Способ травления карбида кремния Российский патент 2024 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, в частности к методам плазмохимического травления. Может быть использовано при создании заземляющих контактов силовой электроники на основе SiC.

Для создания структур на поверхности полупроводниковых пластин используется процесс плазмохимического травления. Например, известен способ плазмохимического травления [RU 2734845 C1] гетероструктур на основе InP, который заключается в разделении всего процесса на два этапа, что позволяет получить структуры с минимальной шероховатостью морфологии микроструктуры при сохранении высокой скорости травления. Известный способ применим для травления только InP структур.

Также один из способов бездефектного травления приведен в патенте [RU 2694164 C1]. Техническим результатом этого изобретения является бездефектное травление барьерного слоя AlGaN нитридной структуры за счет циклического окисления AlGaN и селективного удаления этих окисленных слоев в одной установке с источником индуктивно-связанной плазмы. Данный способ бездефектного травления применим только к травлению AlGaN.

При создании заземляющих контактов силовой электроники на основе SiC одной из ключевых технологических операций является глубокое травление SiC с последующим заполнением окон травления металлом. Однако, во время процесса плазмохимического травления карбида кремния возникает две проблемы. Первая - это эффект микромаскирования, вызванный переосаждением маски в окно травления, что приводит к образованию игольчатых структур на дне. Вторая проблема - это образование пилларов, связанных с несовершенством кристаллической структуры обрабатываемого материала.

Обе эти проблемы являются недопустимыми, так как при последующей операции заполнения окон металлом, происходит разрыв металлического покрытия из-за образовавшихся дефектов. Таким образом в значительной степени снижается выход годных изделий.

Известен патент [RU 2791206 C1], в котором приведен способ формирования сквозных металлизированных отверстий в подложке карбида кремния. Согласно изобретению на поверхности обратной стороны подложки карбида кремния формируется многослойная маска, состоящая из пленки никеля, покрытой органическим резистивным материалом, в которой формируются пробельные окна для плазмохимического травления сквозных отверстий. Это позволяет избежать образования морфологических дефектов в области травления, возникающих в результате физического распыления никелевой пленки на начальном этапе плазмохимического травления и последующего переосаждения частиц распыляемой пленки. Недостатком этого патента является использование многослойной маски, которая усложняет и удорожает технологический процесс.

Также известен патент по травлению карбида кремния (SiC) [RU 2708812 C1], принятый в качестве прототипа, который отражает способ обработки поверхности карбида кремния, позволяющий одновременно с процессом травления реализовывать процесс полировки поверхности пластин карбида кремния, то есть получать поверхности без образования пилларов. Таким образом, известный способ позволяет получать поверхности с шероховатостью, пригодной для их использования при создании заземляющих контактов при изготовлении СВЧ-транзисторов. В данном способе используют нагрев подложкодержателя до температур в диапазоне от 200 до 250°С, таким образом получая поверхности с низкой шероховатостью порядка единиц нанометров. Недостатком предложенного способа является невозможность охлаждения подложкодержателя, что приводит к эффекту микромаскирования, что впоследствии приводит к уменьшению выхода годных изделий.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа травления карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме, обеспечивающего отсутствие эффекта микромаскирования в процессе травления.

Технический результат достигается способом травления карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме в смеси газов гексафторида серы, кислорода и аргона, при котором дополнительно охлаждают подложкодержатель до температуры в диапазоне [25; -50]°С, что позволяет избежать эффекта микромаскирования во время процесса травления. Предлагаемый способ проводят при давлении в реакционной камере в диапазоне [0,7-1,5] Па и напряжении смещения в диапазоне [-150; -400] В.

На фигурах 1-3 приведены снимки с растрового электронного микроскопа получаемых окон травления. На фигуре 1 изображены общий вид окон травления (вид сверху) при малом увеличении. На фигуре 2 - стенка окна травления. На фигуре 3 отображены размеры окна травления.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Пластину загружают в реакционную камеру. Вакуумируют реакционную камеру до давления в диапазоне [0,7-1,5] Па, после чего проводят процесс плазмохимического травления. Мощность от высокочастотного генератора, работающего на частоте 6,78 МГц, подводится к плазмогенератору через резонансное согласующее устройство. Формирование постоянного напряжения смещения на подложкодержателе обеспечивается подачей на подложкодержатель ВЧ-мощности на частоте 13,56 МГц от отдельного генератора. Одновременно с процессом плазмохимического травления проводят охлаждение подложкодержателя до температуры из диапазона [25; -50]°С, на котором распложена обрабатываемая пластина карбида кремния. Для проведения процесса травления при пониженной температуре подложкодержатель оснащен линиями водяного охлаждения. Корпус подложкодержателя изготавливается преимущественно из коррозионностойкой нержавеющей стали, например, марки AISI 321. Температура подложкодержателя поддерживается постоянной. По окончании процесса травления осуществляют отключение всех систем и перекрытие всех газовых магистралей. Поскольку непосредственное измерение и контроль температуры обрабатываемой поверхности подложки в условиях плазменного травления само по себе является технически сложной задачей, поэтому измеряется температура поверхности подложкодержателя. Контроль осуществляется с помощью термопары, расположенной в непосредственной близости от нижней плоскости подложкодержателя, на которой размещен образец карбида кремния. С целью удаления продуктов реакции проводят дополнительную откачку реакционной камеры. Затем пластину выгружают и осуществляют напуск воздуха в реакционную камеру.

