СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Российский патент 2012 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к способам, предназначенным для обработки материалов микроэлектроники, и может быть использовано в технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники.

В настоящее время в этой области широкое распространение получил способ плазмохимического травления. Характеристика способа зависит от многих параметров: давления, мощности, потенциала ВЧ-смещения, состава рабочего газа, длительности времени пассивации и травления и т.д. Поэтому в зависимости от материала конкретных изделий подбирают оптимальный режим травления с целью получения поверхности высокого качества.

Известен способ плазменного травления над подложкой, включающий размещение подложки на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу исходного газа, формирование плазмы и циклический процесс травления (патент РФ №2339115, МПК H01L 21/3065, 2008 г.).

В известном способе циклический процесс травления представляет собой чередующиеся операции периодической модуляции газов и операции травления. При этом каждая операция травления содержит этап подачи реактивного газа-травителя и этап формирования плазмы из поданного газа-травителя.

К недостаткам известного способа относится то, что он не обеспечивает приемлемой скорости травления. Травление осуществляется с большой энергией бомбардирующих поверхность ионов, что может ухудшить качество поверхности и увеличить количество привнесенных дефектов.

Известен способ травления подложки, размещенной в вакуумной камере на подложкодержателе, путем подачи рабочего газа в вакуумную камеру, генерирования плазмы, при этом операцию травления осуществляют повторяющимися циклами, каждый из которых состоит из нескольких этапов (патент РФ №2332749, МПК H01L 21/3065, 2008 г.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество поверхности. Данное обстоятельство объясняется тем, что генерируют плазму путем прикладывания высокочастотной мощности к подложкодержателю. В результате этого бомбардирующие поверхность подложки ионы приобретают высокую энергию и, как следствие, происходит ухудшение качества поверхности и наличие большой привнесенной дефектности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков относится способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающий размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление (патент РФ №2090951, МПК H01L 21/3065, 1997 г. - прототип).

Недостатком способа по прототипу является неудовлетворительная равномерность травления, равная 5%, при скорости травления 0,4-0,6 мкм/мин.

Это может быть обусловлено тем, что процесс травления проводится при очень низком давлении и высокой концентрации плазмы магнитным полем, что приводит к появлению краевого эффекта и ухудшению равномерности травления по пластине.

Задачей настоящего изобретения является увеличение равномерности травления при сохранении скорости травления.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающем размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление, травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы, каждый из которых состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с.

Технический результат достигается благодаря тому, что операцию травления проводят в виде циклического двухстадийного процесса. При этом каждый цикл состоит из этапа травления и пассивации. Регулируя на обоих этапах режим подачи количества и время действия ВЧ-мощности на подложкодержатель, можно значительно улучшить равномерность травления. Это возможно потому, что на первом этапе - травления энергия ионов высока и они действуют наравне с химически активными частицами, внося весомый вклад в процесс травления. На втором этапе - пассивации энергия ионов минимальна и ионная бомбардировка материала происходит со значительно меньшей эффективностью, что позволяет сформировать на поверхности материала пассивирующий фторуглеродный полимерный слой, который на этапе травления частично удаляется, в том числе ионами высокой энергии, и тем самым оказывает выравнивающий эффект.

Сущность изобретения поясняется схемой вакуумной камеры (фиг.1).

Вакуумная камера состоит из корпуса 1, реактора с индукционным возбуждением плазмы (ICP антенна) 2, подложкодержателя 3, подложки (материал) 4, генераторов ГВЧ-1 и ГВЧ-2.

Примеры осуществления способа

Пример 1

Было проведено плазмохимическое травление серии пьезокварцевых деталей диаметром 2 мм, толщиной 66 мкм на вакуумной установке Carolina РЕ 15, представленной на схеме.

