Осаждение нитрида кремния

Нитрид кремния широко используется в качестве маски, например для создания диэлектрической изоляции между элементами схем при локальном окислении, так как сам окисляется медленно. Нитрид кремния является барьером для проникновения в окисел кремния щелочных металлов и влаги и может служить защитой от воздействия внешней среды.

Как и окисел кремния, нитрид кремния может быть получен осаждением из парогазовых смесей за счет реакции либо силана с аммиаком (4), либо дихлорсилана с аммиаком (5):

; (4)

. (5)

Реакция (4) протекает при атмосферном давлении и температуре 700 - 900 °С. Реакция (5) идет при пониженном давлении и температуре 700 - 800 °С. В этом случае пленки получаются очень однородными, а производительность метода очень высока. Пленки нитрида кремния, полученные при химическом осаждении, представляют собой аморфный диэлектрик, содержащий около 8 % водорода. Характеристики пленок сильно зависят от температуры осаждения и соотношения концентраций реагентов. В частности, понижение концентрации аммиака по отношению к силану или дихлорсилану приводит к увеличению концентрации кремния в пленках и ухудшает их диэлектрические свойства.

Для получения пленок нитрида кремния преимущественным является не химическое, а плазменное осаждение вследствие низкой температуры процесса. Для этого используется то же оборудование, что и для получения окисных пленок. В аргоновой плазме идет реакция силана с аммиаком

(6)

или силан вводится в азотный разряд

. (7)

Как видно из реакций (6) и (7), плазмохимический нитрид кремния содержит большое количество водорода (до 25 %), а также 0,5 - 2 атомных % кислорода. Состав пленки нитрида кремния определяет такие их свойства, как удельное сопротивление, которое может меняться от 10⁵до 10¹²Омсм (рис.2.16), и пробивное напряжение (1 - 6)10⁶В/см.

Для нитридных пленок важна величина упругих напряжений, возникающих при осаждении, так как использование этих пленок для защиты поверхности микросхемы предъявляет высокие требования к механической прочности покрытия. Величины упругих напряжений в нитриде кремния cущественно зависят от условий получения пленок - состава газовой плазмы, конструкции реактора, температуры подложки. Вследствие этого рекомендации для выбора режима в конкретномпроцессе могут быть даны только на основании предварительных экспериментов.

Перспективы развития методов осаждения диэлектрических пленок

Создание СБИС с субмикронными размерами активных элементов предъявляет особенно высокие требования как к качеству диэлектрических слоев, так и к методам их осаждения. К таким требованиям относится прежде всего необходимость снижения температуры осаждения для предотвращения размывания мелких р - n-переходов и точное воспроизведение рельефа на поверхности схемы. Эти требования могут быть удовлетворены при использовании реакторов с пониженным давлением для осаждения из парогазовых смесей и особенно при плазмохимическом осаждении. Для понижения температуры возможно использование при плазмохимическом осаждении некоторых кремнийорганических соединений, а также метода фотохимического осаждения как двуокиси кремния, так и нитрида кремния. Последний метод не требует нагрева до высоких температур, в этом случае возможно выдерживать температуры не выше 100 °С. Кроме того, при фотохимическом осаждении не возникает радиационных повреждений кремния, что является важным условием, предотвращающим деградацию характеристик полупроводниковых приборов. Вместе с тем возможно применение новых диэлектрических материалов, таких как оксинитрид кремния, силикатные стекла сложного состава (боро-фосфорно-силикатные, свинцово-силикатные), окиси алюминия или нитрида алюминия. Последние хороши прежде всего тем, что имеют большое удельное сопротивление и диэлектрическую постоянную и могут при малой толщине обеспечивать высокие уровни напряженности поля пробоя.