Способ обработки поверхности пластин карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме Российский патент 2019 года по МПК H01L21/302 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, в частности к способу обработки поверхности карбида кремния (SiC). Может быть использовано для создания гладких поверхностей, получаемых в ходе процесса плазмохимического травления. Структуры, созданные на таких поверхностях, широко используются для заземляющих контактов при изготовлении СВЧ транзисторов.

Для создания структур на поверхности полупроводниковых пластин используется процесс травления. Известен способ травления [RU 2202136 C2], который заключается в формировании переходных контактных окон, включающий формирование на пластине с диэлектрическим слоем фоторезистивной маски с наклонным профилем окон и последующий перенос этого профиля на слой диэлектрика методом плазмохимического травления. Применимость патента описана для пластин диоксида кремния SiO₂.

Не менее важным процессом при формировании структур на поверхности полупроводниковых пластин является процесс полировки поверхности. Известен способ полировки пластин карбида кремния SiC [CN2917929 (Y) - Capacity coupling radio frequency normal atmosphere plasma torch for processing super-smooth surface] в емкостно-связанной плазме при атмосферном давлении. Этот патент решает проблему эффективности обычной механической полировки твердых и хрупких материалов таких, как карбид кремния.

Недостатком представленных способов обработки полупроводниковых пластин является проведение этих технологических операций отдельно, на разных установках, что усложняет и процесс получения структур на полупроводниковых пластинах и повышает его стоимость.

Эти недостатки позволяет решить способ обработки поверхности карбида кремния [Травление карбида кремния в индуктивно-связанной плазме при малой мощности / А.А. Осипов [и др.] // Микроэлектроника. Том 47 – 2019 № 1 – С. 1-7.], который заключается в травлении и последующей полировке пластин в индуктивно-связанной плазме (ИСП) при малой мощности. Травление проводят в трёх газовых смесях: SF₆/Ar, SF₆/O₂, SF₆/O₂/Ar при пониженном давлении (0,75 Па). При этом ВЧ - мощность источника ИСП – 800 Вт, потенциал смещения от (-50) до (-150) В. Длительность процесса – 60 минут. Процесс полировки проводят в среде аргона при давлении в реакционной камере 0,75 Па, ВЧ-мощности источника ИСП 800 Вт, при этом потенциал смещения (-250) В. Время обработки в аргоне составляет 5 минут.

Известный способ включает в себя две стадии, которые проводятся последовательно с изменением режимов обработки. Первая стадия предназначена для получения глубокой направленной структуры в подложках SiC. На второй стадии происходит процесс полировки вытравленных структур. Для осуществления этого способа требуется затратить большее количество ресурсов для травления и полировки образцов карбида кремния, что, безусловно, является недостатком. Также известный способ не позволяет избавиться от поверхностных дефектов (пилларов) пластин карбида кремния, что ограничивает использование последних при формировании структур в SiC, предназначенных для заземляющих контактов при изготовлении СВЧ-транзисторов.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании способа, позволяющего совместить операции плазмохимического травления и полировки пластин карбида кремния в единый технологический процесс и получать поверхности с шероховатостью, пригодной для их использования при создании заземляющих контактов при изготовлении СВЧ-транзисторов.

Технический результат достигается способом обработки поверхности пластин карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме, включающим плазмохимическое травление, при котором дополнительно нагревают подложкодержатель до выбранной температуры из диапазона [473-523] К, что позволяет одновременно с процессом травления реализовывать процесс полировки поверхности пластин карбида кремния. Предлагаемый способ проводят в смеси газов гексафторида серы и кислорода при напряжении смещения в диапазоне [-50; -150] В и давлении в реакционной камере во время процесса 0,75 Па.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Пластину загружают в реакционную камеру. Вакуумируют реактор, после чего проводят процесс плазмохимического травления. Одновременно с процессом травления проводят нагрев пождложкодержателя, на котором распложена обрабатываемая пластина. Температура подложкодержателя поддерживается постоянной. По окончании процесса травления осуществляют отключение всех систем и перекрытие всех газовых магистралей. С целью удаления продуктов реакции, образовавшихся после процесса ПХТ, проводят дополнительную откачку реактора. Затем пластину выгружают и осуществляют напуск воздуха в реакционную камеру.