Подложку 4 в виде серии пьезокварцевых деталей, с нанесенной кольцевой маской из меди с подслоем хрома помещали на подложкодержатель 3. Начальная температура подложкодержателя составляла 22°С. Через специальный шлюз подложкодержатель 3 направляли в камеру реактора 1. Затем в камеру 1 подавали газ C₄F₈ с расходом 2,5 л/ч, давление в реакторе устанавливали 1×100 Па. Далее с помощью генератора плазмы высокой плотности, соединенного с ICP-антенной 2, зажигали ВЧ-индукционный разряд на частоте 13,56 МГц и устанавливали мощность, вкладываемую в разряд, равной 400 Вт. Для увеличения плотности плазмы на индуктивные катушки, расположенные снаружи реактора, подавали постоянный ток величиной 1,9 А. Затем от генератора на подложкодержатель подавали переменное напряжение частотой 13,56 МГц. На первом этапе - травлении мощность, вкладываемая в подложкодержатель, составляла 300 Вт, напряжение автосмещения при этом равно 180 В, длительность этапа - 50 с. На втором этапе - пассивации мощность, вкладываемая в подложкодержатель, составляла 100 Вт, напряжение автосмещения при этом было равно 40 В, длительность этапа - 10 с. Количество циклов - 20.

Основными показателями процесса являются скорость травления, неравномерность травления. Скорость травления пьезокварца определяли по изменению резонансной частоты монокристалла вследствие уменьшения его толщины в результате травления за известное время.

Неравномерность травления определяли по формуле:

(h^max-h_ср)100%/h_cp,

где h^max - максимальная глубина ступеньки пьезокварца в серии (мкм);

h_cp - средняя глубина ступеньки по серии (мкм).

Пример 2

Осуществлялся на том же оборудовании аналогично примеру 1, но было проведено травление кремниевой пластины диаметром 100 мм со сформированным фотолитографией необходимым рисунком. При этом на первом этапе - травлении на подложкодержатель подавали мощность 288 Вт в течение 20 с, на втором этапе пассивации на подложкодержатель подавали мощность 111 Вт в течение 5 с.

Пример 3

Осуществлялся аналогично примеру 1, но травлению подвергалась кремниевая пластина, термически окисленная до SiO₂ на глубину 1 мкм. При этом на первом этапе на подложкодержатель подавали мощность 281 Вт в течение 70 с, на втором этапе - на подложкодержатель подавали мощность 119 Вт в течение 30 с.

Следует отметить, что реализация способа в режиме, когда параметры мощности на подложкодержателе и длительности этапов соответствуют ниже нижних заявленных пределов, процесс травления может через некоторое время полностью остановиться из-за превышения скорости осаждения фторполимера над скоростью его удаления. При параметрах выше заявленных пределов происходит образование многочисленных дефектов, приводящих к ухудшению качества поверхности.

Результаты травления по примерам представлены в таблице.

Как видно из таблицы, технический результат выражается в улучшении неравномерности травления в 2,5-3,5 раза при сохранении скорости травления.

Кроме того, заявленный способ поясняется диаграммой двух циклов к примеру 1 (фиг.2).

Таблица   Пример 1 Пример 2 Пример 3 Прототип   Этап 1 Этап 2 Этап 1 Этап 2 Этап 1 Этап 2   Цикличность да да да нет Кол-во этапов 2 2 2 - Частота генераторов плазмы, МГц 13,56 13,56 13,56 40-500 Частота генераторов смещения, МГц 13,56 13,56 13,56 13,56 Мощность, вкладываемая в плазму, Вт 400 400 400 350 Мощность на подложкодержателе, Вт 300 100 288 111 281 119 - Автосмещение, В 180 40 167 53 150 62 60 Длительность этапов, с 50 10 20 5 70 30 - Рабочее давление, Па   1×10e0   1×10e0   1×10e0 2×10e-2 Скорость травления, мкм/мин   0,4-0,5   0,4-0,6   0,5-0,6 0,4-0,6 Неравномерность травления, %   ±0,8-1,2   ±1-1,3   ±1,2-1,3 ±3-4

Изобретение относится к технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники. Сущность изобретения: в способе плазмохимического травления материалов микроэлектроники материал размещают на подложкодержателе в вакуумной камере, подают рабочий газ в вакуумную камеру, поджигают плазму ВЧ-индукционным разрядом, подают ВЧ-мощность к подложкодержателю. Травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы. Каждый цикл состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с. Такой режим травления позволяет улучшить неравномерность травления в 2,5-3,5 раза при сохранении скорости травления. 2 ил., 1 табл.

Способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающий размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление, отличающийся тем, что травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы, каждый из которых состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с.