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. The invention relates to microelectronics technology, namely to the production of dielectric films used as gate, interlayer and passivating coatings in the manufacture of multilevel ultra-large integrated circuits (VLSI) requiring low-temperature processing conditions.
В технологии СБИС широко используются пленки диоксида кремния, получаемые или окислением кремния при температуре 1200оС в присутствии различных добавок, или в реакции окисления моносилана кислородом в присутствии инертного газа при температуре не ниже 400оС [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 250оС (например, арсенидом гелия и другими типами А3В5 или А2В6).In VLSI Technology widely used silica film obtained or silicon oxidation at 1200 ° C in the presence of various additives, or oxidation of silane with oxygen in the presence of an inert gas at a temperature not lower than 400 ° C [1] Despite the difference in the technological design of these methods in both cases, the high temperatures that are not acceptable when using semiconductor compounds that change the composition when heated above 250 ° C (e.g., helium arsenide and other types of a 3 B 5, or a 2 B 6).
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.Closest to the invention is a method for producing films of silicon dioxide, comprising the oxidation of silicon compounds in the presence of ammonia additives [2]
The use of fundamentally low temperatures in the prototype method is limited by the fact that the technology is developed only in application to monosilane, and there is no information in the literature on the use of other gaseous silicon-containing reagents. In addition, it is not possible to deposit films during a single ignition process, but only during oxidation under stream conditions.
Целью изобретения является получение тонких пленок с улучшенной однородностью при низких технологических температурах. The aim of the invention is to obtain thin films with improved uniformity at low process temperatures.
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. The goal is achieved in that dichlorosilane is used as the oxidizable silicon compound, the reaction is carried out under quasistatic conditions with a single ignition, and the flame is initiated by a pulsed local energy source remote from the substrate.
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. In this case, to achieve the goal, the phenomenon of expansion of the ignition region with additional initiation, which was found in the oxidation reaction of dichlorosilane, the so-called positive interaction of chains. This feature of the reaction is determined only by the branched-chain mechanism of the process, and the reaction at low pressures is not accompanied by self-heating. Additional initiation thereby allows to expand the boundaries of the ignition region of the reacting mixture. In the process of film deposition in order to improve the quality of the latter, it becomes possible to lower the total pressure and flash point of the mixture. Carrying out the reaction with a single ignition makes it possible to obtain very thin dielectric layers in a time of ≈ 0.1 s. The use of dichlorosilane instead of monosilane can reduce the content of undesirable Si-H bonds in the film, while the presence of traces of ammonia also helps to improve the adhesion and uniformity of the Si dioxide film.
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 0оС 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 130оС. 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 .PRI me R. Cylindrical reactor for producing silicon dioxide film of 200 mm and a diameter of 120 mm is made of quartz and provided with cooled to 0 ° C jacketed removable lid and flanges to enter the gas pressure measurement and pumping. At the bottom of the reactor is a flat round heater with a diameter of 100 mm. Initiation is carried out by heating 3-5 turns of a nichrome wire with a diameter of 0.3 mm, introduced into the reactor through hermetic contacts. A silicon wafer with a diameter of 76 mm is placed on the surface of the heater and heated to 130 ° C. Previously, an ammonia pressure in the trace amount of not more than 0.1 Pa is created in the reactor. Then the reactor is filled with a pre-prepared mixture of dichlorosilane with oxygen in a ratio of 1: 1 to a pressure of 250 Pa. Ignition is carried out by passing through a nichrome wire current a battery of capacitors with a capacity of 400 μF and a voltage of 150 V. Then the reactor is pumped out to 0.1 Pa, air is blown in and platinum is removed. With a single ignition, the thickness of the deposited silicon dioxide film is 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.The method is invariant to the type of external energy source used for additional initiation. For this purpose, various sources of radiation have been tested, which are valid up to the moment of visual inspection of the presence of a flash, which can be organized in various instrument designs. The resulting films practically do not contain Si – H bonds and have a controlled etching rate in argon plasma. These properties of the films make them promising for use in the technology of A 3 B 5 compounds as a gate or interlayer dielectric, as well as for protecting materials with the properties of high-temperature superconductivity, in particular, from mechanical damage.