CS221496B1

CS221496B1 - Method of making the thin layers of the silicon nitrides

Info

Publication number: CS221496B1
Application number: CS178482A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Valicek; Milan Prejda
Original assignee: Jaromir Valicek; Milan Prejda
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká způsobu výroby tenkých vrstev nitridu křemíku chemickou depozicí z plynné fáze za sníženého tlaku na povrchu pevných těles. Nitrid křemíku vzniká reakcí plynného trlchlorsilanu SiHCh s plynným amoniakem NH3 při teplotách pevných těles 20 až 900 °C, objemovém poměru NH3/ /SÍHCI3 > 1 a celkovém tlaku 1 až 200 Pa. Vynález lze využít při výrobě integrovaných obvodů v pevné fázi.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the production of silicon nitride thin films by chemical vapor deposition under reduced pressure on the surface of solid bodies. Silicon nitride is formed by the reaction of gaseous chlorosilane SiHCl with ammonia gas NH3 at solids temperatures of 20 to 900 ° C, NH 3 / SiHCl 3> 1 volume ratio and a total pressure of 1 to 200 Pa. The invention can be used in the manufacture of solid state integrated circuits.

Description

Vynález se týká způsobu výroby tenkých vrstev nitridu křemíku na povrchu pevných těles.The invention relates to a process for producing thin layers of silicon nitride on the surface of solid bodies.

Pro výrobu tenkých vrstev nitridu křemíku chemickou depozicí z plynné fáze na povrchu pevných těles, například na křemíku, existuje řada metod. Výběr metody depozice pro danou aplikaci je dán především požadavkem kvality tenké vrstvy a teploty jejího vzniku. Jednou z používaných metod výroby tenkých vrstev nitridu křemíku chemickou depozicí z plynné fáze za sníženého tlaku je reakce dichlorsilanu S1H2CI2 s amoniakem NH3, která probíhá při tlaku 20 až 100 Pa a teplotě 700i — 900 °C.There are a number of methods for producing thin layers of silicon nitride by chemical vapor deposition on the surface of solid bodies such as silicon. The choice of deposition method for a given application is given mainly by the requirement of thin film quality and temperature of its formation. One of the methods used for the production of thin layers of silicon nitride by chemical vapor deposition under reduced pressure is the reaction of dichlorosilane S1H2Cl2 with ammonia NH3, which takes place at a pressure of 20 to 100 Pa and a temperature of 700 to 900 ° C.

Tato metoda má značnou nevýhodu v tom, že výchozí materiá| dichlorsilan SÍH2CI2 je drahý, obtížně dostupný a požárně značně nebezpečný. Bod ξ vznícení dichlorsilanu SÍH2CI2 je 100 °C.This method has the considerable disadvantage that the starting material Dichlorosilane SiH2Cl2 is expensive, difficult to access, and highly hazardous to fire. The flash point ξ of the dichlorosilane SiH 2 Cl 2 is 100 ° C.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby tenkých vrstev nitridu křemíku chemickou depozici, z plynné fáze za sníženého tlaku na povrchu pevných těles, jehož podstata spočívá v tom, že nitrid křemíku vzniká reakcí plynného trichlorsilanu SiHCb s plynným amoniakem NH3 při teplotách pevnýchtěles 20 až900 °C, tlaku 1 až 200 Pa a objemovém poměru NH3/SÍHCI3 > Ϊ. Jestliže je teplota povrchu pevného tělesa nižší než 700 °C, musí být reagujícímu systému dodávána ještě jiná energie než tepelná.These disadvantages are eliminated by the process of producing thin layers of silicon nitride by chemical deposition from the gas phase under reduced pressure on the surface of solid bodies, which is based on the fact that silicon nitride is formed by reaction of trichlorosilane SiHCl with gaseous ammonia NH3 at solid temperatures 1 to 200 Pa and a volume ratio of NH3 / SiHCl3 > If the surface temperature of the solid is less than 700 ° C, the non-thermal energy must be supplied to the reactive system.

