СПОСОБ РЕАКТИВНО-ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ НИТРИДА КРЕМНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H01L21/3065 

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно способы реактивно-ионного травления (РИТ) поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Известен способ реактивно-ионного анизотропного травления нитрида кремния в ВЧ-разряде газовой смеси 80% - 50% (объемных) тетрафторметана (CF₄) с 20% - 50% (объемными) кислорода (O₂) [1]. Недостатком данного способа является малые равномерность и селективность травления (неравномерность ±8%, селективность Si₃N₄:SiO₂=3:1).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ селективного травления нитрида кремния [2], в котором травление нитрида кремния проводят в ВЧ-разряде газовой смеси 85% - 60% (объемных) трифторметана (CHF₃) с 15% - 40% (объемных) O₂. Недостатком данного способа является недостаточно высокая селективность травления нитрида по отношению к двуокиси кремния: Si₃N₄:SiO₂ = 5:1.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении селективности процесса. Данный технический результат достигается в способе реактивно-ионного травления нитрида кремния, включающем помещение травимой пластины в реактор реактивно-ионного травления и проведение процесса травления поверхности Si₃N₄ в плазме газовой смеси 1,1,2,2-тетрафторэтана (C₂F₄H₂) с кислородом и аргоном, причем компоненты газовой смеси С₂F₄H₂ - О₂ - Ar в объемных процентах находятся в пределах 38% - 47% C₂F₄H₂; 4% - 8% O₂ и 45% - 58% Ar, при плотности ВЧ-мощности от 0,2 до 0,7 Вт/см² и давлении в реакторе от 1 до 8 Па.

Таким образом, отличительными признаками изобретения является проведение реактивно-ионного травления нитрида кремния в плазме газовой смеси 1,1,2,2-тетрафторэтана (C₂F₄H₂) с аргоном.

Перечисленные отличительные признаки позволяют достичь указанного технического результата, заключающегося в увеличении селективности процесса травления Si₃N₄ по отношению к SiO₂.

Процесс реактивно-ионного травления нитрида кремния происходит следующим образом. Слой нитрида кремния подвергается воздействию плазмы газовой смеси 1,1,2,2-тетрафторэтана (C₂F₄H₂) с кислородом и аргоном. При этом возникающие под воздействием плазмы в результате деструкции химических связей в 1,1,2,2-тетрафторэтане (C₂F₄H₂), радикалы обеспечивают полимерообразование на поверхности травимого слоя, что приводит к возрастанию селективности процесса травления.

Примеры реализации способа.

Подготовленные к реактивно-ионному травлению пластины со слоем нитрида кремния делили на три группы.

Первая группа пластин подвергалась процессу РИТ в плазме смеси газов тетрафторметана с кислородом.

Пластины из второй группы подвергались РИТ в плазме газовой смеси трифторметана с кислородом.

Пластины из третьей группы подвергались РИТ в плазме газовой смеси 1,1,2,2-тетрафторэтана (C₂F₄H₂) с кислородом и аргоном. Травление нитрида кремния по третьему процессу проводили в ВЧ-разряде смеси 1,1,2,2-тетрафторэтана (C₂F₄H₂), кислорода (O₂) и аргона (Ar), при соотношении реагентов от 38 до 47% (объемных), от 4-8% (объемных), и от 45 до 58%(объемных), соответственно, при плотности ВЧ-мощности от 0,2 до 0,7 Вт/см² и давлении от 1 до 8 Па.

Проведенные нами эксперименты показали, что, несмотря на самую высокую температуру кипения по данной группе газов у C₂F₄H₂ (CF₄ - 128^oС, CHF₃ - 84^oС, C₂F₄H₂ - 26^oС), блокирующей травления нитрида полимеризации в плазме данного газа не обнаруживается. Селективность травления нитрида к двуокиси кремния в оптимальном составе газовой смеси составляет 9:1.

При содержании кислорода более 8% об., и при содержании аргона более 58% об. и плотности мощности более 0,7 Вт/см², происходит уменьшение селективности РИТ травления.

При содержании кислорода менее 4% и содержании аргона менее 45% и плотности мощности менее 0,2 Вт/см² происходит усиление полимеризации, с уменьшением скорости травления Si₃N₄.

В таблице 1 приведены результаты травления нитрида кремния по предлагаемому способу в зависимости от состава газовой смеси и давления. В таблице 2 сопоставлены результаты травления, проведенного в оптимальных режимах, по способу - прототипу, способу - аналогу и предлагаемому способу.

Как видно из таблицы, введение в газовую смесь 1,1,2,2-тетрафторэтана (C₂F₄H₂) позволяет увеличить селективность процесса травления при использовании реактора реактивного ионного травления.

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент Японии 56-111222, 1981 (аналог).

2. Патент Японии 60-246636, 1985 (прототип).

Использование: в микроэлектронике для травления поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: способ реактивно-ионного травления нитрида кремния включает травление поверхности Si₃N₄ в плазме газовой смеси хладона с кислородом и аргоном. В качестве хладона используют 1,1,2,2-тетрафторэтан (С₂F₄Н₂). Техническим результатом является увеличение селективности травления нитрида кремния по отношению к двуокиси кремния. 2 табл.

Способ реактивно-ионного травления нитрида кремния (Si₃N₄), включающий помещение травимых пластин в реактор реактивно-ионного травления, травление поверхности Si₃N₄ в плазме газовой смеси фторорганического соединения с кислородом, отличающийся тем, что в качестве фторорганического соединения используют 1,1,2,2 тетрафторэтан (С₂F₄Н₂), в газовую смесь дополнительно вводят аргон, компоненты газовой смеси С₂Н₂F₄-Аr-О₂ используют в пределах 38-47% С₂F₄Н₂; 4-8% О₂ и 45-58% Аr (об. %), а процесс травления производят при плотности ВЧ мощности 0,2-0,7 Вт/см² и при давлении в реакторе 1-8 Па.