Устройство для химического осаждения пленок из газовой фазы

 

Изобретение относится к оборудованию для нанесения покрытий, в частности к устройствам для химического осаждения пленок из газовой фазы при пониженном давлении, и может быть использовано для создания слоев нитрида кремния, используемых в качестве конденсаторного и подзатворного диэлектрика для СБИС и УБИС. Сущность изобретения заключается в том, что кассету 2 с кремниевыми подложками 3 загружают в реактор 1 через полую камеру 9 шлюзовой камеры 8, образованной корпусом 10. При этом по трубопроводам 12, охватывающим по контуру загрузочное отверстие 4, подают инертный газ - азот, который при помощи вытяжного отверстия, выполненного в боковой поверхности корпуса параллельно оси реактора, образует завесу, препятствующую попаданию атмосферного воздуха с парами воды и кислорода в реактор 1. Конструктивные особенности устройства обеспечивают снижение дефектности и повышение электрической прочности покрытия. 1 з.п. ф-лы,1 табл. 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к устройствам для химического осаждения пленок из газовой фазы при пониженном давлении и может быть использовано для создания пленок, используемых в качестве конденсаторного и подзатворного диэлектрика для СБИС и УБИС. Целью изобретения является повышение качества осаждаемых пленок за счет снижения их дефектности и повышения электрической прочности. На фиг.1 изображен вид устройства в момент начала загрузки; на фиг.2 то же, момент ее окончания; на фиг.3 вид затвора со стороны загрузочного отверстия. Устройство для химического осаждения пленок из газовой фазы включает горизонтальный цилиндрический реактор 1 для размещения кассет 2 с кремниевыми подложками 3, снабженный загрузочным отверстием с герметизирующей дверцей 4 с одной стороны и соединенный с вакуумной системой 5 с другой стороны, трубопроводы 6 для введения реагентов в реактор и нагреватель 7. Устройство со стороны загрузочного отверстия снабжено шлюзовой камерой 8 в виде полой камеры 9, образованной корпусом 10, длина которого составляет 1,5-5, а высота 2 3 диаметра реактора, и соединенный с реактором, внутри камеры вдоль оси 11 реактора расположены трубопроводы 12 для подачи инертного газа, охватывающие по контуру загрузочное отверстие, а в боковой поверхности корпуса вдоль оси реактора расположено вытяжное отверстие 13 (фиг.3). При загрузке кассет 2 кремниевыми подложками 3 в реактор 1 они проходят через шлюзовую камеру 8 в виде полой камеры 9, образованной корпусом 10, длина которого составляет 1,5-5, а высота 2-3 диаметра реактора, и соединенный с реактором 1. При этом поток инертного газа, истекающий из трубопроводов 12 охватывающих по контуру загрузочного отверстие внутри полой камеры в направленный в сторону вытяжного отверстия 13 в боковой поверхности корпуса 10 вытесняет по мере движения кассет 2 с подложками 3 на промежутке равном длине корпуса 10 атмосферный воздух с парами воды и кислорода из промежутка между подложками 3, причем длина корпуса 10, равная 1,5 5 диаметров реактора позволяет удалить данные загрязнения практически полностью. При этом исключается контакт кремниевых подложек с парами воды и кислорода внутри нагретого реактора и, следовательно, неконтролируемое окисление подложек. После размещения кассет 2 с подложками 3 в реакторе 1 герметизирующая дверца 4 плотно закрывает загрузочное отверстие и начинается вакуумирование реактора 1 при помощи вакуумной системы 5, а затем по трубопроводам 6 в реактор 1 вводятся реагенты и проводится процесс осаждения пленок нитрида кремния на подложки 3, затем проводится прекращение подачи реагентов по трубопроводам 6, вакуумирование реактора 1 при помощи вакуумной системы 5, продувка реактора 1 инертным газом со стороны загрузочного отверстия, прекращение откачки реактора 1, напуск инертного газа в реактор, стабилизация давления в реакторе, покрытие дверцы, герметизирующей загрузочное отверстие и выгрузка кассет 2 с подложками 3 в