Устройство для травления полупроводниковых структур

Изобретение относится к оборудованию для производства интегральных схем микромеханических и оптоэлектронных устройств. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введено по меньшей мере одно дополнительное сопло 5 с продольной осью O3-О4, оси O3-O4 сопел 5 расположены под углами λ, находящимися в диапазоне 20-80° к поверхности А платформы 1, причем ось O1-O2 и оси O3-O4 сопел 5 не пересекаются, а проекции осей O3-O4 в плоскости поверхности А платформы 1 составляют углы β с осями, проходящими через центр платформы 1 О и центры оснований 13 сопел 5, при этом оси O3-O4 со сторон, противоположных основаниям 13, направлены по касательной к образующей В столика 3 и могут отклоняться от этого направления в диапазоне +/- 20°. Технический результат изобретения заключается в повышении степени ионизации компонентов газовой смеси за счет вихревого движения по спирали потоков газа внутри колпака. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для производства интегральных схем микромеханических и оптоэлектронных устройств.

Известно устройство для травления полупроводниковых структур ионно-плазменным методом, содержащее платформу, на которой установлен колпак, содержащее также столик с подложкой, расположенный на платформе по оси O1-O2, содержащее также сопло с продольной осью O3-O4, направленное в сторону подложки и сопряженное с первым держателем, установленным на платформе, содержащее также индуктор с источником питания, содержащее также блок откачки, сопряженный с платформой, содержащее также газовый блок, сопряженный с соплом, содержащее также блок смещения, подключенный к столику (https://www.oxford-instruments.com/products/etching-deposition-and-growth/plasma-etch-deposition/icp-etch).

Недостатком этого устройства является невысокая ионизация газов вводимых сверху вниз в сторону обрабатываемой полупроводниковой структуры подложки.

Известно также устройство для травления полупроводниковых структур, содержащее платформу, на которой установлен колпак, содержащее также столик с подложкой, расположенный на платформе по оси O1-O2, содержащее также сопло с продольной осью O3-O4, сопряженное с первым держателем, установленным на платформе, содержащее также индуктор с источником питания, содержащее также блок откачки, сопряженный с платформой, содержащее также газовый блок, сопряженный с соплом, содержащее также блок охлаждения, подключенный к столику, содержащее также блок смещения, сопряженный со столиком (https://cmi.epfl.ch/etch/AMS200.php.).

Недостатком этого устройства также является невысокая степень ионизации газа из-за того, что поток газов быстро откачивается из замкнутого объема камеры реактора, так как поток газа направлен непосредственно в сторону выходных отверстий устройства для травления полупроводниковых структур. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Задача изобретения заключается в создании устройства для травления полупроводниковых структур в высокоплотной плазме индукционно связанного разряда.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени ионизации компонентов газовой смеси за счет вихревого движения по спирали потоков газа внутри колпака. При этом уменьшается расход газа и обеспечиваются условия работы при более низком рабочем давлении, что обеспечивает улучшение анизотропии травления канавок.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для травления полупроводниковых структур, содержащем платформу, на которой установлен колпак, содержащее также столик с подложкой, расположенный на основании по оси O1-O2, содержащее также сопло с продольной осью O3-O4, сопряженное с первым держателем, установленным на платформе, содержащее также индуктор с источником питания, содержащее также блок откачки, сопряженный с платформой, содержащее также газовый блок, сопряженный с соплом, содержащее также блок охлаждения, сопряженный со столиком, содержащее также блок смещения, подключенный к столику, в устройство введено, по меньшей мере, одно дополнительное сопло с продольной осью О3-O4, оси O3-O4 сопел расположены под углами а, находящимися в диапазоне 20°-80° к поверхности А платформы, причем ось O1-O2 и оси O3-O4 сопел не пересекаются, а проекции осей O3-O4 в плоскости поверхности А платформы составляют углы β с осями, проходящими через центр платформы О и центры оснований сопел, при этом оси O3-O4 со сторон, противоположных основаниям направлены по касательной к образующей В столика и могут отклоняться от этого направления в диапазоне +/- 20°.

