СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО ТРАВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛОЕВ SiC-SiN Российский патент 2003 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к технологии изготовления ИС к процессам плазменного травления.

Процесс плазменного травления слоев SiC-Si₃N₄ используется на этапе травления пассивирующего диэлектрика для вскрытия контактных площадок при изготовлении термокристаллов.

Известен способ плазменного травления слоя SiC в SF₆, описанный в статье J.W.Palmour, B.E.Williams. Crystallographic Etching Phenomenon during Plasma Etching of SiC (100) Thin Films in SF₆. J. Of Electrochem. Soc., Vol. 136, No. 2, February 1989, p. 491-494. Он состоит в том, что слой SiC травится в плазме SF₆ при частоте 13,56 МГц, плотности мощности 0,235 Вт/см² и давлении 50...200 мТорр.

Недостатком этого способа является затруднение вытравливаемости зерен SiC с кристаллографической ориентацией (100). При травлении этих зерен образуются пирамидальные остатки, которые очень медленно дотравливаются.

Известен другой способ травления слоя SiC, описанный в патенте ФРГ DE 36033725 А1, заявленном 06.02.1986 г., опубликованном 13.08.1987 г., H 01 L 21/308, который состоит в плазменном травлении слоя SiC в смеси СF₄-О₂, содержащей не менее 40 объемных частей О₂ при частоте 13,56 МГц, плотности мощности 0,6 Вт/см², давлении 23...25 Па. Недостатком этого способа является низкая селективность травления SiC к фоторезисту. Фактически фоторезист травится в несколько раз быстрее, чем SiC, что не позволяет использовать ФРМ для травления достаточно толстых слоев SiC.

Известен способ плазменного травления слоя Si₃N₄, описанный в книге "Плазменная технология в производстве СБИС" под редакцией Н.Айнспирука и Д. Брауна, Москва, "Мир", 1987 г., стр. 181. Он состоит в травлении слоя Si₃N₄ в плазме CF₄-O₂.

Недостатком этого способа является изотропный характер травления Si₃N₄. При травлении многослойных структур изотропное травление Si₃N₄ приводит к подтраву под вышележащий слой, появлению нависающей кромки вышележащего слоя, что при последующем напылении металла приведет к обрыву его на этом уступе.

Другой способ травления Si₃N₄, описанный в патенте США 4820378, МКИ 4 В 44 С 1/22, опубликованный 04.11.1989 г., заключается в травлении Si₃N₄ в плазме SF₆-He при низком давлении. Недостатком этого способа является низкая скорость травления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ, описанный в технологической карте предприятия АООТ "НИИМЭ и з-д Микрон" (г. Зеленоград) И6.60252. 00009, утвержденной 17.09.1999 г. Он состоит в двухстадийном плазмохимическом травлении слоев SiC-Si₃N₄ в плазме CF₄-O₂-N₂ при объемном соотношении компонентов 6:1:7,5, давлении 30 Па и мощности на первой стадии 1 кВт, а на второй 0,6 кВт (групповая обработка 10 пластин).

Этот способ позволяет в едином цикле последовательно травить слой SiC (0,3...0,4 мкм) и слой Si₃N₄ (0,3...0,4 мкм) до Аl (в области контактных окон и контактных площадок), получая пологий профиль травления. Недостатком этого способа является образование рыхлой фторуглеродной пленки во время травления слоя SiC, которая, не мешая травлению слоя Si₃N₄, проседает ниже и к моменту окончания процесса остается на поверхности пластин (содержание С и F на уровне 1...4 ат. %, измеренное методом Оже-спектрометрии).

Задачей, на решение которой направлено это изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в устранении образования фторуглеродной полимерной пленки, загрязняющей пластины в ходе процесса травления, что приводит к повышению качества изделий.

Поставленная задача решается в способе, включающем плазменное травление диэлектрических слоев SiC-Si₃N₄, нанесенных на полупроводниковую пластину, через фоторезистивную маску в газовой смеси CF₄-O₂-Ar при объемном соотношении компонентов (20...40):1:(40...60) с подачей ВЧ-мощности на электрод-подложкодержатель и с последующей очисткой поверхности пластин в плазме газовой смеси SF6-Ar при объемном сотношении компонентов 1:(40...60).

Данная совокупность признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в подавлении образования фторуглеродной полимерной пленки в ходе травления указанных слоев и устранении остатков этой пленки с пластин в ходе единого цикла травления, что приводит к снижению брака и повышению качества изделий.

Ниже приведены примеры практического использования изобретения.

Пример 1. Кремниевая пластина со сформированными на ней элементами термокристалла, на которые нанесен слой Si₃N₄ (0,4 мкм) и слой SiC (0,3 мкм) со сформированной на поверхности SiC фоторезистивной маской (фоторезист СП-15 толщиной 2,0 мкм), подвергнутой дублению при температуре 200^oС в течение 20 минут, обрабатывалась на установке GIR-260 в плазме CF₄-O₂-Ar при объемном соотношении компонентов 30:1:50, при давлении 60 Па, ВЧ мощности 320 Вт в течение 220 секунд (последовательно в двух реакторах по 110 секунд), затем во втором реакторе в плазме SF₆-Аr при объемном соотношении компонентов 1: 50, при давлении 60 Па, ВЧ мощности 100 Вт в течение 20 секунд. В результате оба слоя потравлены до Аl, контроль чистоты поверхности Аl методом Оже-спектрометрии никаких остатков фторуглеродной полимерной пленки на поверхности пластины (после плазмохимического удаления фоторезиста) не обнаружил (содержание С и F на уровне фонового 0,1 ат. %).

Пример 2. Пластина, как в примере 1, но со слоем Si₃N₄ (0,3 мкм) и слоем SiC (0,4 мкм) обрабатывалась в том же режиме в течение 260 секунд (по 130 секунд в каждом реакторе). Результат такой же, как в примере 1.

Использование: в микроэлектронике при изготовлении интегральных схем на этапе плазменного травления пассивирующих покрытий. Техническим результатом изобретения является устранение образования фторуглеродной пленки, что приводит к повышению качества изделий. Сущность изобретения заключается в проведении процесса плазменного травления двухслойного пассивирующего покрытия SiC-Si₃N₄ в газовой смеси CF₄-О₂-Ar с соотношением компонентов в объемных частях (20-40) : 1 : 40-60), с подачей ВЧ мощности на электрод-подложкодержатель, с последующей очисткой поверхности в газовой смеси SF₆-Ar, с соотношением компонентов в объемных частях 1:(40-60) в едином цикле без переосаждения фторуглеродной полимерной пленки на поверхность полупроводниковой пластины.

Способ плазменного травления диэлектрических слоев SiC-Si₃N₄, нанесенных на полупроводниковую пластину, предусматривающий травление указанных слоев через фоторезистивную маску в плазме смеси CF₄-О₂-Аr при соотношении компонентов смеси в объемных частях (20 - 40): 1: (40 - 60) соответственно, с подачей ВЧ мощности на электрод-подложкодержатель, и последующую очистку поверхности пластин в плазме SF₆-Аr при соотношении компонентов в объемных частях 1: (40 - 60) соответственно.