Способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники

Авторы патента:

H01L21/3065 - плазменное травление; ионное травление

Владельцы патента RU 2456702:

Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТО-Вакуум" (RU)

Изобретение относится к технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники. Сущность изобретения: в способе плазмохимического травления материалов микроэлектроники материал размещают на подложкодержателе в вакуумной камере, подают рабочий газ в вакуумную камеру, поджигают плазму ВЧ-индукционным разрядом, подают ВЧ-мощность к подложкодержателю. Травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы. Каждый цикл состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с. Такой режим травления позволяет улучшить неравномерность травления в 2,5-3,5 раза при сохранении скорости травления. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам, предназначенным для обработки материалов микроэлектроники, и может быть использовано в технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники.

В настоящее время в этой области широкое распространение получил способ плазмохимического травления. Характеристика способа зависит от многих параметров: давления, мощности, потенциала ВЧ-смещения, состава рабочего газа, длительности времени пассивации и травления и т.д. Поэтому в зависимости от материала конкретных изделий подбирают оптимальный режим травления с целью получения поверхности высокого качества.

Известен способ плазменного травления над подложкой, включающий размещение подложки на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу исходного газа, формирование плазмы и циклический процесс травления (патент РФ №2339115, МПК H01L 21/3065, 2008 г.).

В известном способе циклический процесс травления представляет собой чередующиеся операции периодической модуляции газов и операции травления. При этом каждая операция травления содержит этап подачи реактивного газа-травителя и этап формирования плазмы из поданного газа-травителя.

К недостаткам известного способа относится то, что он не обеспечивает приемлемой скорости травления. Травление осуществляется с большой энергией бомбардирующих поверхность ионов, что может ухудшить качество поверхности и увеличить количество привнесенных дефектов.

Известен способ травления подложки, размещенной в вакуумной камере на подложкодержателе, путем подачи рабочего газа в вакуумную камеру, генерирования плазмы, при этом операцию травления осуществляют повторяющимися циклами, каждый из которых состоит из нескольких этапов (патент РФ №2332749, МПК H01L 21/3065, 2008 г.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество поверхности. Данное обстоятельство объясняется тем, что генерируют плазму путем прикладывания высокочастотной мощности к подложкодержателю. В результате этого бомбардирующие поверхность подложки ионы приобретают высокую энергию и, как следствие, происходит ухудшение качества поверхности и наличие большой привнесенной дефектности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков относится способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающий размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление (патент РФ №2090951, МПК H01L 21/3065, 1997 г. - прототип).

Недостатком способа по прототипу является неудовлетворительная равномерность травления, равная 5%, при скорости травления 0,4-0,6 мкм/мин.

Это может быть обусловлено тем, что процесс травления проводится при очень низком давлении и высокой концентрации плазмы магнитным полем, что приводит к появлению краевого эффекта и ухудшению равномерности травления по пластине.

Задачей настоящего изобретения является увеличение равномерности травления при сохранении скорости травления.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающем размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление, травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы, каждый из которых состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с.

Технический результат достигается благодаря тому, что операцию травления проводят в виде циклического двухстадийного процесса. При этом каждый цикл состоит из этапа травления и пассивации. Регулируя на обоих этапах режим подачи количества и время действия ВЧ-мощности на подложкодержатель, можно значительно улучшить равномерность травления. Это возможно потому, что на первом этапе - травления энергия ионов высока и они действуют наравне с химически активными частицами, внося весомый вклад в процесс травления. На втором этапе - пассивации энергия ионов минимальна и ионная бомбардировка материала происходит со значительно меньшей эффективностью, что позволяет сформировать на поверхности материала пассивирующий фторуглеродный полимерный слой, который на этапе травления частично удаляется, в том числе ионами высокой энергии, и тем самым оказывает выравнивающий эффект.

Сущность изобретения поясняется схемой вакуумной камеры (фиг.1).

Вакуумная камера состоит из корпуса 1, реактора с индукционным возбуждением плазмы (ICP антенна) 2, подложкодержателя 3, подложки (материал) 4, генераторов ГВЧ-1 и ГВЧ-2.

