Способ получения тонкопленочного диэлектрика оксида алюминия в производстве металл-диэлектрик-полупроводник устройств

 

Использование: при получении тонкопленочного диэлектрика оксида алюминия в производстве металл-диэлектрик-полупроводник устройств. Сущность: на поверхности подложки формируют тонкопленочный диэлектрик оксида алюминия при температуре 180-400^oC осаждением из газовой фазы за счет реакции между хлоридом алюминия, кислородом и окисью азота.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано для получения металл-диэлектрик-полупроводник устройств.

Известен способ получения металл-диэлектрик-полупроводник устройств, в котором в качестве диэлектрика используют оксид алюминия, полученный термовакуумным реактивным испарением [Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. -М.: Радио и связь, 1987, стр. 112]. В атмосфере кислорода при очень низком давлении (133 - 665) 10^-4 Па испаряется металл, который, реагируя на поверхности подложки с кислородом, образует пленку оксида.

Основным недостатком данного способа является высокая температура процесса и невысокое качество пленки оксида из-за высокой дефективности, а также из-за нарушения стехиометрии оксида.

Известен способ получения тонкопленочного диэлектрика в производстве металл-диэлектрик-полупроводник устройств, включающий пиролиз элементоорганических соединений [Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. -М.: Радио и связь, 1987, стр. 436].

Элементоорганические соединения разлагаются при температурах 500 - 800^oC. Оксид осаждают на подложку, а побочные продукты реакции уносятся газовым потоком.

Основным недостатком этого способа является высокая температура.

Известен способ получения тонкопленочного диэлектрика оксида алюминия из газовой фазы, содержащей гомогенную смесь хлорида алюминия и кислорода [JP, N 50-11360, кл. C 01 F 7/02, ин. 2/1/-30/348/, стр. 4].

Основным недостатком данного способа является высокая температура, которая требует применения материалов и оборудования с высокой термической устойчивостью. Кроме того, высокие температуры не обеспечивают сохранность металлизации и неизменность свойств таких низкотемпературных полупроводников как германий и ряд соединений A^IIIB^V и A^IIB^VI.

Целью настоящего изобретения является снижение температуры процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения тонкопленочного диэлектрика в производстве металл-диэлектрик-полупроводник устройств, формирование пленки оксида алюминия Al₂O₃ проводят из газовой фазы, содержащей гомогенную смесь хлорида алюминия AlCl₃, кислорода и окисла азота.

Сущность способа заключается в том, что на поверхности подложки формируют тонкопленочный диэлектрик оксида алюминия при температурах 180 - 400^oC осаждением из газовой фазы за счет реакции между хлоридом алюминия с кислородом и окисью азота.

Термодинамические расчеты показывают, что в прямом направлении указанная реакция самопроизвольно может протекать с большой скоростью, так как свободная энергия Гиббса имеет отрицательное значение.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что в качестве окислителя используют кислород O₂ с добавкой окиси азота NO, что снижает температуру процесса.

В предлагаемом способе процесс ведут из газовой фазы, содержащей хлорид алюминия, кислород и окись азота при молярном соотношении компонентов AlCl₃ : O₂ : NO = 1 : 1 : (2,8 - 3,2).

При этом скорость газового потока составляет 15 - 20 л/мин.

Режимы проведения процесса обусловлены тем, что нижний температурный интервал лимитируется температурой возгонки оксида хлорида алюминия. При проведении процесса выше 400^oC все большая часть оксида алюминия окисляется в газовой фазе, засоряя реакционную камеру и ухудшая качество образующейся пленки. Молярное соотношение компонентов 1 : 1 : (2,8 - 3,2) обусловлено тем, что снижение содержания окиси азота ниже 2,8 и увеличение выше 3,2 приводит к ухудшению качества тонкопленочного диэлектрика из оксида алюминия.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Процесс проводят в реакторе с барабаном, на гранях которого размещены кремниевые пластины. После продувания реактора аргоном, нагревают кремниевые пластины до температуры 180^oC, затем подают гомогенную смесь, состоящую из хлорида алюминия, кислорода с добавкой азота при молярном соотношении (1 : 1 : 3). При этом на поверхности полупроводника формируется тонкопленочный диэлектрик оксида алюминия с показателем преломления 1,55 - 1,580.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при молярном соотношении AlCl₃ : O₂ : NO = 1 : 1 : 2,8 и температуре 250^oC. При этом получают слои тонкопленочного диэлектрика с показателем преломления 1,45 - 1,456.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при молярном соотношении AlCl₃ : O₂ : NO = 1 : 1 : 3 и температуре 250^oC. При этом получают слои тонкопленочного диэлектрика с показателем преломления 1,58 - 1,60.

Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при молярном соотношении AlCl₃ : O₂ : NO = 1 : 1 : 3,2. При этом получают слои тонкопленочного диэлектрика с показателем преломления 1,51 - 1,52.

Пример 5. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при молярном соотношении AlCl₃ : O₂ : NO = 1 : 1 : 3 и температуре 300^oC. При этом получают слои тонкопленочного диэлектрика с показателем преломления 1,59 - 1,61.

Пример 6. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при молярном соотношении AlCl₃ : O₂ : NO = 1 : 1 : 3 и температуре 400^oC. При этом появляются следы окисления хлорида алюминия в газовой фазе. Показатель преломления слоев тонкопленочного диэлектрика составляет 1,59 - 1,6.

Как следует из результатов опытов уже при температуре 250^oC получают пленки оксида алюминия с хорошими основными показателями, поэтому предложенный способ позволяет снизить температуру до 180^oC без ухудшения основных показателей пленок.

Таким образом, предлагаемый способ получения тонкопленочного диэлектрика из оксида алюминия из газовой фазы позволяет провести процесс при сравнительно низких температурах /180 - 400^oC/, что обеспечивает сохранность металлизации и неизменность свойств таких низкотемпературных полупроводников, как германий и ряд соединений A^III B^V и A^II B^VI, и нет необходимости использования материалов и оборудования с высокой термической устойчивостью.

Формула изобретения

Способ получения тонкопленочного диэлектрика оксида алюминия, включающий обработку подложек гомогенной смесью хлорида алюминия и кислорода при повышенной температуре, отличающийся тем, что обработке подложки металл-диэлектрик-полупроводник устройств, гомогенную смесь берут с добавкой оксида азота при молярном соотношении хлорида алюминия к кислороду и оксиду азота, соответственно равном 1:1:(2,8-3,2), обработку подложек ведут с предварительным нагревом их до температуры 180 - 400^oC.