Способ получения нитрида кремния

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии получения нитрида кремния.

Известен способ получения нитрида кремния [Патент №5332697, МКИ H01L 21/02], близкого к стехиометрическому составу, путем взаимодействия пористого кремния с газами, содержащими азот (например, с аммиаком), при соответствующей температуре и давлении. В процессе диффузии газа в пористую структуру происходит его взаимодействие с кремнием с образованием слоя соединений толщиной 1 мкм. В таких структурах формируются неоднородные слои, которые ухудшают характеристики приборов.

Известен способ получения пленки нитрида кремния [Патент №5330936 США, МКИ H01L 21/00]. Сначала на кремниевой подложке на той ее части, где имеется полевой оксид, селективно формируется первый слой поликремния Si^* в качестве нижнего электрода конденсатора, а на него с помощью ПФХО-метода селективно наносится пленка Si₃N₄. Источником в процессе ПФХО служит аммиак в смеси с силаном или дихлорсиланом. После этого, так же селективно, на образовавшуюся пленку Si₃N₄ наносят второй слой поликремния Si^*, который служит верхним электродом конденсатора. В силан или дихлорсилан вводят хлористый водород в объемном отношении 0,1-0,7 при давлении порядка 10⁵ Па.

Недостатками способа являются:

- низкие значения пробивного напряжения;

- высокая плотность дефектов;

- низкая технологичность.

Задача, решаемая изобретением: повышение пробивного напряжения, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение качества и увеличение процента выхода годных.

Задача решается формированием нитрида кремния каталитическим парофазным химическим осаждением смеси гидразина (N₂H₄) и силана (SiH₄) при температуре подложки 230-370°С, давлении SiH₄ 15-17,5 Па, скорости потока силана 8-10 л/мин, скорости роста нитрида кремния 100 нм/мин при отношении парциальных давлений газообразных источников Р(N₂H₄+N₂)/P(SiH₄)=4-6.

Технология способа состоит в следующем: газообразные источники проходят через катализатор к подложке. Расстояние между подложкой и нагреваемым катализатором составляет 3-4 см. Катализатором служит провод из сплава окиси тория и вольфрама (2% Th-W). В качестве газообразных источников служат смесь гидразина (N₂H₄) и силана (SiH₄); при комнатной температуре SiH₄ находится в жидком состоянии. Через эту жидкость пропускают газообразный азот, который захватывает пары N₂H₄, и вводят в камеру вместе с SiH₄.

Условия осаждения Si₃N₄:

- температура катализатора - 1180-1390°С;

- температура подложки - 230-370°С;

- давление SiH₄ - 15-17,5 Па;

- отношение парциальных давлений газообразных источников P(N₂H₄+N₂)/P(SiH₄)=4-6;

- скорость потока силана (SiH₄) - 8-10 л/мин;

- скорость роста Si₃N₄ - 100 нм/мин.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы структуры. Результаты обработки представлены в таблице.

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 14,5%.

Стабильность параметров во всем экспериментальном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.

Предложенный способ получения нитрида кремния каталитическим парофазным химическим осаждением смеси гидрозина (N₂H₄) и силана (SiH₄) при температуре подложки 230-370°С, давлении SiH₄ 15-17,5 Па, скорости роста нитрида кремния 100 нм/мин и отношении парциальных давлений газообразных источников Р(N₂H₄+N₂)/P(SiH₄)=4-6 позволяет повысить процент выхода годных структур и улучшить их надежность.

Технический результат: повышение пробивного напряжения, обеспечение технологичности, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных.