СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ Российский патент 1994 года по МПК H01L21/02 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности интегральных микросхем.

Для травления слоев двуокиси кремния в полупроводниковой технологии в настоящее время в основном используются два способа: плазмохимическое травление и фотостимулированное травление с использованием излучения с длинами волн 180-300 нм.

Плазмохимический способ состоит в обработке подложки в высокочастотном разряде, происходящем в рабочем газе, включающем фторсодержащий компонент: СF₄, SF₆ и др. [1].

Недостатками плазмохимического способа травления двуокиси кремния являются недосточная селективность по отношению к кремнию, внесение радиационных повреждений в поверхностные слои обрабатываемых изделий, выбивание частиц из стенок камеры и электродов с возможностью их попадания на поверхность обрабатываемого изделия.

Ближайшим к предлагаемому техническим решением является способ фотостимулированного травления двуокиси кремния, основанный на использовании излучения с длинами волн 180-300 нм [2], который не имеет перечисленных выше недостатков плазмохимического способа, однако требует применения высокотоксичных и агрессивных газов (F₂, NF₃) и не позволяет достичь высоких скоростей травления (скорость травления около 1 нм в минуту).

С целью исключения необходимости использования при фотостимулированном травлении двуокиси кремния агрессивных и токсичных газов и повышения скорости травления предлагается способ фотостимулированного травления двуокиси кремния, включающий травление поверхности подложки под действием излучения в присутствии рабочего газа и отличающийся тем, что травление пленки двуокиси кремния проводят под действием излучения с длинами волн 115-180 нм, а в качестве рабочего газа используют шестифтористую серу (SF₆).

Авторами изобретения обнаружено, что при использовании для фотостимулированного травления двуокиси кремния излучения в диапазоне 115-180 нм молекулы SF₆, находящиеся в зоне облучения, распадаются с образованием атомарного фтора, который воздействует на поверхность двуокиси кремния с образованием летучего соединения SiF₄: 4F + SiO₂-> SiF₄ + О₂.

При использовании в качестве рабочего газа смеси SF₆ + О₂ скорость фотостимулированного травления двуокиси кремния увеличивается за счет увеличения концентрации атомарного фтора над поверхностью подложки (как и в случае плазмохимического травления двуокиси кремния). Добавление кислорода устраняет также возможность образования осадка на обрабатываемых поверхностях, предотвращая объединение серосодержащих молекул.

Добавление Н₂ к SF₆ или к смеси SF₆ + О₂ приводит к дополнительному ускорению травления двуокиси кремния за счет образования над облучаемой поверхностью молекул НF, которые активно взаимодействуют с двуокисью кремния:
SiO₂ + 4HF -> SiF₄ + 2Н₂О.

Наибольшая скорость фотостимулированного травления двуокиси кремния наблюдается для наиболее коротковолновой части указанного выше спектрального диапазона - для длин волн 115-130 нм, что связано с наиболее высокой квантовой эффективностью распада молекул SF₆.

Проведение процесса фотостимулированного травления двуокиси кремния в соответствии с данным изобретением возможно, в частности, при комнатной температуре, в широком диапазоне давлений рабочего газа (например, 0,1-1,0 атм) и соотношений компонентов, однако с обязательным включением в рабочую смесь SF₆.

Оптимальный состав смеси и давление рабочего газа выбираются, исходя из типа используемого источника излучения, необходимой скорости и равномерности травления, необходимой селективности травления двуокиси кремния по отношению к другим материалам: кремнию, фоторезисту и др.

Устройство, в котором производится фотостимулированное травление в соответствии с данным изобретением, включает в себя источник излучения с длинами волн в диапазоне 115-180 нм с выходным окном, изготовленным из материала, пропускающего излучение с длинами волн короче 180 нм, например из МgF₂, CaF₂, сапфира и др., вакуумную камеру с системой вакуумной откачки и напуска рабочего газа, в которую помещается обрабатываемая подложка, лицевой стороной в направлении окна источника излучения.

Для осуществления процесса по данному способу камеру с помещенным в нее образцом откачивают до давления не выше 0,1 Торр (10 Па) и напускают рабочий газ. Затем включают источник излучения. Возможна работа как с протоком рабочего газа, так и с периодической его заменой, например, при смене образца.

П р и м е р 1. Травление естественного окисла на поверхности монокристаллического кремния (толщиной 1-2 нм). Используемая смесь: 0,15 атм SF₆, 0,05 атм О₂. Источник излучения: длина волны 124 нм (разряд в криптоне). Время травления: менее 1 мин. Достигается быстрое травление окисла без использования токсичных и агрессивных газов.

П р и м е р 2. Травление пленки термически выращенного на повеpхности кремния двуокиси кремния толщиной 0,3 мкм. Используемая смесь: 0,15 атм SF₆, 0,05 атм О₂, 0,05 атм Н₂. Источник излучения: длина волны 124 нм (разряд в криптоне). Время травления: 10 мин. Достигается быстрое фотостимулированное травление пленки двуокиси кремния без использования токсичных и агрессивных газов.

Использование: при изготовлении полупроводниковых приборов, в частности интегральных схем. Сущность изобретения: на обрабатываемую подложку воздействуют излучением в диапазоне длин волн 115 - 118 нм, а в качестве рабочего газа используют SF₆ или его смеси с O₂ и/или с H₂, что позволяет достигать высоких скоростей фотостимулированного травления двуокиси кремния при использовании неагрессивных и нетоксичных рабочих газов. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ, при котором на последнюю воздействуют излучением в присутствии рабочего газа, отличающийся тем, что излучением воздействуют в диапазоне волн 115 - 180 нм и в качестве рабочего газа используют Sf₆. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют рабочий газ, дополнительно содержащий кислород. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют рабочий газ, дополнительно содержащий водород.