Пример 1.

Образец, представляющий собой пластину 6H – SiC диаметром 76 мм и толщиной 430 мкм, загружают в реакционную камеру. Проводят откачку реактора до давления P = 10^-2 Па. Регулировка давления в камере в ходе процесса осуществляется за счет изменения проходного сечения высоковакуумного тракта. Для очистки поверхности травления и внутренних поверхностей оснасти камеры от нежелательных загрязнений, подложки обрабатывают в аргоновой плазме в течение 10 минут (расход аргона – 1,305 л/ч; давление в реакторе – 0,7 Па, уровень поглощаемой ВЧ мощности – 750 Вт, потенциал смещения -25 В). Одновременно с этим процессом образец карбида кремния нагревают и осуществляют процесс плазмохимического травления (ПХТ) в смеси газов гексафторида серы и кислорода (процентное содержание кислорода – 25%). Проводилось два эксперимента при разных температурах подложкодержателя, нагрев осуществляли до температур 473 и 523 К. Давление в камере при этом составляет 0,75 Па. Важной операцией является формирование напряжения смещения на держателе подложки, которую реализуют путём включения источника ВЧ (13,56 МГц) электромагнитной мощности (генератор Плазма-12И). В эксперименте напряжение смещения лежит в диапазоне [-50; -150] В. Уровень поглощаемой ВЧ мощности составляет 800 Вт. Длительность процесса обработки пластин карбида кремния - 60 мин. По окончании процесса осуществляют отключение всех систем и перекрытие всех газовых магистралей. С целью удаления продуктов реакции, образовавшихся после процесса ПХТ, в течение 10 минут проводят откачку реактора. Выгрузку образца осуществляют после напуска воздуха в камеру. Оценка шероховатости проводится путём атомно-силовой микроскопии (АСМ) на установке Solver-Pro NT-MDT. На фиг.1 и фиг. 2 представлены микрофотографии поверхности SiC после процесса плазмохимического травления при температуре подложкодержателя 473 К (х2300) и 523 К (х2400), соответственно. Результаты проведенных процессов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Т, К R_ms (ср. значение по пластине после ПХТ SiC), нм 473 17,03 523 3,31

Нагрев подложкодержателя до температуры 523 К во время процесса плазмохимического травления позволяет достичь шероховатости пластины 3,31 нм, что более чем в два раза меньше значения шероховатости поверхности, не подвергавшейся плазмохимическому травлению (9,12 нм). Температуру подложкодержателя можно варьировать в приведенном выше диапазоне в зависимости от желаемой шероховатости. Дальнейшее увеличение температуры (свыше приведенного диапазона) к изменению шероховатости не приводит.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, в частности к способу обработки поверхности карбида кремния (SiC). Может быть использовано для создания гладких поверхностей, получаемых в ходе процесса плазмохимического травления. Структуры, созданные на таких поверхностях, широко используются для заземляющих контактов при изготовлении СВЧ транзисторов. Технический результат, заключающийся в совмещении операции плазмохимического травления и полировки в единый технологический процесс, достигается способом обработки поверхности пластин карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме, включающим плазмохимическое травление, при этом дополнительно нагревают подложкодержатель до выбранной из диапазона [473-523] K температуры, что позволяет одновременно с процессом травления реализовывать процесс полировки поверхности пластин карбида кремния. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ обработки поверхности пластин карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме, отличающийся тем, что при осуществлении плазмохимического травления дополнительно нагревают подложкодержатель до выбранной температуры из диапазона [473-523] K, что позволяет одновременно с процессом травления реализовывать процесс полировки поверхности пластин карбида кремния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят в смеси газов гексафторида серы и кислорода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что проведение процесса осуществляют при напряжении смещения в диапазоне [-50; -150] В.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление в реакционной камере во время процесса составляет 0,75 Па.