ПРОЦЕСС ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ ПОЛИКРЕМНИЯ ДО КРЕМНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно технологии изготовления ИС высокой степени интеграции на биполярных транзисторах, изготовленных по самосовмещенной технологии (ССТ) с двумя слоями поликремния.

Использование ССТ технологии при изготовлении ИС на биполярных транзисторах, позволяющих за счет самосовмещения и самоформирования структур существенно уменьшить размеры транзисторов в плане, многократно увеличивает степень интеграции и быстродействие ИС при одновременном снижении мощности потребления.

Ключевым процессом ССТ технологии изготовления биполярного транзистора с двумя слоями поликремния является процесс травления через маску фоторезиста первого слоя поликремния, лежащего на пластине кремния, до кремния в местах формирования окна под эммитер. При этом является обязательным выполнение ряда очень серьезных требований к процессу, в том числе:
- высокая селективность в процессе травления поликремния к кремнию (без существенных нарушений кремниевой пластины),
- отсутствие изотропного (бокового) травления слоя поликремния, меняющего размеры окна.

Известен травитель для жидкостного селективного травления слоя аморфного кремния, легированного фосфором, до кремния [1].

Недостатком данного способа является изотропное (боковое) травление слоя аморфного кремния, существенно увеличивающее размеры эмиттера в транзисторе за счет латеральной составляющей травления. Так, при ширине окон под эмиттер с проектным разменом 0,8 мкм при жидкостном травлении слоя поликремния толщиной 0,5 мкм размер эмиттера увеличивается с 0,8 до 1,8 мкм, т.е. более чем в 2 раза, что в большинстве случаев неприемлемо.

Известны технические решения, позволяющие частично уменьшить вышеуказанные недостатки способа [1] в результате использования метода анизотропного плазмохимического травления слоя поликремния.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является процесс селективного травления [2] поликремния до кремния, включающий осаждение слоя поликремния на пластине кремния, покрытие пластины слоем фоторезиста, вскрытия окон в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния до кремния, первое неселективное анизотропное травление основной части поликремния в смеси SF6 с 20% кислорода, второе селективное изотропное травление оставшейся части поликремния до кремния в SF6 или в смеси SF6 со следами кислорода без существенных нарушений кремниевой пластины.

На фиг. 1 - 3 представлены основные этапы процесса плазмохимического травления поликремния до кремния по способу прототипа.

На фиг. 1 представлен разрез структуры после осаждения слоя поликремния 2 на пластину кремния 1, покрытия пластины слоем фоторезиста 3, вскрытия окон в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния до кремния 4.

На фиг. 2 представлен разрез структуры после первого неселективного анизотропного травления основной части поликремния 5.

На фиг. 3 представлен разрез структуры после второго селективного изотропного травления оставшейся части поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины 6.

Однако указанный процесс не в полном объеме отвечает требованиям, сформулированным выше по сохранению размеров окна (что возможно только при анизотропном травлении поликремния) и селективности.

Так, при изотропном травлении поликремния на второй стадии процесса происходит боковое травление поликремния на величину, равную оставшемуся слою поликремния после первой стадии процесса анизотропного травления. Например, согласно [2] при травлении слоя поликремния толщиной 0,75 мкм в первую стадию процесса удаляется 0,4 мкм, а во вторую 0,35 мкм.

Следовательно, увеличение размера эмиттера может произойти на величину 0,7 мкм, что при топологическом размере окна под эмиттер в 0,8 мкм приводит к увеличению окна до 1,5 мкм, т.е. почти в два раза. Это делает невозможным получение ИС с субмикронными размерами с требованиями текущего времени.

Кроме того, вторая стадия селективного изотропного процесса травления является очень чувствительной к малейшим изменениям параметров плазмы, что делает ее практическое промышленное использование проблематичным и может сопровождаться снижением процента выхода годных.

Задачей настоящего изобретения является создание процесса плазмохимического травления поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины и увеличения размеров окон в поликремнии, проводимого в одну стадию.

Для достижения названного технического результата в процессе плазмохимического травления поликремния до кремния, включающем осаждение слоя поликремния на пластине кремния, покрытие пластины слоем фоторезиста, вскрытие окон в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния до кремния, плазмохимическое травление слоя поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины, до осаждения слоя поликремния пластину покрывают слоем диэлектрика, удаляют слой диэлектрика с поверхности пластины в местах последующего формирования рабочих кристаллов ИС, осаждают слой поликремния, покрывают пластину слоем фоторезиста, вскрывают окна в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния, удаляют фоторезист с периферийных областей платины вне расположения рабочих кристаллов ИС и с межкристальных дорожек, осуществляют плазмохимическое травление слоя поликремния до диэлектрика с контролем окончания травления и одновременно поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что до осаждения слоя поликремния пластину покрывают слоем диэлектрика, удаляют слой диэлектрика с поверхности пластины в местах последующего формирования рабочих кристаллов ИС, осаждают слой поликремния, покрывают пластину слоем фоторезиста, вскрывают окна в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния, удаляют фоторезист с периферийных областей платины вне расположения рабочих кристаллов ИС и с межкристальных дорожек, осуществляют плазмохимическое травление слоя поликремния до диэлектрика с контролем окончания травления и одновременно поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, показывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

В случае прототипа процесс травления производится через окна фоторезиста, при этом вся остальная часть пластины закрыта фоторезистом, в две стадии, где вторая стадия представляет собой изотропный процесс с боковой составляющей травления поликремния.

