СЕЛЕКТИВНЫЙ ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ ТИТАНАТА БАРИЯ Российский патент 2018 года по МПК H01L21/461 

Изобретение относится к технологиям производства полупроводниковых интегральных схем и, более конкретно, к составам для жидкостного травления сегнетоэлектрических пленок, в частности, пленки титаната бария, над пленкой платины на кремниевой подложке. Изобретение может применяться при изготовлении энергонезависимых полупроводниковых интегральных схем методом фотолитографии.

При изготовлении интегральных схем с применением сегнетоэлектрических пленок объективной трудностью является достижение воспроизводимости топологии элементов интегральной микросхемы в процессе стравливания слоя сегнетоэлектрика.

Из SU 988854 известен травитель сегнетокерамики системы ЦТС (цирконат-титатант свинца), состоящий из концентрированной серной кислоты и сульфата аммония. Недостатком такого травителя является образование на поверхности керамики слоя нерастворимых продуктов взаимодействия и прекращение процесса травления через 15-20 с после погружения керамической пластины в травящий раствор.

В US 6656852 раскрыт травитель, предназначенный для травления титаната бария, включающий не менее 25 об. % серной кислоты, не менее 1 об. % пероксида водорода и не менее 0,005 об. % фтористоводородной кислоты. Недостатком этого состава является низкая скорость травления - не менее 10 минут для стравливаемого слоя толщиной 100 нм, причем травление происходит при температурах от 60 до 115°С.

Задачей настоящего изобретения является создание травителя, который устраняет недостатки известных травителей и обеспечивает качественное стравливание титаната бария с достижением воспроизводимости топологических размеров элементов энергонезависимых полупроводниковых интегральных схем. При этом травитель должен вписываться в маршрут изготовления интегральных схем, а именно, стравливание титаната бария не должно сопровождаться травлением монокристаллического кремния, поликристаллического кремния, пленки платины и маски фоторезиста, то есть травитель должен быть селективным.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение воспроизводимости топологии элементов интегральной микросхемы при селективном стравливании слоя сегнетоэлектрических пленок титаната бария на кремниевой подложке над пленками SiO₂, PolySi, TiO₂, Pt и маской пленки фоторезиста со скоростью не ниже 0,6 мкм/мин при температурах не выше 60°С.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что готовят травитель, состоящий из фтористоводородной кислоты, серной кислоты, соляной кислоты и фторсодержащих поверхностно-активных веществ (ПАВ), или фтор-ПАВ. В качестве фторсодержащего ПАВ может использоваться любое из коммерчески доступных веществ, выбираемых из группы DuPont™ Capstone® FS-3100, Novec™ FC-4430, Novec™ FC-4432, Novec™ FC-4434, Novec™ 4200, 3,6-Диокса-перфтор-4-трифторметилоктансульфат аммония (анионное ПАВ разработки ЗАО НПО «Пим-Инвест», аналог Novec™ 4200), а также четвертичные аммониевые соли перфтороксаалкансульфокислот, оксиэтилированные перфторспирты, перфторсульфонамидоспирты.

Слои титаната бария проявляют сегнетоэлектрические свойства при толщинах 100-700 нм. Селективному травлению подвергались пленки титаната бария указанных толщин, полученные методом высокочастотного магнетронного распыления. В качестве маски использовали пленку щелоче-проявляемого негативного и позитивного фоторезистов.

Для проверки предлагаемого состава была проведена серия экспериментов. В качестве фторсодержащего ПАВ использовалось вещество Novec™4200 (фторалкилсульфонамид аммония) - анионное поверхностно-активное вещество производства компании 3М. Последовательность проведения экспериментов следующая.

Сначала в выбранных соотношениях смешивают серную кислоту H2SO4, фтористоводородную кислоту HF, потом постепенно добавляют соляную кислоту НСl, фтор-ПАВ (Novec™4200) и деионизованную воду (Д/Н2O). Полученный раствор постепенно доводят до требуемой температуры. Получают прозрачную жидкость без осадка.

Далее подготовленную для обработки кремниевую пластину выкладывают в открытую фторопластовую кювету вместимостью 200 мл, заливают слоем травителя толщиной 1,2 см и при перемешивании выдерживают в течение времени, предварительно определенному по контрольному образцу.

По окончании травления кремниевую пластину извлекают из травителя, тщательно промывают ее под струей деионизованной воды с обеих сторон.

Тщательно отмытую кремниевую пластину сушат либо под струей осушенного воздуха или инертного газа, либо центрифугированием.

В таблице приведены результаты экспериментов по определению оптимального состава травителя.

Эксперименты показали, что при высоком содержании серной кислоты скорость травления чрезвычайно низкая (пример 4), а при малом содержании соляной кислоты на поверхности образуется нерастворимый налет (пример 1). Монокристаллический кремний, поликристаллический кремний (как основа), пленка платины и пленка фоторезиста при этом не травятся.

Эксперименты с другими фтор-ПАВ, перечисленными выше, дали аналогичные результаты.

Таким образом, оптимальным соотношением компонентов селективного травителя является следующее соотношение, об. %:

фтористоводородная кислота 10-50, серная кислота 25-50, соляная кислота 10-35, фтор-ПАВ 0,01-0,5, деионизованная вода остальное.

Иные значения содержания компонентов, выходящие за указанные граничные пределы, не дали положительных результатов.

Селективный травитель с указанным выше оптимальным соотношением компонентов обеспечивает требуемое селективное травление со скоростью не ниже 0,6 мкм/мин при температурах не выше 60°С.

Изобретение относится к составам для жидкостного травления сегнетоэлектрических пленок, в частности пленки титаната бария, над пленкой платины на кремниевой подложке. Селективный травитель сегнетоэлектрика титаната бария включает фтористоводородную кислоту (10-50 об.%), серную кислоту (25-50 об.%), соляную кислоту (10-35 об.%), фторсодержащие ПАВ (0,01-0,5 об.%), деионизованную воду (остальное). Технический результат - обеспечение воспроизводимости топологии элементов интегральной микросхемы при селективном стравливании слоя сегнетоэлектрических пленок титаната бария на кремниевой подложке над пленками SiO₂, PolySi, TiO₂, Pt и маской пленки фоторезиста со скоростью не ниже 0,6 мкм/мин при температурах не выше 60°С. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Селективный травитель титаната бария, содержащий фтористоводородную кислоту, серную кислоту, соляную кислоту, фторсодержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ) и деионизованную воду со следующим соотношением компонентов, об.%:

фтористоводородная кислота 10-50 серная кислота 25-50 соляная кислота 10-35 фторсодержащие ПАВ 0,01-0,5 деионизованная вода остальное

2. Селективный травитель титаната бария по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего ПАВ используют любое вещество из группы, включающей DuPont™ Capstone® FS-3100, Novec™ FC-4430, Novec™ FC-4432, Novec™ FC-4434, Novec™ 4200, 3,6-Диокса-перфтор-4-трифторметилоктансульфат аммония, четвертичные аммониевые соли перфтороксаалкансульфокислот, оксиэтилированные перфторспирты, перфторсульфонамидоспирты.