Пример 1.

Образец пластины карбида кремния диаметром 76 мм и толщиной 430 мкм загружают в реакционную камеру. Проводят откачку реакционной камеры до давления, равного 0,7 Па. Регулировка давления в камере в ходе процесса осуществляется за счет изменения проходного сечения высоковакуумного тракта. Очистку поверхности травления и внутренних поверхностей оснастки камеры от нежелательных загрязнений проводят посредством обработки подложки в аргоновой плазме в течение 10 минут. Одновременно охлаждают подложкодержатель, на котором расположен образец карбида кремния, до температуры 25°С и осуществляют процесс травления в смеси газов гексафторида серы, кислорода и аргона с расходами 7 sccm, 3 sccm и 5 sccm, соответственно. Измерение температуры подложкодержателя осуществляют с помощью термопары, расположенной в непосредственной близости от нижней плоскости верхней крышки подложкодержателя. Формирование напряжения смещения на подложкодержателе реализуют путем включения источника ВЧ (13,56 МГц) электромагнитной мощности. В эксперименте напряжение смещения составляет -400 Вт. Уровень поглощаемой ВЧ мощности составляет 3000 Вт. Длительность процесса обработки пластин карбида кремния - 85 мин. Удаление продуктов реакции, образовавшихся после плазмохимического травления, осуществляют путем откачки реакционной камеры в течение 10 минут. Выгрузку образца осуществляют после напуска воздуха в камеру. Микрофотографии образцов с окнами травления, полученных в этом примере, представлены на фиг. 1, 2, 3.

Пример 2.

Образец пластины карбида кремния диаметром 76 мм и толщиной 430 мкм загружают в реакционную камеру. Проводят откачку реакционной камеры до давления, равного 0,7 Па. Регулировку давления в камере в ходе процесса осуществляют за счет изменения проходного сечения высоковакуумного тракта. Очистку поверхности травления и внутренних поверхностей оснастки камеры от нежелательных загрязнений проводят посредством обработки подложки в аргоновой плазме в течение 10 минут. Одновременно охлаждают подложкодержатель, на котором расположен образец карбида кремния, до температуры -50°С и осуществляют процесс травления в смеси газов гексафторида серы, кислорода и аргона с расходами 7 sccm, 3 sccm и 5 sccm, соответственно. Измерение температуры подложкодержателя осуществляют с помощью термопары, расположенной в непосредственной близости от нижней плоскости верхней крышки подложкодержателя. Формирование напряжения смещения на подложкодержателе реализуют путем включения источника ВЧ (13,56 МГц) электромагнитной мощности. В эксперименте напряжение смещения составляет -400 Вт. Уровень поглощаемой ВЧ-мощности составляет 3000 Вт. Длительность процесса обработки пластин карбида кремния - 85 мин. Удаление продуктов реакции, образовавшихся после плазмохимического травления, осуществляется путем откачки реакционной камеры в течение 10 минут. Выгрузку образца осуществляют после напуска воздуха в камеру. В процессе плазмохимического травления эффекта микромаскирования на подложках карбида кремния не наблюдается.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, в частности к методам плазмохимического травления. Может быть использовано при создании заземляющих контактов силовой электроники на основе SiC. Изобретение направлено на создание способа травления карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме в смеси газов гексафторида серы, кислорода и аргона, при котором дополнительно охлаждают подложкодержатель до температуры в диапазоне [25; -50]°С, что позволяет избежать эффекта микромаскирования во время процесса травления и приводит к увеличению выхода годных изделий. 3 ил.

Способ травления кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме, в котором образец подложки карбида кремния располагают на подложкодержателе, находящемся в реакционной камере, на подложкодержатель подается напряжение смещения от ВЧ-источника, в смеси газов, отличающийся тем, что при осуществлении плазмохимического травления охлаждают подложкодержатель до температур из диапазона [25; -50] °С, смесь газов включает в себя гексафторид серы, кислород и аргон, давление в реакционной камере во время процесса задается в диапазоне [0,7-1,5] Па, напряжение смещения подается в диапазоне [-150; -400] В.