Примеры осуществления способа

Пример 1

Было проведено плазмохимическое травление серии пьезокварцевых деталей диаметром 2 мм, толщиной 66 мкм на вакуумной установке Carolina РЕ 15, представленной на схеме.

Подложку 4 в виде серии пьезокварцевых деталей, с нанесенной кольцевой маской из меди с подслоем хрома помещали на подложкодержатель 3. Начальная температура подложкодержателя составляла 22°С. Через специальный шлюз подложкодержатель 3 направляли в камеру реактора 1. Затем в камеру 1 подавали газ C₄F₈ с расходом 2,5 л/ч, давление в реакторе устанавливали 1×100 Па. Далее с помощью генератора плазмы высокой плотности, соединенного с ICP-антенной 2, зажигали ВЧ-индукционный разряд на частоте 13,56 МГц и устанавливали мощность, вкладываемую в разряд, равной 400 Вт. Для увеличения плотности плазмы на индуктивные катушки, расположенные снаружи реактора, подавали постоянный ток величиной 1,9 А. Затем от генератора на подложкодержатель подавали переменное напряжение частотой 13,56 МГц. На первом этапе - травлении мощность, вкладываемая в подложкодержатель, составляла 300 Вт, напряжение автосмещения при этом равно 180 В, длительность этапа - 50 с. На втором этапе - пассивации мощность, вкладываемая в подложкодержатель, составляла 100 Вт, напряжение автосмещения при этом было равно 40 В, длительность этапа - 10 с. Количество циклов - 20.

Основными показателями процесса являются скорость травления, неравномерность травления. Скорость травления пьезокварца определяли по изменению резонансной частоты монокристалла вследствие уменьшения его толщины в результате травления за известное время.

Неравномерность травления определяли по формуле:

(h^max-h_ср)100%/h_cp,

где h^max - максимальная глубина ступеньки пьезокварца в серии (мкм);

h_cp - средняя глубина ступеньки по серии (мкм).

Пример 2

Осуществлялся на том же оборудовании аналогично примеру 1, но было проведено травление кремниевой пластины диаметром 100 мм со сформированным фотолитографией необходимым рисунком. При этом на первом этапе - травлении на подложкодержатель подавали мощность 288 Вт в течение 20 с, на втором этапе пассивации на подложкодержатель подавали мощность 111 Вт в течение 5 с.

Пример 3

Осуществлялся аналогично примеру 1, но травлению подвергалась кремниевая пластина, термически окисленная до SiO₂ на глубину 1 мкм. При этом на первом этапе на подложкодержатель подавали мощность 281 Вт в течение 70 с, на втором этапе - на подложкодержатель подавали мощность 119 Вт в течение 30 с.

Следует отметить, что реализация способа в режиме, когда параметры мощности на подложкодержателе и длительности этапов соответствуют ниже нижних заявленных пределов, процесс травления может через некоторое время полностью остановиться из-за превышения скорости осаждения фторполимера над скоростью его удаления. При параметрах выше заявленных пределов происходит образование многочисленных дефектов, приводящих к ухудшению качества поверхности.

Результаты травления по примерам представлены в таблице.

Как видно из таблицы, технический результат выражается в улучшении неравномерности травления в 2,5-3,5 раза при сохранении скорости травления.

Кроме того, заявленный способ поясняется диаграммой двух циклов к примеру 1 (фиг.2).

Таблица
	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Прототип
	Этап 1	Этап 2	Этап 1	Этап 2	Этап 1	Этап 2
Цикличность	да	да	да	нет
Кол-во этапов	2	2	2	-
Частота генераторов плазмы, МГц	13,56	13,56	13,56	40-500
Частота генераторов смещения, МГц	13,56	13,56	13,56	13,56
Мощность, вкладываемая в плазму, Вт	400	400	400	350
Мощность на подложкодержателе, Вт	300	100	288	111	281	119	-
Автосмещение, В	180	40	167	53	150	62	60
Длительность этапов, с	50	10	20	5	70	30	-
Рабочее давление, Па		1×10e0		1×10e0		1×10e0	2×10e-2
Скорость травления, мкм/мин		0,4-0,5		0,4-0,6		0,5-0,6	0,4-0,6
Неравномерность травления, %		±0,8-1,2		±1-1,3		±1,2-1,3	±3-4

Способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающий размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление, отличающийся тем, что травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы, каждый из которых состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с.

