DE1283637B

DE1283637B - Abscheiden von Siliciumdioxidschichten aus der Gasphase

Info

Publication number: DE1283637B
Application number: DEM54358A
Authority: DE
Inventors: James R Black; Frederick L Blake
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1961-10-12
Filing date: 1962-10-01
Publication date: 1968-11-21

Description

Abscheiden von Siliciumdioxidschichten aus der Gasphase Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Siliciumdioxidschichten aus der Gasphase auf feste Unterlagen. Es kann insbesondere bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, wie Transistoren oder Dioden, zur Herstellung von nichtleitenden Schichten, die gleichzeitig gegen Feuchtigkeit isolieren, und auch für andere Zwecke verwendet werden.
Es ist bekannt, auf einer Unterlage aus elementarem Silicium eine Siliciumdioxidschicht dadurch zu erzeugen, daß man die Unterlage in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre erhitzt. Es ist ferner bekannt, eine unter Bildung von Siliciumdioxid thermisch zersetzbare Siliciumverbindung in Dampfform unter Verwendung eines Trägergases über die zu beschichtende Unterlage zu leiten und hierbei die Temperatur so hoch zu halten, daß die Siliciumverbindung zersetzt und eine Schicht von Siliciumdioxid auf der Unterlage abgeschieden wird. Beide bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß die zu überziehende Unterlage hoch erhitzt wird, wodurch sie nachteilig beeinflußt werden kann.
Die Erfindung betrifft das Abscheiden von Siliciumdioxidschichten aus der Gasphase, besonders auf Halbleiteranordnungen, durch thermische Zersetzung von flüchtigen Kieselsäureestern in Gegenwart eines strömenden inerten Trägergases. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß solche Kieselsäureester, die bei der thermischen Zersetzung neben Siliciumdioxid kein Wasser bilden, mittels des Trägergases bei relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit und bei verringertem Druck, besonders bei einem Druck von 3 bis 5 Torr, durch eine erste Zone geführt und dabei auf über Zersetzungstemperatur erhitzt werden und daß aus dem nunmehr Siliciumdioxidteilchen enthaltenden Gasgemisch beim nachfolgenden Durchleiten durch eine zweite Zone bei Temperaturen unter der Zersetzungstemperatur des Kieselsäureesters das Silieiumdioxid auf der Unterlage abgeschieden wird.
Die Temperatur in der ersten Zone wird vorzugsweise bei 600 bis 800'C und die Temperatur in der zweiten Zone unter 150'C gehalten.
Als Ausgangsstoffe gut geeignet sind Ester der Orthokieselsäure, insbesondereTetramethylorthosilicat, Dibenzyldiäthylorthosilicat und Diäthyldimethylorthosilicat. Wichtig ist es, daß der Kieselsäureester bei der thermischen Zersetzung kein Wasser bildet, da dieses die Eigenschaften der Siliciumdioxidschicht nachteilig beeinflussen kann. - Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil, daß die Unterlagen nicht hoch erhitzt und daher schonender behandelt werden. Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung.
F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Herstellung von Siliciumdioxidschichten; F i g. 2 zeigt bildlich und teilweise schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach F i g. 1; F i g. 3 ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung mit einer heißen Zone zum Zersetzen von Dämpfen und einer kühleren Zone zum Abscheiden von Siliciumdioxid auf einer Unterlage; F i g. 4 zeigt eine geeignete Vorrichtung zum Verdampfen von Kieselsäureestern, welche nach der Erfindung verwendet werden.
Gemäß F i g. 1 werden Dämpfe von Kieselsäureestern in einer heißen Zone 11 thermisch zersetzt, worauf die Zersetzungsprodukte in eine kühlere Zone 12 strömen, wo sich das Siliciumdioxid auf einer Unterlage abscheidet. Durch die Trennung der Pyrolysezone 11 von der Abscheidezone 12 wird die Unterlage nicht so hoch erhitzt, wie zur Pyrolyse der Kieselsäureester erforderlich ist. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, Halbleiteranordnungen und anderen Gegenständen, da sich ihre physikalischen und elektrischen Eigenschaften oft bleibend verändern, wenn sie hoch erhitzt werden. Der flüssige Kieselsäureester wird in einem Verdampfer13 in ein Trägergas hinein verdampft. Die Menge des Esters wird bei 14 gemessen. Das den Kieselsäureester enthaltende Trägergas strömt vom Verdampfer 13 durch ein Ventil 15 in die Pyrolysezone 11. Eine Heizung 16 hält die Pyrolysezone 11 oberhalb der Zersetzungstemperatur des Kieselsäureesters. Die Dämpfe zersetzen sich in der Pyrolysezone unter Bildung von Siliciumdioxid, das mit dem Gasstrom in die Abscheidezone 12 geführt wird und sich dort auf der Unterlage abscheidet. Wenn die Gase in der Pyrolysezone 11 durch Berührung mit einer heißen Oberfläche erhitzt werden, so ist ein verhältnismäßig schneller Gasstrom durch die Pyrolysezone wünschenswert, damit das Siliciumdioxid sich nicht auf der Oberfläche der Heizung abscheidet. In der Pyrolysezone 11 und der Abscheidezone 12 soll ein verringerter Druck herrschen, um die Kondensation von organischen Nebenprodukten der Pyrolyse auf der Unterlage zusammen mit dem Siliciumdioxid zu verhindern. Deshalb sind die Pyrolysezone 11 und die Abscheidezone 12 in eine Vakuumkammer eingebracht, welche durch eine Vakuumpumpe 18 bei einem Druck von etwa 3 bis 5 mm Quecksilbersäule gehalten wird. Eine Kondensationsfalle 19 ist in der Zuführungsleitung zur Vakuumpumpe vorgesehen, um organische Zersetzungsprodukte zu entfernen. In der Abscheidezone 12 ist eine Kühlung 21 vorgesehen, um die Unterlage kühl zu halten.