Způsob výroby tenkých vrstev nitridu křemíku podle vynálezu odstraňuje nevýhody použití dichlorsilanu SÍH2CI2 tím, že jako výchozí surovinu používá trlchlorsilan SiHCb, který je podstatně levnější, dostupnější a požárně méně nebezpečný než dichlorsilan SÍH2CI2. Bod vznícení trichlorsilanu SiHCb je 230 °C. Další výhodou použití trichlorsilanu SiHCb je, že tato surovina, běžně používaná pro výrobu polykrystalického křemíku pro polovodiče, má podstatně nižší obsah elektricky aktivních nečistot ve srovnání s nejčistším dostupným dichlorsilanem SÍH2CI2. Tato výhoda se uplatní zejména při depozici vrstev nitridu křemíku na polovodičové substráty, kde se vyžaduje co nejvyšší čistota tenkých vrstev.The process for the production of thin layers of silicon nitride according to the invention eliminates the disadvantages of using dichlorosilane SiH2Cl2 by using trichlorosilane SiHCl as the starting material, which is substantially cheaper, more affordable and less dangerous to fire than SiS2 CH2Cl2. The flash point of trichlorosilane SiHCl is 230 ° C. A further advantage of the use of trichlorosilane SiHCl is that this raw material, commonly used for the production of polycrystalline silicon for semiconductors, has a significantly lower content of electrically active impurities compared to the purest available Dichlorosilane SiH2Cl2. This advantage is particularly useful in the deposition of silicon nitride layers on semiconductor substrates where the highest possible purity of thin films is required.

PřikladExample

Příklad využití vynálezu lze uvést při depozici tenkých vrstev nitridu křemíku na křemíkové destičky ve výrobě integrovaných obvodů v pevné fázi. Křemíkové destičky jsou uloženy kolmo ve vzájemné vzdálenosti 5 mm ve vodorovném křemenném reaktoru odporově zevně vytápěném, umožňujícím pracovat za sníženého tlaku. Reaktorem proudí plynná směs složená z trichlorsilanu SiHCb a .amoniaku NH3 o objemovém poměru NH3/SiHCb=5 při průtoku par trichlorsilanu SiHCb 20 cm³/min. Tenze par trichlorsilanu při pokojové teplotě je dostatečná pro měření a regulaci uvedeného průtoku hmotovým regulátorem průtoku plynů. Celkový tlak v reaktoru při depozici je 40 Pa, teplota povrchu křemíkových destiček je 800 °C. Za těchto podmínek je rychlost depozice vrstvy nitridu křemíku 6,7 nm/min. Typický rozptyl tloušťky vrstvy nitridu křemíku na křemíkové destičce o průměru 63,5 milimetru je ± 1 % a mezi několika desítkami křemíkových destiček ve várce ± 3 proč. Typický index lomu vrstvy nitridu křemíku je 1,995 pro λ = 632,8 nm.An example of the application of the invention can be given in the deposition of thin layers of silicon nitride on silicon wafers in the production of solid state integrated circuits. The silicon wafers are placed perpendicularly 5 mm apart in a horizontal quartz reactor resistively heated externally, allowing operation under reduced pressure. A gas mixture consisting of trichlorosilane SiHCl and ammonia NH3 having a volume ratio of NH3 / SiHCb = 5 flows through the reactor at a trichlorosilane SiHCl vapor flow rate of 20 cm @ ³ / min. The vapor pressure of trichlorosilane at room temperature is sufficient to measure and control said flow rate through a mass flow rate controller. The total deposition pressure in the reactor is 40 Pa, the silicon wafer surface temperature is 800 ° C. Under these conditions, the deposition rate of the silicon nitride layer is 6.7 nm / min. The typical dispersion of the silicon nitride layer thickness on a 63.5 millimeter diameter silicon wafer is ± 1% and between several tens of silicon wafers in a batch of ± 3 why. A typical refractive index of the silicon nitride layer is 1.995 for λ = 632.8 nm.

Claims

1. A process for producing thin layers of silicon nitride by chemical vapor deposition under reduced pressure on a solid surface, characterized in that silicon nitride is formed by reacting trichlorosilane SiHCl and gaseous NH3 at solid temperatures of 20 to 900 [deg.] C.

NH3 / SiHCl3> 1 and a total pressure of 1 to 200 Pa.

2. Process according to claim 1, characterized in that at temperatures of solids lower than 700 [ ^deg.] C., the reaction system is supplied with energy other than thermal energy.