Изобретение относится к устройствам локального травления тонких пленок микроэлектроники. .

Состав газовой смеси для формирования нитрид танталового металлического затвора методом плазмохимического травления // 2450385

Изобретение относится к технологии полупроводникового производства, в частности к формированию затворов в КМОП технологии. .

Способ локальной плазмохимической обработки материала через маску // 2439740

Изобретение относится к способам общего назначения для обработки материалов с помощью электрической энергии и может быть использовано в технологии полупроводниковых приборов.

Способ локального плазмохимического травления материалов // 2436185

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к технологии полупроводниковых приборов. .

Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред на ленточных носителях // 2419915

Изобретение относится к области вакуумно-плазменной обработки (очистки, осаждения, травления и т.д.) потоками ионов, атомов, молекул и радикалов инертных или химически активных газов слоев и пленочных материалов на ленточных носителях в микро- и наноэлектронике, оптике, гелиоэнергетике, стекольной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Реактор для плазменной обработки полупроводниковых структур // 2408950

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к реакторам для высокоплотной и высокочастотной плазменной обработки полупроводниковых структур. .

Способ удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек // 2406785

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных пьезоэлектрических устройств - фильтров, резонаторов, линий задержки на поверхностных акустических волнах.

Устройство для плазмохимической обработки материалов // 2395134

Изобретение относится к технологии производства приборов микро- и наноэлектроники, связанной с травлением и выращиванием структур на поверхности материалов, в т.ч.

Способ реактивного ионного травления слоя нитрида титана селективно к алюминию и двуокиси кремния // 2392689

Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структур интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления.

Устройство плазменной обработки // 2368032

Изобретение относится к устройствам генерации технологической плазмы и может быть использовано для проведения процессов осаждения, травления, окисления, имплантации (неглубоких слоев), сжигания органических масок на различных подложках в области электроники, наноэлектроники, при производстве медицинских инструментов, сенсорных устройств т.п.

Устройство для плазмохимического травления // 2529633

Изобретение относится к устройствам для генерирования плазмы высокой плотности и может быть использовано для травления изделий микроэлектроники. Устройство для плазмохимического травления содержит вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты и подложкодержатель с обрабатываемым изделием. Генератор соединен высокочастотным кабелем через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, размещенной в вакуумной камере. Подложкодержатель взаимодействует через дополнительное устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты. Согласующее устройство связано со спиральной антенной посредством полого вала, входящего в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения. На конце вала жестко закреплен полый рычаг. К полому рычагу прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной. Полый вал и подложкодержатель имеют автономные приводы вращения. Средство программного управления автоматически регулирует скорость вращения каждого привода, обеспечивая необходимую равномерность травления изделия. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов всей установки и снижение потребляемой мощности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ реактивного ионного травления слоя нитрида титана селективно к двуокиси кремния, поликремнию и вольфраму // 2533740

Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структуры интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления. Сущность изобретения: слой TiN удаляется селективно к SiO2, вольфраму и поликремнию при реактивном ионном травлении его в плазме O2 с присутствующей в зоне разряда пластинкой фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного (ВЧ) электрода, травление проводят при плотности ВЧ мощности 1-3 Вт/см2, а рабочую поверхность ВЧ электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом. 1 табл.

Устройство свч плазменной обработки пластин // 2539863

Изобретение относится к СВЧ плазменным устройствам для проведения процессов осаждения и травления слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции, работающих в экстремальных условиях. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки и повышение скорости формирования слоев. В устройстве СВЧ плазменной обработки пластин, содержащем волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к ней проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода из волноводного тракта накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, волноводный тракт выполняют кольцевым и располагают на боковой стенке реакционной камеры так, что разрядные трубки размещаются в одной плоскости, параллельной обрабатываемой пластине, а над обрабатываемой пластиной вне реакционной камеры на ее крышке, выполненной из прозрачного для СВЧ материала, располагают плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну, под обрабатываемой пластиной для ее нагрева размещают еще одну плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну. 2 ил.

