Синтез слоев нитрида и диоксида кремния осаждением из газовой фазы на основе хлорпроизводных моносилана Васильев, Владислав Юрьевич

Введение к работе

Актуальность темы. В современной технологии используются 'онкие (0,01 - 1,5 мкм) слои поликристаллического кремния, нит-іида кремния и диоксида кремния, обладающие определенной сово-упностьа физико-химических, электрофизических и оптических івойств. Наиболее распространенны.! методом их получения на по-ерхности твердых тел является осаждение из газовой фазы в про-очных реакторах низкого давления. При этом решается важная для овременной технологій задача получения тонкого слоя материала необходимыми свойствами одновременно на 50-200 Образцах.

Осаждение из газовой фазы - сложный многостадийный процесс, ключающий стадии диффузии, адсорбции, десорбции и превращения газовой фазе и на поверхности твердых тел. Для эффективного правления процессами синтеза исключительно важным является знане кинетических закономерностей роста слоев, поскольку среди ногих потенциально пригодных для синтеза химических веществ ишь для некоторых из них удается найти условия, обеспечивающие ри приемлемой скорости осаждения слоев требуемый уровень каче-гва осажденных материалов, а именно:

однородность толщины и свойств тонкого слоя по всей по-эрхностп образца не хуже 95-98$;

однородность материала по его толщине, отсутствие струк-/рных нарушений и прежде всего макрочастиц той же или иной при-зды, встроенных в матрицу и являющихся причиной образования де-эктных слоев.

К началу нашей работы (1981 г.) закономерности роста диэлек-эических слоев из газовой фазы были изучены недостаточно.

В качестве объектов исследования выбраны реакции аммонолиза окисления хлорпроизводных моносилана.

Цель работы заключалась в исследовании кинетических законо-гриостеіі синтеза слоев нитрида и диоксида кремния из хлорпроиз-)дных моносилана в проточных реакторах низкого давления и опре-уіенип взаимосвязи физико-химических свойств слоев с условиями : получения.

Основные задачи работы:

I. Изучение закономерностей роста и свойств слоев нитрида іемния при аммонолизе дихлорсилана и тетрахлорида кремния.

/

1. Исследование кинетики роста слоев диоксида кремния при окислении хлорпроизводных моносилана и кремнийорганических соединений в присутствии фосфоросодержащих веществ.

2. Анализ закономерностей роста и состава газообразных побочных .продуктов реакции и аэрозольной фазы в ходе синтеза слоев диоксида кремния окислением моносилана 4^0 .

3. Установление взаимосвязи основных физико-химических ' свойств слоев с условиями их получения.

4. Обобщение данных, полученных для различных процессов синтеза, построение схем процессов, выработка рекомендаций по оптимизации процессов в промышленных реакторах низкого давления.

Защищаемые положения. I. На основании сравнительного исследования кинетики роста слоев нитрида кремния из моносилана и его хлорпроизводных установлено их отличие по величинам скоростей роста, степеням превращения реагентов.

5. Введение фосфорсодержащих веществ в газовую фазу при окислении кремнийорганических хлорсодержащпх соединений приводит к возрастанию скоростей роста слоев диоксида кремния. Обнаружено, что в системе SIH4-N2O побочным продуктом реакции окисления является молекулярный водород.

6. Процессы осаждения диэлектрических слоев при низком давлении классифицированы на три группы, характеризующиеся различными закономерностями роста в зависимости от маршрутов и лимитирующих стадий процессов синтеза.

7. Для промышленных реакторов низкого давления определены граничные условия появления аэрозольной фазы в ходе реакций окисления и установлены критерии оптимальности процессов синтеза с учетом геометрии реакторов.

Научная новизна. В настоящей работе впервые:

1. Проведен 'детальный анализ закономерностей роста слоев нитрида и диоксида кремния из хлорпроизводных моносилана.

2. Проведены исследования аэрозольной фазы в ходе синтеза слоев диоксида кремния.

3. Найдены оптимальные условия синтеза слоев нитрида кремния в системах SiHgCLj-NHs» S'CI^-NHg и диоксида кремния в системах Sffl₄-N₂0, SlCCHgjgCLj-OgPCJ^.

4. Сформулированы основные критерии оптимизации процессов синтеза в проточных реакторах низкого давления.

практическая ценность. Результаты работы внедрены в серийное производство в виде технологических процессов синтеза слоев нитрида и диоксида кремния с экономическим эффектом 104,7 тыс. руб./год.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ЗУ и У Всесоюзных научно-технических конференциях го тонким пленкам (г.Тбилиси, 1981, г.Нальчик, 1983), I Всесоюзном симпозиуме по макроскопической кинетике и химической газодинамике (г.Алма-Ата, 1984), ІУ и У Всесоюзных семинарах по физической химии поверхности полупроводников (Новосибирск, 1981, Владивосток, 1986).

Публикации. По материалам работы опубликовано 10 статей.

Структура"'и объем диссертации, диссертация состоит из введения, пяти глаз, выводов, списка цитируемой литературы 117 наименований. Работа изложена на 180 стршшцах, включая 47 рисунков и 13 страниц сшска литературы.