SU1093175A1 - Способ получени структур кремний-двуокись кремни -нитрид кремни - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР КРЕМНИЙ - ДВУОКИСЬ КРЕМНИЯ - НИТРИД КРЕМНИЯ, включающий осаждение на расположенные в реакторе структуры кремний - двуокись кремни  пленки нитрида кремни  Из парогазовой смеси тетр хлорида кремни , аммиака и инертного газа при пониженном давлений, вакуумирование реактора после осаждени  пленки нитрида , о тличающийс  тем, что, с целью улучшени  электрофизических ;параметров структур кремний - дву окись кремни  - нитрид кремни  за счет увеличени  крутизны вольт - фарадных характеристик, после вакуг умировани  реактора структзфы отжигают в аммиаке при давлении 1-2 атм не менее 30 мин. S &

Description

со

00

сл Изобретение относитс  к технологии микроэлектроники и, в частности к технологии получени  МДП-структур интегр альных схем и дискретных приборов . Пленки нитрида кремни , которые могут быть использованы в МДП-структурах , получают путем аммонолиза хлорсиланов в реакторах пониженного давлени  и реакторах атмосферного давлени . Электрофизические характеристики пленок нитрида кремни , осажденных в реакторах атмосферного давлени  удовлетвор ют существующие потребности к качеству МДП-структур Однако осаждение пленок нитрида кремни  в реакторах атмосферного давлени  имеет существенные недостатки по сравнению с осаждением при пониженном давлении - низкую производительность и высокую стоимость продукции из-за больших расходов осо бо чистых реагентов. Пленки нитрида кремни , осажденные при пониженном давлении, в то же врем  имеют неудов летворительные электрофизические характеристики и примен ютс  в основном в качестве масок при окислении кремни . Неудовлетворительность элек трофизических характеристик пленок нитрида кремни , осажденных при пониженном давлении, св зана с наличием в структуре Si-SiO -SijN -Me флуктуации зар да в пленках нитрида кремни , с наличием встроенного отрицательного зар да и, как следствие этого, с нестабильностью напр жени  плоских зон структуры при повышенной температуре и смещении. Известен способ получени  пленок нитрида кремни  при пониженном давлении , включающем размещение полупроводниковых пластин в изотермической зоне реактора, вакуумирование .ре актора до давлени . 1 ,33-Ю гПа, на пуск в него смеси паров тетрахлорида кремни , аммиака и инертного газа, осаждение пленок нитрида кремни  при температуре 7/700С, Этот способ не позвол ет получить удовле ТВ ори тель ные эле ктрофи зиче ские характеристики структур Si-SiO j-SijN -Ме из-за флуктуации зар да в пленках нитрида крекни . Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  способ получени  структур кремний - двуокись кремни  - нитрид крем ни , включающий осаждение на расположенные в реакторе структуры 1{ремний двуокись кремни  пленки нитрида кремни  из парогазовой смеси тетрахлорида кремни , аммиака и инертного газа при пониженном давлении. При реализации этого способа пластины кремни , покрытые пленкой двуокиси кремни  толщиной 500-3000 А, помещают в изотермическую зону реактора пониженного давлени , реактор герметизируют и откачивают специальной вакуумной системой до давлени  1,33 10гПа. Устанавлива  требуемую скорость откачки , в реактор напускают парогазовую смесь тетрахлорида кремни , аммиака и инертного газа при определенном их соотношении. Давление в реакторе при этом устанавливают 1,33-10 6 ,65 гПа, а температуру 7/580 С. Структуры располагают перпендику т рно потоку парогазовой смеси. После наращивани  пленки нитрида кремни  необходимой толщины прекращают подачу парогазовой смеси, откачивают реактор до давлени  не менее 1,33 10 гПа, отключают вакуумную систему , разгерметизируют реактор и извлекают структуры Si-SiO -SijN из реактора. Такой способ получени  структур имеет недостатки, характерные дл  осаждени  пленок нитрида кремни  при пониженном давлении, а именно - низкие электрофизические характеристики из-за флуктуации отрицательного встроенного зар да в пленках нитрида кремни . Это снижает крутизну вольт-фарадных характеристик , увеличивает напр жение плоских зон и приводит к малой стабильности напр жени  плоских зон при повышенной температуре. Это может быть св зано с тем, что пленки нитрида кремни  в процессе роста подвергаютс  вакуумному отжигу, привод щему к изме- нению концентрации N - Н св зей в пленке. Кроме того, синтезированные при пониженном давлении плёнки нитрида кремни  содержат до 5 -атомных % хлора, св занного, веро тно, в Si С1 группы. Наличие Si - С1 групп и изменение концентрации N - Н - св зей в таких пленках по сравнению с пленками нитрида кремни ,, полученными при атмосферном давлении, приводит к по влению встроенного в объеме пленок нитрида кремни  отрицательного зар да, который ухудщает электрофизические характеристики структур S - SiOj - 81зН4-Ме. Целью изобретени   вл етс  улучшен ие электрофизических параметров структур кремний-двуокись кремни  нитрид кремни  за счет увеличени  крутизны вольт-фарадных характеристик , Поставленна  цель достигаетс  тем что в способе получени  структур кремний - двуокись кремний -- нитрид кремни , включающем осаждение на распо ложенные в реакторе структуры кремний-двуокись кремни  пленки нитрида кремни  из парогазовой смеси тетрахлорида кремни , аммиаке и инертного таза при пониженном давлении, вакуумирование реактора после осаждени  пленки нитрида кремни , после вакуумировани  реактора структуры отжигают в аммиаке при давлении 1 2 атм не