Существует вариант, в котором в устройство введены, по меньшей мере, два первых держателя, сопряженных с, по меньшей мере, двумя соплами и выполненных с возможностью юстировочной подвижки сопел.

Существует также вариант, в котором в устройство введено, по меньшей мере, два рассекателя с, по меньшей мере, двумя вторыми держателями, выполненными с возможностью юстировочной подвижки рассекателей, при этом рассекатели расположены по осям O3-O4.

Существует также вариант, в котором в устройство введен модуль подачи газообразного гелия, сопряженный со столиком.

На фиг. 1 изображено устройство для травления полупроводниковых структур, осевое сечение.

На фиг. 2 изображено устройство для травления полупроводниковых структур, вид сверху.

На фиг. 3 изображено устройство для травления полупроводниковых структур с рассекателями, осевое сечение.

На фиг. 4 изображено устройство для травления полупроводниковых структур с рассекателями, вид сверху.

Устройство для травления полупроводниковых структур содержит платформу 1 (фиг. 1, фиг. 2), на которой установлен колпак 2. Платформа 1 может быть изготовлена из немагнитного материала, например, алюминия или нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Колпак 2 может быть изготовлен из кварца. Устройство содержит также столик 3 с подложкой 4, расположенный на платформе 1 по оси O1-O2. Столик 3 может быть изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и включает средства захвата подложки 4 (не показаны). В качестве подложки 4 можно использовать кремниевую пластину с диаметром до 150 мм. Устройство содержит также, по меньшей мере, два сопла 5 с продольными осями O3-O4, в одном из вариантов установленных непосредственно на платформе 1. В другом варианте сопла 5 могут быть сопряжены с, по меньшей мере, двумя первыми держателями 6, установленными на платформу 1. В наиболее предпочтительном варианте целесообразно использовать шесть сопел 5. Сопла 5 могут представлять собой трубки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,8-1,2 мм. Устройство содержит также индуктор 7 с источником питания 8. Индуктор 7 может быть выполнен в виде водоохлаждаемой медной трубки. Устройство содержит также блок откачки 9, сопряженный с платформой 1. В качестве блока откачки 9 можно использовать модуль, включающий турбомолекулярный насос в комплекте с форвакуумным насосом. Устройство содержит также газовый блок 10, сопряженный с соплами 5 (условно показано сопряжение с одним соплом через держатель 6). Газовый блок 10 может представлять собой набор отдельных комплектующих, включающих кран, регулятор давления, регулятор расхода газа, клапан, из которых для каждого газа скомпонована отдельная магистраль. Устройство содержит также блок охлаждения 11, сопряженный столиком 3. В качестве блока охлаждения 11 можно использовать криостат, подключенный к столику 3. Устройство содержит также блок смещения 12, подключенный к столику 3. В качестве блока смещения 12 можно использовать высокочастотный генератор с рабочей частотой 2 МГц или 13,56 МГц. Оси О3-O4 сопел 5 расположены под углами α, находящимися в диапазоне 20°-80° к поверхности А платформы 1. При этом ось O1-O2 и оси O3-O4 сопел 5 не пересекаются, а проекции осей O3-O4 в плоскости поверхности А платформы 1 составляют углы β с осями, проходящими через центр платформы 1 О и центры оснований 13 сопел 5. При этом оси O3-O4 со сторон, противоположных основаниям 13 направлены по касательной к образующей В столика 3 и могут отклоняться от этого направления в диапазоне +/- 20°.

Существует также вариант, в котором в устройство введены, по меньшей мере, два первых держателя 6, сопряженных с, по меньшей мере, с двумя первыми соплами. При этом держатели 6 выполнены с возможностью юстировочной подвижки сопел 5. Первые держатели 6 могут представлять собой шарообразные подвижные элементы, установленные в гнездах с возможностью подвижки по углам α и β, и фиксации их относительно гнезд винтами (не показаны).