Предлагаемая совокупность отличительных признаков дает возможность исключить изотропное (боковое) травление поликремния в окне эмиттера транзистора, не позволяющее со способу прототипа получать субмикронные размеры элементов, а значит решать задачи по соединению ИС с высокой интеграции и сверхбыстродействием.

Процесс плазмохимического травления слоя поликремния ведется по поверхности диэлектрика на периферии пластины и в межсхемных дорожках ИС и сразу по достижении диэлектрика, в результате возрастания концентрации фтора в реакторе, фиксируемом спектральным датчиком, прекращается. Одновременно завершается травление поликремния над кремнием.

Кроме того, упрощается процесс плазмохического травления, не требующий проведение процесса в две стадии по схеме прототипа, что позволяет снизить стоимость и повысить процент выхода ИС.

На фиг. 4 - 6 представлены основные этапы процесса плазмохимического травления поликремния до кремния.

На фиг. 4 представлен разрез структуры после осаждения на поверхности пластины 1 слоя диэлектрика 7 и последующего удаления диэлектрика с мест формирования рабочих кристаллов ИС 8.

На фиг. 5 представлены разрез структуры после осаждения слоя поликремния 2, покрытия пластины слоем фоторезиста 3, вскрытия окон в слое фоторезиста в местах травления поликремния 4 и удаления фоторезиста с нерабочих областей пластины с периферии 9 и с межсхемных дорожек.

На фиг. 6 представлен разрез структуры после плазмохимического травления поликремния до диэлектрика 10 с контролем окончания процесса и одновременно до кремния без травления кремния.

Пример. На пластину кремния марки КЭФ1 (100) осаждается слой двуокиси кремния пиролитическим методом при температуре 740^oC из моносилана толщиной 0,5 мкм. С использованием процесса фотолитографии и жидкостного травления в плавиковой кислоте диэлектрик удаляется с мест последующего расположения рабочих кристаллов ИС. На пластину осаждается слой поликремния толщиной 0,5 мкм в установке пирролитического осаждения методом разложения моносилана при температуре 630^oC. Поверхность покрывается слоем фоторезиста и последовательно методом фотолитографии вскрываются окна в слое фоторезиста для травления поликремния до кремния и затем экспонированием фоторезиста с использованием специального шаблона удаляют фоторезист с периферийных областей пластины вне расположения рабочих кристаллов ИС и с межкристальных дорожек. Осуществляют анизотропное плазмохимическое травление слоя поликремния на установке реактивного ионного травления РИТ модели Отелло - 43 в смеси SF6 с добавкой СС14 до диэлектрика с контролем окончания процесса травления поликремния по спектральному датчику, с одновременным травлением поликремния до кремния без существенных нарушений поверхности кремния. Величина врезания в кремний не превышает величины 100 - 150 А. Величина изотропного (бокового) травления составляет величину не более 500 А. При необходимости дополнительно производится травление кремния на требуемую глубину.

Пример, описанный выше, является частным случаем, в котором используется предлагаемый процесс травления.

Использование: технология изготовления ИС высокой степени интеграции на биполярных транзисторах, изготовленных по самосовмещенной (ССТ) технологии с использованием поликремния на кремнии. Сущность изобретения: процесс селективного травления поликремния до кремния предусматривает покрытие пластины слоем диэлектрика до осаждения слоя поликремния, удаление слоя диэлектрика с поверхности пластины в местах последующего формирования рабочих кристаллов ИС, осаждение слоя поликремния, покрытие пластины слоем фоторезиста, вскрытие окон в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния и удаление фоторезиста с периферийных областей пластины вне расположения рабочих кристаллов ИС и с межкристальных дорожек, плазмохимическое травление слоя поликремния до диэлектрика с контролем окончания травления и одновременно поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины. Таким образом, травление поликремния производится одновременно до диэлектрика на периферии пластины и до кремния в рабочих областях при возможности контроля окончания процесса травления до диэлектрика. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Процесс плазмохимического травления поликремния до кремния, включающий осаждение слоя поликремния на пластине кремния, покрытие пластины слоем фоторезиста, вскрытие окон в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния до кремния, плазмохимическое травление слоя поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины, отличающийся тем, что до осаждения слоя поликремния пластину кремния покрывают слоем диэлектрика, удаляют слой диэлектрика с поверхности пластины в местах последующего формирования рабочих кристаллов ИС, осаждают слой поликремния, покрывают пластину слоем фоторезиста, вскрывают окна в слое фоторезиста в местах последующего травления слоя поликремния, удаляют фоторезист с периферийных областей пластины вне расположения рабочих кристаллов ИС и с межкристальных дорожек, осуществляют плазмохимическое травление слоя поликремния до диэлектрика с контролем окончания травления и одновременно поликремния до кремния без существенных нарушений кремниевой пластины. 2. Процесс по п.1, отличающийся тем, что контроль завершения плазмохимического травления поликремния до диэлектрика осуществляют по спектральному датчику.