СПОСОБ РЕАКТИВНОГО ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ ПОЛИКРЕМНИЯ ДО SiO И МОНОКРЕМНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H01L21/306 H01L21/3065 

Изобретение относится к микроэлектронике, к технологии изготовления ИС высокой степени интеграции, к процессам сухого плазменного травления.

Процесс травления поликремния до SiO₂ и монокремния используется при изготовлении ИС по МНОП технологии со скрытыми контактами (слой поликремния лежит как на областях SiO₂, так и на областях кремния) на этапе формирования поликремниевых затворов, а при изготовлении ИС на биполярных кристаллах (в самосовмещенной технологии (ССТ)) - на этапе травления первого слоя поликремния.

Известен способ травления поликремния до SiO₂ и монокремния, описанный в патенте РФ 2110114, МКИ 6 H 01 L 21/3065. Он состоит в том, что процесс проводится на установках РИТ в смеси SF₆ с добавкой CCl₄ до диэлектрика с контролем окончания процесса травления поликремния по спектральному датчику, с одновременным травлением поликремния до SiO₂ и кремния без существенных нарушений поверхности кремния. Недостатком этого процесса является сложность вытравливания поликремния на ступеньке рельефа, поскольку процесс является полностью анизотропным без ухода размеров.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ, описанный R.W. Light and H.B. Bell. "Profile Control of Polysilicon Lines with SF₆/O₂ Plasma Etch Process". J. Electrochem. Soc.: SOLID-STATE SCIENSE AND TECHNOLOGY, pp.1567-1571, 07/1983. Он состоит в травлении поликремния в составе SF₆/O₂ при содержании кислорода 65-80 об.%, давлении 20 Па и мощности 1500 Вт (0,54 Вт/см²). Он позволяет хорошо вытравливать поликремний на ступеньке рельефа, поскольку имеет наклонный профиль травления. Недостатками этого способа являются низкая селективность к фоторезисту (менее 1: 1) и сильная зависимость скорости травления от длительности процесса, что приводит к плохой воспроизводимости результатов и неконтролируемому затраву в монокремний.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в уменьшении затрава в монокремний и увеличении селективности травления поликремния к фоторезистивной маске. Поставленная задача решается в способе, включающем реактивное ионное травление слоя поликремния через фоторезистивную маску в плазме ВЧ-разряда в газовой смеси гексафторида серы (SF₆) и кислорода при давлении 2-3 Па, при содержании кислорода в газовой смеси 25-35 об.%, в два этапа (при плотности мощности на первом этапе 1,2-1,4 Вт/см², а на втором этапе 0,5-0,7 Вт/см²) с осуществлением контроля окончания процесса травления.

Авторами было установлено, что при низких давлениях (2-3 Па) увеличение % кислорода в смеси SF₆/O₂ приводит не к уменьшению анизотропности травления, а к ее увеличению, т.е. усиливает затруднение вытравливания зерен поликремния на рельефе. В то же время известно, что чем ниже рабочее давление, тем выше равномерность травления поликремния, меньше эффект загрузки (влияние величины подвергаемой травлению площади пластины на скорость травления) и выше воспроизводимость результатов.

Использование неизвестного ранее явления позволило авторам выбрать такие параметры травления, при которых достигается совокупный положительный эффект, при этом решающее значение имеет и контроль момента окончания процесса.

В таблице приведены данные зависимостей скорости травления поликремния, селективности, разброса линейных размеров в зависимости от плотности мощности с использованием кварцевого покрытия электрода, а также макорового и анодированного дюралевого покрытия.

Из таблицы видно, что использование макорового покрытия электрода приводит к увеличению разброса линейных размеров на 40% по сравнению с кварцевым на той же плотности мощности. Использование анодированного дюралевого покрытия или незащищенного электрода дает еще больший разброс размеров.

Ниже приведены примеры практического выполнения изобретения.

В качестве первого примера рассмотрим реактивное ионное травление слоя поликремния толщиной 0,5 мкм на кремниевой пластине диаметром 100 мм с реальной структурой ИC при максимальной ступеньке рельефа до 0,4 мкм. Поверх слоя поликремния наносили слой фоторезиста толщиной 1,2 мкм (использовалась марка фоторезиста СП-15) и фотолитографией создавали в нем требуемый рисунок поликремниевых затворов (для МОП-структур). Обработка пластин проводилась на установке GIR-260 (тип SO) фирмы Alcatel в газовой смеси SF₆/O₂ с 30%-ным содержанием О₂ при давлении 2 Па. На первой стадии мощность составляла 100 Вт (1,25 Вт/см²), а время травления 45 с. На второй стадии мощность снижалась до 50 Вт (0,63 Вт/см²), время травления складывалось из времени, определенного по спектральному датчику SEM-100 (порядка 20 с) и постоянной составляющей 25 с для вытравливания зерен и остатков поликремния на рельефе. При этом затрав в SiO₂ составил 0,008 мкм, уход линейных размеров от ФРМ составил 0,11 мкм, а максимальный разброс линейных размеров по пластине - не более 0,1 мкм.

В следующем примере травление Si* проводилось до SiO₂ и монокремния. Для травления использовались пластины диаметром 100 мм с реальной структурой ИС, на которых были сформированы подзатворный SiO₂, скрытый контакт (локально вскрытый подзатворный SiO₂) и осажден слой легированного фосфором поликремния толщиной 0,5 мкм. Высота рельефа от локального окисления на предыдущих операциях составляла 0,5-0,6 мкм. В качестве маски использовался фоторезист марки СП-15 со сформированным проекционной фотолитографией рисунком поликремниевых затворов. Травление проводилось в тех же режимах на установке GIR-260, причем одновременно до SiO₂ и монокремния, но постоянную составляющую времени (после срабатывания датчика), за счет увеличения равномерности травления и лучшей вытравливаемости зерен поликремния на рельефе, удалось сократить до 4 с. При этом затрав в монокремний составил не более 0,02 мкм, а уход линейных размеров был равен 0.

Использование: технология изготовления ИС высокой степени интеграции на биполярных или МОП транзисторах. Сущность изобретения: процесс реактивного ионного травления поликремния в плазме гексафторида серы (SF₆) и кислорода при содержании кислорода в газовой смеси 25-35 об.% в два этапа при разных уровнях мощности (1,2-1,4 Вт/см² и 0,5-0,7 Вт/см²) с использованием датчика окончания процесса до SiO₂ и монокремния без существенного их подтравливания. Технический результат изобретения заключается в уменьшении затрава в монокремний и увеличение селективности травления поликремния к фоторезистивной маске. 1 табл.

Способ реактивного ионного травления поликремния до SiO₂ и монокремния, включающий обработку слоя поликремния через фоторезистивную маску в плазме гексафторида серы (SF₆) и кислорода (O₂), отличающийся тем, что травление проводят при давлении 2-3 Па, при содержании кислорода в газовой смеси 25-35 об. %, в два этапа - при плотности мощности на первом этапе 1,2-1,4 Вт/см², на втором 0,5-0,7 Вт/см² и осуществляют контроль окончания процесса травления.