Способ фотолитического селективного травления двуокиси кремния
Владельцы патента RU 2257641:
Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "МИКРОН" (RU)
Использование: в микроэлектронике, а именно в способах фотолитического травления поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: способ фотолитического травления двуокиси кремния включает травление поверхности SiO2 в гексафториде серы при воздействии вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ) от дейтериевой лампы. В травящий газ дополнительно вводят аргон. Техническим результатом изобретения является увеличение селективности травления двуокиси кремния по отношению к моно- и поликремнию. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно способы сухого травления поверхности пластин в процессе изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС).
Известен способ фотолитического травления тонких слоев (10-20) химически полученной двуокиси кремния (SiO2) в трифториде хлора (СIF3) при воздействии ультрафиолетового излучения от ртутных источников низкого и среднего давления [1]. Процесс происходит в потоке азота при давлении 0,5-10 Торр и температуре 50-150°С. Недостатком данного способа является крайне малая скорость травления слоев термической двуокиси кремния даже при повышенных температурах и давлениях, а также отсутствие селективности травления к кремнию, т.к. последний травится в СlF3 даже в отсутствии ультрафиолетового излучения со скоростью, превышающей скорость травления SiO2 в десятки раз. Кроме того, к недостаткам данного способа травления относятся высокая химическая агрессивность и токсичность применяемого реагента.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ фотолитического травления поликристаллического кремния (Si*) в гексафториде серы (SF6) при воздействии вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ) от дейтериевой лампы (D2 - лампы) [2]. К недостаткам данного способа относится отсутствие селективность травления SiO2 по отношению к Si, т.е. оба слоя травятся примерно с одинаковой скоростью.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении селективности травления SiO2 по отношению к Si, т.е. к превышению скорости травления двуокиси кремния по отношению к скорости травления кремния. Данный технический результат достигается в способе фотолитического травления двуокиси кремния, включающем проведение процесса травления поверхности SiO2 в газовой смеси гексафторида серы (SF6) с аргоном (Аr), при воздействии ВУФ излучения от D2-лампы. Причем процентное содержание гексафторида серы в травящей смеси находится в пределах от 50 до 10 об.%, процентное содержание аргона - в пределах от 50 до 90 об.%, а сам процесс травления проводят при давлении в реакционной камере от 0,01 до 1,0 атм.
Таким образом, отличительным признаком изобретения является проведение фотолитического травления двуокиси кремния в смеси гексафторида серы с аргоном. Данный отличительный признак позволяет достичь указанного технического результата, заключающегося в увеличении селективности травления SiO2 по отношению к Si.
Возможно, что процесс фотолитического травления двуокиси кремния происходит следующим образом. Поверхность двуокиси кремния и кремния адсорбируют SF6 и Аr. Присутствие Аr способствует проникновению квантов ВУФ излучения к подложке через поглощающую их газовую среду. Под воздействием ВУФ излучения адсорбированные молекулы распадаются на радикалы с образованием как активных по отношению к травимым слоям частиц, так и полимеров, блокирующих травление. Причем устойчивость таких полимерных пленок к воздействию ВУФ излучения на поверхности кремния и двуокиси кремния отличаются, что и приводит к высокой селективности процесса фотолитического травления.
Примеры реализации способа.
Подготовленные к фотолитическому травлению пластины со слоем двуокиси кремния подвергались обработке в смеси газов гексафторида серы с аргоном при воздействии вакуумного ультрафиолетового излучения от дейтериевой лампы с длиной волны 110-165 нм.
Эксперименты проводили при комнатной температуре, атмосферном давлении в камере и времени ВУФ воздействия от 5 до 20 мин. В таблице 1 приведены основные результаты проведенных экспериментов.
| Таблица 1 | ||||||
| Зависимость селективности травления SiO2 от процессных параметров | ||||||
| № | Состав травящих газов | Давление, атм | Скорость травления SiO2, нм/мин | Скорость травления Si, нм/мин | Селективность SiO2: Si | |
| SF6,% объемный | Ar,% объемный | |||||
| 1 | 100 | 0 | 1 | 0,9 | 0,75 | 1,2:1 |
| 2 | 80 | 20 | 1 | 9,6 | 1,2 | 8:1 |
| 3 | 50 | 50 | 1 | 16 | 1,3 | 12:1 |
| 4 | 30 | 70 | 1 | 14,6 | 0,9 | 16:1 |
| 5 | 20 | 80 | 1 | 13,2 | 0,8 | 15:1 |
| 6 | 30 | 70 | 0,01 | 0,75 | 0,05 | 15:1 |
ЛИТЕРАТУРА
[1]. D.C.Gray, W.Butterbaugh, С.Fred Hiatt, A.Scott Lowing, H.H.Sawin. Photochemical Dry Etching of Doped and Undoped Silicon Oxides // J.Electrochem. Soc., 1995, v.142. No.11, р.3859-3863.
[2]. W.Seiichi, U.Shinjirou, n.Norio, Т.Mikio. Photolytic etching of polycrystalline silicon in SF6 atmosphere. // Jap.J.Appl.Phys., 1986, Pt.2, v.25, №11, p.881-884.
1. Способ фотолитического травления двуокиси кремния (SiO2), включающий травление поверхности SiO2 в гексафториде серы (SF6) при воздействии вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ) от дейтериевой лампы, отличающийся тем, что в травящий газ дополнительно вводят аргон (Ar).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процентное содержание гексафторида серы в травящей смеси находится в пределах 50-10 об.%, а процентное содержание аргона - в пределах 50-90 об.%.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что травление проводят при давлении в реакционной камере 0,01-1,0 атм.