менее 30 мин. При давлении во врем  отжига стру тур в аммиаке меньше 1 атм не происходит заметного улучшени  элек рофизических параметров структур. Давление в реакторе при отжиге более 2 атм приводит к нарушению гер метичности кварцевого реактора и невозможности реализации процесса. Использование мета; ических реакторов приводит к загр знению структур иона ми металлов и взаимодействию аммиака с материалом реактора при повьш1енной температуре процесса. Эксперименталь но показано, что отжиг структур при давлении аммиака 1-2 атм улучшает электрофизические параметры структур только при продолжительности отжига не менее 30 мин. Под улучшением электрофизических характеристик понимаетс  увеличение крутизны вольт-фарадных характерис тик структур Si - SiOi- 51зЫ4, что  вл етс  следствием уменьшени  флуктуации зар да и уменьшени  величины напр жени  плоских зон структур изза уменьшени  величины встроенного отрицательного зар да в объеме пленки нитрида кремни . Это может быть св зано с тем, что при отжиге в аммиаке в пленках нитрида кремни , содержащих избыточные атомы хлора, про исходит замена атомов хлора на N - Н .группы. Как уже отмечалось вьш1е, плб ки нитрида кремни , имеющие оптималь ные электрофизические характеристики осаждают нри атмосферном давлении,пр этом пленки содержат в своем объеме значительное количество N - Н групп (до 10.атомных %). Пример. Пластины кремни  КЭФ 4,5 ориентации (III), покрытые термической двуокисью кремни  толщиной 1000 А, помещают в горизонтальный цилиндрический реактор перпендику - л рно его оси. Реактор герметизируют и откачивают вакуумной системой. Затем устанавливают определенную скорость откачки - 14 л/с и подают парогазовую смесь тетрахлорида кремни , аммиака и инертного газа в расходном 30 л/ч. Температуру в реакторе устанавливают с градиентом по длине реактора 870-895-915С при давлении 0,6 гПа. После наращивани  пленки нитрида кремни .толщиной 800 1000 А прекраща ют подачу паро-газовой смеси, откачивают реактор, отключают вакуумную систему и заполн ют реактор аммиаком до давлени  1-2 атм.После отжига в течение не менее 30 мин включают вакуумную систему, .реактор разгерметизируетс  и структуры Извлекают из реактора. Электрофизические параметры струк УР S SiOj - 51зН4 - А1 с пленками нитрида кремни , полученными при пониженном давлении по данному способу и способу-прототипу, приведены в таблице. Толщины пленок SiOj 1000 i, SijN - 800 i. Измерени  вольт-фарадных характеристик проводились на частоте 1 МГц. Анализ представленных в таблице результатов показывает, что при получении пленок нитрида кремни  по способу-прототипу (релсим I) структуру Si - SiO-j - SijN характеризует наличие встроенного отрицательного зар да. При этом наблюдаютс  флуктуации зар да в пленке нитрида кремни , что подтверждаетс  малой крутизной вольт-фарадных характеристик. Следствием --этого  вл етс  Значительный сдвиг напр жени  плоских зон при термополевой обработке. Особенно критичным  вл етс  сдвиг при отрицательном смешении до положительных %начений напр жени  плоских зон. В этом случае в микросхемах возможно образование встроенного канала и по вление паразитных утечек. Вазовый процесс не имеет вышеперечисленных недостатков , однако производительность его не превышает 12 структур в час. Из приведенных в таблице данных также следует, что режимы 6-10, 12-14 по данному способу позвол ют устранить недостатки, присущие способу-прототипу . Однако требуемых характеристик структур Si - SiO - не удаетс  достичь при давлени х аммиака менее одной атмосферы (режимы 1 4 ) и при давлении, равном или превышающем 1,0 атм менее, чем на 30 мин (режим 5).Давление более 2 атм приводит к нарушению герметичности квар цевого реактора и, следовательно, к невозможности реализации процесса. Применение металлических реакторов недопустимо из-за загр знени  структур ионами щелочных металлов при высоких температурах и из-за взаимодействи  аммиака с материалом реакто ра. Таким образом, дл  существующих реакторов пониженного давлени  оптимальным  вл етс  диапазон давлений от 1,0 до 2,0 атм. Из таблицы следует, что врем  отжига св зано с давлением аммиак.а в реакторе. Так при давлении 1 атм положите льный эффект наблюдаетс  уже. йри продолжительности отжига 30 мин (режим 6). При давлении 2 атм при продолжительности отжига более 30 мин дальнейшего улучшени  характеристик Электрофизические параметры стру различных режимах отж структур не происходит (режимы 1619 ). Эффект улучшени  электрофизических характеристик структур происходит при достижений равновесного содержани  N - Н св зей в пленке нитрида кремни , данное равновесие достигаетс  между газовой фазой, где при-т сутствует смесь NHj, N И Hj (последние два компонента  вл ютс  продуктами разложени  NH,) и твердой фазой SijN4. Дл  производственного процесса выбран режим 7, которьхй опробован при изготовлении структур Si-SiO SijN в микросхемах серии 544УД2 в сравнении с базовым способом. Испытани  микросхем проводились при температуре 100°С, напр жени х смещени  ±16,5 В в течение 24 ч. Контроль осуществл лс  по наличию токов утечки. Процент выхода был йышб на 4,5% дл  микросхем, изготовленных по данному способу в сравнении с базовым. При изготовлении микросхем по способ-прототипу выхода годных схем не было. Данный способ позвол ет увеличить производительность с 12 (базовый способ ) до 40 структур в час; получить улучшенные электрофизические характеристики структур Si - SiOj - Si jNiij.. Si-SiOe - Al при