Eine geeignete Apparatur zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellt. Die Apparatur erhält eine Vakuumkammer 51, die aus einem auf einer Grundplatte 53 angeordneten glockenförmigen Gefäß 52 besteht. Die mit Siliciumdioxid zu überziehende Unterlage ist in der Abscheidezone 11 (F i g. 2) so gehaltert, wie es die F i g. 3 darstellt. Eine Halbleiteranordnung 54 wird durch einen Arm 55 über einem Rohr 56 gehalten. Das Rohr 56 wird durch ein Widerstandselement 57 erhitzt; die Temperatur des Rohres wird durch eine elektrische Stromquelle 58 geregelt, die mit dem Heizelement durch Stäbe 59 und die leitenden Arme 60 verbunden ist. Das Heizelement 57 ist mit einem Isohermaterial 61 bedeckt, und ein metallisches Gehäuse ist als Strahlungsschirm 62 rings um das Rohr angeordnet. Das die zu pyrolysierenden Dämpfe enthaltende Gas strömt in das Pyrolyserohr 56 durch eine Eintrittsöffnung 63, die durch die Grundplatte 53 der Vakuumkammer hindurchgeht. Der Strahlungsschirm 62 kann durch eine Wasser enthaltende Kühlschlange (63 in F i g. 2) gekühlt werden.
Gemäß F i g. 2 wird ein inertes Trägergas, z. B. Argon, durch ein Sperrventil 64 in das System eingeführt; seine Durchflußmenge wird durch ein Meßventil 66 und einen Rotamesser 65 geregelt. Das Trägergas wird in Röhren 67, die ein Trockenmittel enthalten, getrocknet und gelangt von dort in den Verdampfer 13. Der Druck in dem Verdampfer 13 wird durch ein Quecksilbermanometer 68 gemessen, das mit der Zugangsleitung des Verdampfers über eine Flüssigkeitsfalle 69 gekoppelt ist.
Beliebige Verdampfer können benutzt werden; F i g. 4 zeigt einen Laborverdampfer. Der Verdampfer enthält eine Glasröhre 71 mit einer Einlaßöffnung 72 und einer Auslaßöffnung 73 für das Trägergas und die Dämpfe des Kieselsäureesters. Flüssiger Ester wird in die Röhre 71 aus einer spritzenartigen Vorrichtung 74 eingegeben, die einen Kolben 75 und eine Nadel 76 aufweist.
Der Verdampfer 13 wird auf eine Temperatur von 200'C erhitzt, um den Kieselsäureester zu verdampfen; die Dämpfe strömen mit dem Trägergas durch ein erhitztes Rohr 77 (F i g. 2) zu der Eingangsöffnung 63,-die zu der Pyrolysezone führt (F i g. 3). Die Durchflußmenge des Dampfes mit dem Trägergas wird durch ein Meßventil 78 geregelt (F i g. 2).
Zur Pyrolyse des Kieselsäureesters wird die Temperatur in dem Rohr 56 bei etwa 600 bis 800'C gehalten; dies entspricht etwa einer Leistung von 600 Watt der Stromquelle 58. Eine Unterlage aus Halbleitermaterial wird unterhalb 150'C gehalten. Der Druck in der Vakuumkammer 51 wird durch die Vakuumpumpe 18 auf etwa 3 bis 5 mm Quecksilbersäule eingestellt. Üblicherweise wird das Siliciumdioxid in einer Schichtdicke von 2 bis 25 Mikron je Stunde abgeschieden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Abscheiden von Siliciumdioxidschichten aus der Gasphase, besonders auf Halbleiteranordnungen, durch thermische Zersetzung von flüchtigen Kieselsäureestern in Gegenwart eines strömenden inerten Trägergases, d a d u. r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß solche Kieselsäureester, die bei der thermischen Zersetzung neben Si02 kein Wasser bilden, mittels des Trägergases bei relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit und bei verringertem Druck, besonders bei einem Druck von etwa 3 bis 5 Torr, durch eine erste Zone geführt und dabei auf Zersetzungstemperatur erhitzt werden und daß aus dem nunmehr Si02-Teilchen enthaltenden Gasgemisch beim nachfolgenden Durchgang durch eine zweite Zone bei Temperaturen unter der Zersetzungstemperatur des Kieselsäureesters das SiO, auf der Unterlage abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Zone eine Temperatur von 600 bis 800'C und in der zweiten Zone eine Temperatur von unter 150'C eingehalten wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als kein Wasser abspaltende Siliciumverbindung ein Ester der Orthokieselsäure, besonders Tetramethyl-, Dibenzyldiäthyl- oder Diäthyldimethylorthosilicat, verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 927 962; deutsche Auslegeschriften Nr. 1080 275, 1086 962; französische Patentschrift Nr. 873 416.