БИ №11, 20.04.96, «Устройство для получения слоев из газовой фазы» - прототип в части устройства.

1. Способ получения слоя диоксида кремния, включающий загрузку кассеты с кремниевыми подложками через открытую вакуумную заслонку в камеру осаждения реактора, закрытие вакуумной заслонки, медленную откачку реактора до (300-400) Па через байпасную линию, открытие вакуумного затвора, подачу инертного газа в реактор и откачку до времени стабилизации температуры в камере осаждения, отключение инертного газа и закрытие вакуумного затвора по достижении предельного вакуума в реакторе, проверку реактора на герметичность, открытие вакуумного затвора, подачу молекулярного кислорода в камеру подачи и в разрядную камеру генератора атомов, преобразование его в разрядной камере генератора атомов в атомарный кислород ударно-волновым способом путем подачи напряжения с конденсаторной батареи на электроды разрядной камеры генератора атомов, подачу атомарного кислорода по кварцевой трубке в камеру осаждения, прекращение подачи молекулярного кислорода в генератор и в камеру подачи, подачу в камеру осаждения инертного газа и прокачку реактора, прекращение подачи инертного газа и откачку реактора, закрытие затвора и заполнение реактора инертным газом до давления (300-600) Па, увеличение расхода инертного газа и заполнение реактора до атмосферного давления, открытие вакуумной заслонки и выгрузку кассеты с подложками, закрытие вакуумной заслонки, открытие вакуумного затвора, подачу в реактор инертного газа и его откачку до следующего процесса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают молекулярный кислород в генератор и камеру подачи, а потом в камеру осаждения подают хлорорганическое вещество, например трихлорэтан C₂H₃Cl₃ или трихлорэтилен С₂НСl₂, дихлорэтилен C₂H₂Cl₂.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что после формирования слоя диоксида кремния прекращают подачу в камеру осаждения хлорорганического вещества, молекулярного кислорода в генератор, молекулярного кислорода в камеру подачи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру подачи подают молекулярный кислород с органооксисилановым веществом, например ТМОСом [(OCH₃)₄Si], ТЭОСом [(OC₂H₅)₄Si], ЭТЭСом [C₂H₅(OC₂H₅)₃Si].

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру подачи подают молекулярный кислород с силановым веществом, например моносиланом SiH₄ или дисиланом Si₂H₆, или с хлорсилановым веществом, например дихлорсиланом SiH₂Cl₂ или тетрахлорсиланом SiCl₄.

6. Устройство для получения слоя диоксида кремния, включающее реактор, состоящий из внутренней горизонтальной кварцевой трубы с продольными отверстиями, равномерно расположенными в шахматном порядке на ее стенках, являющейся камерой осаждения с обрабатываемыми подложками на кассете, и наружную коаксиальную кварцевую трубу, камеру подачи между указанными трубами, герметизированными от атмосферы, патрубок, трехзонный нагреватель, уплотненную вакуумную заслонку, откачной трубопровод, дроссельную заслонку, вакуумный затвор, генератор атомов ударно-волнового действия, состоящий из разрядной камеры, выполненной в виде кварцевой трубы и герметично соединенных с ней металлических электродов, служащих для возбуждения электрического разряда и имеющих отверстие для подачи в разрядную камеру веществ в газообразном состоянии и отверстие для вывода атомов в камеру осаждения через подсоединенную к ней кварцевую трубку, генератор импульсных токов, содержащий конденсаторную батарею и устройство, регулирующее частоту ее разрядов, подключенный одним полюсом к электроду, а другим - к металлическим пластинам, соединенным с металлической трубой, расположенной коаксиально разрядной камере.