Р О способ

8-12

t О прототип (без отжига)

Р 0,5

10-15

30. 0,5

12-15

t 60

Р 0,5

12-15

t 120

-0,5-м,5

+6,0

-2,0

-0,,5 ,0

-2,0

-0,,5 +1,5

-2,0

-0,,5 +1,5

-1,8

99 Режим отжига: im Р давление

атм;

t - врем ,мин

Р - 1,0

10-15

t - 5

Р « 1,0

20-30

t 30 Р 1,0 25-30 -3,0-г2,0 t 60 Р 1,0 25-30 -3,0 т-2,0 t 120

Р 1,0

25-30 t 300 Р 1,0 25-30 -3,0т-2,0

600

t Р 1,5

10-15

t 5

Р 1,5

20-30 t 30 Р 1,5

25-30 t 45

Р 1,5

14

25-30

t 120

Р 2,0

15

15-25

t 5

1093175

8 Продолжение таблицы

-2.0

-1,0i-0,5 +2,0

-3,0t-2,0 +(0,1-0,5) -(0,1-0,5)

-3,0т-2,0 +(0,1-0,5) -(0,1-0,5)

-2,0

-1,5тО,0 +2,0

-3,,5 +1,0

-1,0

-3,0t-2,0 +(0,1-0,5) -(0,1-0,5)

-3,042,0 +(0,1-0,4) -(0,1-0,6)

-1,0

-2,,0 +1,5 +(0,1-0,5) -(0,1-0,5) +(0,2-0,5) -(0,1-0,5) +(0,2-0,5) -(0,1-0,5)

1093175

10 Продолжение таблицы

Claims (1)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР КРЕМНИЙ - ДВУОКИСЬ КРЕМНИЯ - НИТРИД КРЕМНИЯ, включающий осаждение на расположенные в реакторе структуры кремний - двуокись кремния пленки нитри- да кремния Из парогазовой смеси тетр^хлорида кремния, аммиака и инертного газа при пониженном давлений, вакуумирование реактора после осаждения пленки нитрида кремния, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрофизических параметров структур кремний - двуокись кремния - нитрид кремния за счет увеличения крутизны вольт фарадных характеристик, после вакуумирования реактора структуры отжигают в аммиаке при давлении 1-2 атм не менее 30 мин. .

   ω м сл