направлении, противоположном загрузке. При этом инертный газ, истекающий из трубопроводов 12, охватывающих по контуру загрузочное отверстие 4 внутри полой камеры 9, образованной корпусом 10, образует завесу, направленную к вытяжному отверстию 13, расположенному вдоль поверхности коpпуса 10. В результате исключается попадание следов реакционных газов в зону дыхания оператора. Таким образом, в предлагаемом техническом решении повышение качества осаждаемых пленок, а именно: нитрида кремния, за счет снижения их дефектности и повышения электрической прочности, обусловлено следующим: Так как со стороны загрузочного отверстия устройство снабжено шлюзовой камерой в виде полой камеры, образованной корпусом, длина которого составляет 1,5-5, а высота 2-3 диаметра реактора, соединенный с реактором, причем внутри камеры вдоль оси реактора расположены трубопроводы для подачи инертного газа, охватывающие по контуру загрузочное отверстие, а в боковой поверхности корпуса, вдоль оси реактора расположено вытяжное отверстие сечения, не исключается прямой контакт реакционного пространства с атмосферой. Кроме того, при загрузке кассет с кремниевыми подложками в реактор, данные кассеты неминуемо проходят через шлюзовую камеру, наполненную инертным газом длиной 1,5-5 диаметров реактора, что обеспечивает надежное вытеснение паров воды и кислорода из промежутка между пластинами и следовательно, исключает образование неконтролируемой прослойки двуокиси кремния в момент загрузки-выгрузки. При длине корпуса 1,5 диаметров реактора снижается эффективность работы шлюзовой камеры за счет увеличения проникновения паров воды и кислорода в реактор, возрастания неконтролируемого слоя двуокиси кремния и снижения качества осаждаемых пленок нитрида кремния. При длине корпуса более 5 диаметров реактора не наблюдается дальнейшего улучшения качества осаждаемых пленок нитрида кремния при увеличении габаритов установки. При высоте корпуса менее 2 диаметров реактора затруднена загрузка в реактор при помощи автоматизированных систем и обслуживание шлюзовой камеры. При высоте корпуса более 3 диаметров реакторов снижается эффективность затвора из-за облегчения попадания паров воды и кислорода в реакционное пространство и, следовательно, снижается качество нитрида кремния. То, что шлюзовая камера выполнена высотой 2-3 диаметра реактора, позволяет осуществлять загрузку-выгрузку и с применением специальных загрузочных устройств. Подача инертного газа осуществляется по трубопроводам, расположенным вдоль оси реактора, охватывающим по контуру загрузочное отверстие, что обуславливает эффективное вытеснение атмосферного воздуха при загрузке кассет с кремниевыми подложками. То, что в боковой поверхности корпуса параллельно оси реактора, образующего затвор, расположено вытяжное отверстие, позволяет создать поток азота, перпендикулярный оси реактора, что повышает эффективность удаления паров воды и кислорода из промежутка между кремниевыми подложками и препятствует проникновению атмосферного воздуха в реакционное пространство. Следует отметить, что к трубопроводам 12 подача инертного газа осуществляется по магистрали, снабженной регулятором расхода газа 0,5-5 м³/ч, фильтром, клапаном, что позволяет управлять подачей инертного газа при помощи микропроцессора в нужный момент. Пример. Подобным образом может осуществляться осаждение пленки нитрида кремния для использования в качестве конденсаторного диэлектрика. Кассета 2 с кремниевыми подложками 3 загружается в реактор 1 через полую камеру 9 шлюзовой камеры 8, образованной корпусом 10. При этом по трубопроводам 12, охватывающим по контуру загрузочное отверстие 4, подается инертный газ азот, который при помощи вытяжного отверстия 13, выполненного в боковой поверхности корпуса параллельно оси реактора, образует завесу, препятствующую попаданию атмосферного воздуха с парами воды и кислорода в реактор 1. После расположения кассет 2 с подложками 3 в требуемой зоне реактора 1, нагретого до 780-825^oC