ЗАЩИТНАЯ МАСКА Советский патент 1994 года по МПК H01L21/31 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных микросхем и полупроводниковых приборов, в частности в способах химического микропрофилирования кремниевых пластин.

Известна защитная маска в способе создания на кремниевой подложке (100) меза-структур с прямыми углами с помощью локального анизотропного травления с прямыми углами, стороны которых ориентированы по направлениям и на вершинах которых имеются фигуры, предотвращающие стравливание прямых углов. Известны различные формы защитных масок и фигур на вершинах прямых углов, например в виде кругов, центры которых находятся в вершинах прямых углов меза-структуры или равнобедренных треугольников. Геометрические размеры фигур на вершинах прямых углов определяются требуемой высотой меза-структуры и режимом травления.

Недостатком известных масок является то, что при длительном травлении размеры фигур на вершинах прямых углов могут быть сравнимыми или даже больше размеров самих меза-структур, что приводит к увеличению расстояния между отдельными меза-структурами на кристалле или на пластине, а это в свою очередь приводит к увеличению площади кристалла, содержащего одну или несколько меза-структур на пластине, что в конечном счете приводит к увеличению расхода материала подложки и стоимости отдельного кристалла.

Из известных защитных масок на кремниевых подложках (100) меза-структур с прямыми углами, полученных с помощью локального анизотропного травления наиболее близкой является защитная маска для получения на полупроводниковых монокристаллических пластинах (100) меза-структур с прямыми углами, стороны которой ориентированы по направлениям , содержащая на вершинах прямых углов фигуры, предотвращающие их растравливание. В известном способе на вершинах прямых углов имеются фигуры в виде квадратов со сторонами, ориентированными по направлениям и с центрами в вершинах прямых углов меза-структуры. Размер стороны квадрата определяется следующим образом:
a≥ k·H и K= R₁₁₀/R₁₀₀, где а - размер стороны упреждающего квадрата;
Н - глубина травления, т. е. высота меза-структуры;
R₁₁₀ - скорость травления граней (110);
R₁₀₀ - скорость травления граней (100).

Таким образом, размер стороны упреждающего квадрата определяется требуемой высотой меза-структуры и режимом травления, т. к. скорости травления граней, определяемых различными кристаллографическими плоскостями, зависят от режима травления. Таким образом, для получения меза-структуры с прямыми углами размер стороны упреждающего квадрата а должен быть больше высоты меза-структуры Н. Следовательно, предлагаемая форма упреждающих фигур, во-первых - не позволяет получать меза-структуры со стороной меньше стороны упреждающего квадрата, размеры которого для высоких меза-структур могут быть больше или сравнимыми с размерами самих меза-структур, а, во-вторых - большие размеры упреждающих квадратов приводят к увеличению площади кристалла, т. е. к уменьшению количества кристаллов на пластине, а следовательно, к увеличению стоимости кристалла.

Целью изобретения является экономия материала пластины, т. е. уменьшение конечной стоимости отдельных кристаллов, содержащих одну или несколько меза-структур любой высоты, имеющих прямые углы.

Цель достигается тем, что в известной защитной маске для получения на полупроводниковых монокристаллических пластинах (100) меза-структур с прямыми углами, стороны которых ориентированы по направлениям , содержащей на вершинах прямых углов фигуры, предотвращающие их растраливание, эти фигуры выполнены в виде Т-образных фигур, стороны полосок которых ориентированы по кристаллографическим направлениям на поверхности пластины кремния (100), а ширину и сумматорную длину полосок определяют требуемой высотой меза-структуры.

Ширина полосок Т-образных фигур упреждения для получения меза-структуры с прямыми углами высотой Н определяется следующим образом:
l≥ 2 = · ·H , где l - ширина полосок;
R₁₁₁ - скорость травления граней { 111} ;
R₁₀₀ - скорость травления граней { 100} ;
Н - высота меза-структуры.

