СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к плазмохимическим процессам и может быть использовано при разработке технологии травления кремнийсодержащих слоев в производстве твердотельных микроэлектронных приборов.

Известен способ плазмохимического травления кремнийсодержащих материалов, в котором в качестве плазмообразующей смеси используется чехырехфтористый углерод CF₄ и кислород 0₂. Оптимальным, с точки зрения скорости процесса, считается содержание 20% кислорода в плазмообразующей смеси (Плазменная технология в производстве СБИС, под. ред. Н.Айсбрука и Д.Брауна -М.: Мир, 1987, стр. 171).

Однако введение в плазмообразующую смесь кислорода как самостоятельного газа приводит к образованию излишнего количества активных кислородных частиц, которые в свою очередь приводят к увеличению скорости травления полимерных резистивных масок, через которые происходит формирование топологии споев микроэлектронных приборов и, таким образом, не обеспечивается гарантированное травление функциональных споев различной толщины.

Известен способ плазмохимического травления кремнийсодержащих материалов, в котором в качестве плазмообразующей смеси предложена газовая плазмообразующая смесь на основе гексафторида серы и кислорода. Увеличение количества атомов фтора по сравнению с аналогом приводит к росту скорости травления при неизменных прочих параметрах технологического процесса.

Однако недостатки, указанные в аналоге, сохраняются.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения гарантированного травления функциональных слоев различной толщины твердотельных микроэлектронных приборов через полимерные резистивные маски за счет повышения стойкости масок в процессе травления.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе плазмохимического травления кремнийсодержащих материалов, включающем травление плазмообразующей смесью через полимерную резистивную маску, новым является то, что травление ведут в плазмообразующей смеси, содержащей смесь гексафторида серы (SF₆), четыреххлористого углерода (CCL₄), ацетона (C₃H₆O₂) и аргона (Ar) при следующем составе компонентов (об.%):
CCl₄ - 3 - 7
Ar - 10 - 13
C₃H₆O₂ - 12 - 16
SF₆ - Остальное
Повышение стойкости полимерных резистивных масок достигается за счет снижения кислородных активных компонент путем введения необходимого количества кислорода в связанном состоянии. Количества кислорода в плазмообразующей смеси оказывалось достаточно для перевода серы и углерода в летучие соединения. При этом полимерные резистивные маски сохранялись длительное время, чего ранее не достигалось при сохранении неизменными всех остальных параметров технологического процесса.

Пример 1. Травление Si через полимерную фоторезистивную маску (резист 383) в СВЧ-плазме (частота генератора 2,45 ГГц), толщина полимерной фоторезистивной маски 0,5 мкм.

Плазмообразующую смесь получали в разрядной камере путем смешения: Ar, пропущенного через жидкость CCl₄ в кварцевом испарителе, ацетона (C₃H₆O₂), полученного испарением при комнатной температуре из другого кварцевого испарителя и газообразного SF₆.

Количество паров CCl₄ в плазмообразующей смеси 10%; Ar-6%; C₃H₆O₂ 14%; SF₆ 70%.

Величина СВЧ-мощности, подведенной к плазме, - 150 Вт,
время травления - 20 мин,
глубина травления - 10,2 мкм.

Полимерная фоторезистивная маска сохранилась, ее толщина составила 0,31 мкм (контроль велся в процессе травления с помощью лазерного интерферометра). При этом функциональный слой протравился на всю толщину, как и требовалось в поставленной задаче.

Пример 2 (прототип). Травление Si через полимерную) фоторезистивную маску (резист 383) в СВЧ-плазме (частота генератора 2,45 ГГц), толщина полимерной фоторезистивной маски 0,5 мкм.

Плазмообразующую смесь получали путем смешения SF₆ и O₂, количество SF₆ плазмообразующей смеси - 80% количество O₂ 20%. Величина СВЧ-мощности, подведенной к плазме, - 150 Вт,
время травления - 6 мин,
глубина травления - 4,2 мкм.

Полимерная фоторезистивная маска стравилась полностью, контроль проводился с помощью лазерного интерферометра в процессе травления. Таким образом, поставленная задача не выполнена.

Пример 3. Травление многослойной пленки Si₃N₄ + SiO₂ до Si через маску электронорезиста на основе ПММА (ЭРП-40) в ВЧ- плазме (частота генератора 13,51 МГц).

Толщина электронорезистивной маски 0,3 мкм.

Толщина Si₃N₄ - 1000
Толщина SiO₂ - 1000
Плазмообразующую смесь получали смешением SF₆, Ar, CCl₄ и С₃H₆О₂. Количество SF₆ в плазмообразующей смеси - 65%, CCl₄ -7%, Ar - 13%, С₃H₆0₂-15%.

Величина подведенной к плазме ВЧ-мощности - 50 Вт.

Время травления пленки составило 5 мин.

Электронорезистивная пленка осталась (h~0,1 мкм). При этом функциональный слой протравился на всю толщину, как и требовалось в поставленной задаче.

Пример 4. Травление многослойной пленки Si₃N₄ + SiO₂ до Si через маску электронорезиста на основе ПММА (ЭРП-40) в ВЧ-плазме (частота генератора 13,51 МГц), величина подведенной к плазме ВЧ-мощности - 50 Вт. Использовалась плазмообразующая смесь SF₆ + O₂. Количество SF₆ в плазмообразующей смеси 80%. Количество O₂ в плазмообразующей смеси 20%.

Толщина электронорезистивной маски 0,3 мкм.

Толщина Si₃N₄ - 1000
Толщина SiO₂ - 1000
Время травления составило 3 мин, электронорезистивная маска стравилась (контроль велся в процессе травления с помощью лазерного интерферометра). Пленка Si₃N₄ cтравилась полностью. Пленка SiO₂ не достравилась, ее толщина составила ~600 Таким образом, поставленная задача не выполнена.

Использование: при разработке технологии травления кремнийсодержащих слоев в производстве твердотельных микроэлектронных приборов. Сущность изобретения: способ плазмохимического травления кремнийсодержащих материалов включает травление через полимерную резистивную маску плазмообразующей смесью, содержащей гексафторид серы (SF₆), четыреххлористый углерод (CCl₄), ацетон (C₃H₆O₂) и аргон (Ar) при следующем составе компонентов, об.%: CCl₄ 3-7, Ar 10-13, C₃H₆O₂ 12-16, SF₆ - остальное. Техническим результатом изобретения является обеспечение гарантированного травления функциональных слоев различной толщины твердотельных микроэлектронных приборов через полимерные резистивные маски за счет повышения стойкости масок в процессе травления.

Способ плазмохимического травления кремнийсодержащих материалов, включающий травление плазмообразующей смесью через полимерную фоторезистивную маску, отличающийся тем, что травление ведут в плазмообразующей смеси, содержащей гексафторид серы (SF₆), четыреххлористый углерод (CCl₄), ацетон (C₃H₆O₂) и аргон (Ar) при следующем составе компонентов, об.%:
CCl₄ - 3 - 7
Ar - 10 - 13
C₃H₆O₂ - 12 - 16
SF₆ - Остальное