при помощи нагревателя 7, закрывается загрузочное отверстие герметизирующей дверцей 4 и проводится вакуумирование реактора 1 при помощи вакуумной системы 5 до достижения давления 0,65-1,33 Па, после чего осуществляется ввод дихлорсилана с аммиаком в отношении и суммарном потоке 15 25 л/ч через трубопроводы 6, при давлении 50 3 Па и проводится осаждение пленки нитрида кремния толщиной 15 нм 0,75 нм. Затем подача реагентов прекращается и осуществляется вакуумирование реактора до давления 0,65 1,33 Па при помощи вакуумной системы 5, продувка реактора азотом в течение 5 10 мин, прекращение откачки и напуск азота в реактор, стабилизацию давления. После чего герметизирующая дверца 4 открывается и выгрузка кассет 2 с подложками 3 осуществляется в обратной последовательности. Однако при этом шлюзовая камера препятствует с одной стороны попаданию следов токсичных реагентов в зону дыхания, а с другой попаданию атмосферного воздуха в реакционный объем. Исключение попадания атмосферного воздуха в реакционный объем способствует также снижению дефектности пленки за счет ослабления побочных реакций между реагентами и примесями. Толщина слоя двуокиси кремния, образующейся в процессе загрузка-выгрузка, и толщина нитрида кремния определяются неразрушающим методом при помощи лазерного эллипсометра. Плотность дефектов определяется при помощи прибора Surfascane 4500 как прирост (_шт разница между количеством частиц диаметром более 0,5 мкм после осаждения и на исходных подложках диаметром 100 мм, легированных Р). Ток утечки определяется при помощи прибора Л2-56 при напряженности поля 2 МВ/см в 5-ти точках на пластине и рассчитывался разброс по пластине по размаху. Всего приведено 6 испытаний. В таблице представлены результаты испытаний устройства с затвором в виде полой камеры, образованной корпусом длины 1,5-5 и высотой 2 3 диаметра реактора. Примеры 1 3 в таблице иллюстрируют предлагаемое устройство, а 4 7 устройство, у которого высота и ширина шлюзовой камеры выходили за указанные рамки. В примере 8 приведены результаты реализации устройства-прототипа. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемое устройство снабжено затвором с соответствующими размерами корпуса, позволяет существенно повысить качество осаждаемых пленок нитрида кремния путем снижения дефектности и повышения электрической прочности. Из таблицы видна нецелесообразность использования устройства при реализации которого высота и ширина корпуса выходили за указанные пределы. В примере, соответствующем результатам испытаний устройства-прототипа неконтролируемого слоя SiO₂ 7,0 нм, разброс по току утечки 25% прирост дефектов 162 шт/пластину, Е_пр 7,1 10⁶ В/см. Полученные результаты свидетельствуют, что по сравнению с устройством-прототипом использование предлагаемого устройства позволяет повысить качество пленок за счет снижения их дефектности и повышения электрической прочности. При этом толщина двуокиси кремния соответствует естественной толщине двуокиси кремния, которая присутствует перед загрузкой подложек 1,2 1,5 нм, что примерно в 5-6 раз меньше, чем у прототипа, разброс по I_ут уменьшается в 2,5 раза, прирост дефектов уменьшается в 2 3 раза, а электрическая прочность возрастает в 1,3 раза.

Формула изобретения

1. Устройство для химического осаждения пленок из газовой фазы, содержащее реактор с загрузочным отверстием, шлюзовой камерой и нагревателем, трубопроводы для введения реагентов в реактор и вакуумную систему, отличающееся тем, что, с целью повышения качества осаждаемых пленок за счет снижения их дефектности и повышения электрической прочности, оно снабжено трубопроводами для подачи инертного газа, расположенными в шлюзовой камере и охватывающими по контуру загрузочное отверстие реактора, при этом шлюзовая камера выполнена с вытяжным отверстием. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина шлюзовой камеры составляет 1,5 5, а высота 2 3 диаметра реактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---