Для известных анизотропных травителей скорость травления граней { 100} по крайней мере на 2 порядка меньше скорости травления граней { 100} , поэтому ширина полосок Т-образных фигур упреждения много меньше требуемой высоты меза-структуры и не ограничивает размер стороны меза-структуры. Для того, чтобы фигуры упреждения в конце процесса травления стравились полностью, геометрические размеры фигуры упреждения должны выбираться из следующего соотношения:
b₁+ (b₂/2)= R_п·H/R₁₀₀ , где b₁ - длина нижней полоски Т-образной фигуры упреждения;
b₂ - длина верхней полоски Т-образной фигуры упреждения;
R_n - скорость стравливания полосок на торцах;
Н - высота меза-структуры;
R₁₀₀ - скорость травления в глубину, т. е. скорость травления плоскости (100).

Соотношение между b₁ и b₂, т. е. b₁/b₂, следует выбирать исходя из конкретной формы меза-структуры. Таким образом, расстояние между соседними меза-структурами определяется величиной 2(b₁ + l), что существенно меньше аналогичного расстояния в прототипе при травлении на ту же глубину. Другими словами на той же площади пластины можно расположить большее количество меза-структур того же размера, т. е. увеличить процент выхода или уменьшить стоимость отдельной меза-структуры.

На фиг. 1 показаны защитная маска с прямыми углами, стороны которых ориентированы по направлениям и на вершинах которых имеются Т-образные фигуры упреждения, и меза-структура, полученная в результате локального анизотропного травления через защитную маску данной конфигурации; на фиг. 2 - боковая огранка торца полосок Т-образных фигур упреждения в процессе локального анизотропного травления.

Пример. На предварительно защищенной пленкой двуокиси поверхности пластины кремния (100) методами фотолитографии для последующего травления создавалась защитная маска 1 (фиг. 1), все стороны которой ориентированы по направлениям 110 с Т-образными фигурами упреждения 2 на вершинах прямых углов, причем стороны полосок Т-образных фигур упреждения также ориентированы по направлениям <110> . При травлении в растворе едкого кали с концентрацией 33 мас. % при температуре 100^оС.

R₁₀₀ = 3,1 мкм/мин,
R₁₁₁ = 0,07 мкм/мин,
R_n = 5,2 мкм/мин
Таким образом, геометрические размеры полосок Т-образных фигур упреждения для получения меза-структур высотой Н ≈300 мкм определены из следующих соотношений:
l≥ (2/0,8164)·(0,07/3,1)·300 ≃ 20 (мкм) ;
b₁+(b₂/2)= (5,2/3,1)·300 ≃ 500 (мкм) при b₁ = 200 мкм, b₂ = 600 мкм. При локальном анизотропном травлении образуется фигура травления, боковая огранка которой на участках ориентированных по направлениям образована гранями { 111} 3, а на торцах полосок Т-образных фигур упреждения гранями { hkl} 4, имеющими большие скорости травления. Величина стравливания (фиг. 2) полосок Т-образных фигур упреждения определяется скоростью травления граней { hkl} 4 и временем травления. В процессе травления происходит последовательное стравливание вначале верхней, а затем нижней полосок Т-образных фигур упреждения. В конце процесса травления обе полоски стравливаются полностью и образуется меза-структура с прямыми углами, боковая огранка которой образована только гранями { 111} , как показано на фиг. 1.

Использование предлагаемого способа группового создания на пластине кремния (100) меза-структур с прямыми углами позволяет получать меза-структуры любой высоты в непосредственной близости друг от друга, что позволяет или уменьшить размеры кристалла, содержащего одну или несколько меза-структур, или увеличить количество отдельных меза-структур на пластине. То и другое, в свою очередь, позволяет увеличить процент выхода годных кристаллов и, таким образом, уменьшить конечную стоимость отдельного кристалла. (56) Патент Японии N 49-48272, кл. 99(5) В 12, опублик. 1974.

Патент ФРГ N 1621532, кл. 48 d 1/02, опублик. 1967.

ЗАЩИТНАЯ МАСКА для получения на полупроводниковых монокристаллических пластинах (100) меза-структур с прямыми углами, стороны которых ориентированы по направлениям (110), содержащая на вершинах прямых углов фигуры, предотвращающие их растравливание, отличающаяся тем, что, с целью экономии материала пластин при анизотропном травлении, фигуры на вершинах прямых углов выполнены в виде Т-образных фигур, стороны полосок которых ориентированы по кристаллографическим направлениям (110).