Устройство свч плазменной обработки // 2539872

Изобретение относится к СВЧ плазменным установкам для проведения процессов травления и осаждения слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков при пониженном давлении и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки кремниевых пластин, упрощение настройки горения плазмы в каждой разрядной трубке. Устройство СВЧ плазменной обработки содержит волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к камере проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода в волноводный тракт накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса. Для обеспечения одинаковых параметров плазмы волноводные тракты, выполненные кольцевыми, расположены на стенке реакционной камеры ярусами со смещением разрядных трубок в ярусах друг относительно друга, а также дополнительно введен электрод, через который вводятся газы. 2 ил.

Способ плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла // 2541436

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники и может быть использовано для плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла. В способе плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла производят предварительную протирку изделий спиртом со всех сторон, включая протирку всех торцов подложки, производят предварительный обдув изделий нейтральным газом, помещают изделия в камеру плазменной установки вместе с подобным образцом - свидетелем, производят очистку изделий в среде доминирования кислорода при мощности 500-600 Вт, давлении процесса 800-900 мТорр в течение 10-20 минут, проверяют качество обработки поверхности по свидетелю методом краевого угла смачивания по окончании очистки. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки подложек из поликора и ситалла перед напылением, в частности удаление оксидных пленок, органики, сокращение времени и экономических затрат на выполнение операций очистки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры // 2576412

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. Способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры, имеющей, по меньшей мере, последовательность слоев GaAs/AlGaAs с заданными характеристиками, включает расположение полупроводниковой гетероструктуры на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления с обеспечением контактирования слоя арсенида галлия с плазмой технологических газов, подачу в реактор технологических газов и последующее селективное реактивное ионное травление при заданных параметрах технологического режима. В способе используют полупроводниковую гетероструктуру, имеющую слой AlGaAs толщиной не менее 10 нм, с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при x, равном либо большем 0,22, в качестве технологических газов используют смесь трихлорида бора и гексафторида серы при соотношении (2:1)-(9:1) соответственно, селективное реактивное ионное травление осуществляют при давлении в реакторе 2-7 Па, мощности, подаваемой в разряд 15-50 Вт, температуре подложкодержателя 21-23°С, общем расходе технологических газов 15-25 мл/мин. Технический результат - повышение выхода годных путем повышения селективности, контролируемости, воспроизводимости, анизотропии и снижения неравномерности, плотности дефектов и загрязнений на поверхности полупроводниковой гетероструктуры. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ определения температуры пористого слоя по изменениям показателя преломления при адсорбции // 2602421

Изобретение относится к области измерений температуры тонких поверхностных слоев, в частности пористого диэлектрического слоя в химической промышленности (катализ), при изготовлении оптических и химических сенсоров, а так же в процессе криогенного травления диэлектриков в технологии микроэлектроники. Заявлен бесконтактный способ измерения температуры пористого слоя, характеризующийся тем, что температура пористого слоя определяется по калибровочным графикам зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при постоянном давлении паров выбранных химических соединений, адсорбирующихся в пористом слое, рассчитанным на основе экспериментальных графиков зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров в этом слое при комнатной температуре. Технический результат - повышение точности получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ удаления фоторезистивных пленок с поверхности оптических стекол // 2643172

Изобретение относится к технологии изготовления изделий оптической техники, конкретно к способу удаления фоторезистивных пленок с поверхности оптических стекол, служащих в качестве основной маски при формировании микроэлементов на их поверхности. Технический результат изобретения заключается в обеспечении высокой скорости удаления фоторезистивной пленки с поверхности габаритных по площади и толщине оптических стекол без науглевоживания поверхности. В способе удаления фоторезистивных пленок с поверхности оптических стекол, включающем плазмохимическое травление пластины низкотемпературной плазмой в присутствии атомарного кислорода, согласно изобретению обрабатываемой пластиной является оптическое стекло, а нагрев фоторезистивной пленки до оптимальной температуры травления осуществляется инфракрасным излучателем, расположенным под поверхностью обрабатываемой пластины. 1 ил.