Существует также вариант, в котором в устройство введено, по меньшей мере, два рассекателя 14 (фиг. 3) с, по меньшей мере, двумя вторыми держателями 16, выполненными с возможностью юстировочной подвижки рассекателей 14. При этом оси O3-O4 сориентированы в центр углублений 15. При этом рассекатели расположены по осям O3-O4. На фиг. 3 рассекатели 14 расположены со сдвигом на 30° вокруг оси O1-O2. В наиболее предпочтительном варианте целесообразно использовать шесть рассекателей 14 (фиг. 4). Рассекатели 14 могут быть изготовлены из кварца и иметь углубления 15 с радиусом 4-20 мм. Рассекатели 14 могут быть установлены посредством кронштейнов 16 на вторых держателях17. Вторые держатели 17 могут представлять собой шарообразные подвижные элементы, установленные в гнездах с возможностью подвижки по углам α и β, и фиксации их относительно гнезд винтами (не показаны). В варианте, изображенном на фиг. 4 сопла 5 осями O3-O4 сопряжены с рассекателями 14, сдвинутыми по окружности на 90° вокруг оси O1-O2.

Существует также вариант, в котором в устройство введен модуль подачи газообразного гелия 18, сопряженный со столиком 3. Модуль подачи газообразного гелия 18 может представлять собой источник гелия с датчиком давления и регулятором расхода газа, подключенный к столику 3. Обычно, уровень газообразного гелия стабилизируется на уровне, порядка, 400 Па.

Устройство для травления полупроводниковых структур работает следующим образом. Три сопла 5, расположенных под углом 120°, устанавливают в соответствии с технологическим маршрутом на заданные углы наклона α и β, например, α - 45°, αβ - 15°. На столик 3 загружают подложку 4, Устройство откачивают до предельного давления 0,1 Па и после включения технологических газов Ar, SF6, C4F8 из блока 10 устанавливают рабочее давление 10 Па. На индуктор 7 подают высокочастотный сигнал мощностью 800-1500 Вт от источника питания 8, а под подложку 4 из газового блока 10 подают газообразный гелий. Над подложкой 4 загорается плазма и за счет закручивания струями технологических газов, направленных по касательной к внешней стороне столика 3 и вверх, в области над пластиной образуются спиральные завихрения ионизированных частиц, которые полем наведенного заряда над столиком 3 вытягиваются из плазмы над подложкой 4 и ускоряясь бомбардируют ее рабочую поверхность. В зависимости от особенностей и требований технологического процесса возможна раздельная подача газов в другую группу сопел 5 на разную высоту над подложкой путем настройки углов аир (см. фиг. 1 и фиг. 2).

При использовании второго варианта (см. фиг. 3 и фиг. 4) под колпаком 2 устанавливают отражатели 14 на кронштейнах 16 и ориентируют сопла 5 в сторону углублений 15. Такой вариант позволяет не только сохранить увеличение длины пути молекул газов в области плазмы и их активацию, но и дополнительно обеспечить возможность управления однородностью травления подложки 4 по ее площади.

То, что в устройство для травления полупроводниковых структур в введено, по меньшей мере, одно дополнительное сопло с продольной осью O3-O4, сопряженное с дополнительным первым держателем, оси O3-O4 сопел 5 расположены под углами а, находящимися в диапазоне 20°-80° к поверхности А платформы 1, причем ось O1-O2 и оси O3-O4 сопел 5 не пересекаются, а проекции осей O3-O4 в плоскости поверхности А платформы 1 составляют углы Р с осями, проходящими через центр платформы 1 О и центры оснований 13 сопел 5, при этом оси O3-O4 со сторон, противоположных основаниям 13 направлены по касательной к образующей В столика 3 и могут отклоняться от этого направления в диапазоне +/- 20° приводит к повышению степени ионизации компонентов газовой смеси за счет вихревого движения по спирали потоков газа внутри колпака 2. При этом уменьшается расход газа и обеспечиваются условия работы при более низком рабочем давлении, что обеспечивает улучшение анизотропии травления канавок.

То, что в устройство введены, по меньшей мере, два первых держателя 6, сопряженных с, по меньшей мере, двумя соплами 5 и выполненных с возможностью юстировочной подвижки сопел 5 что упрощает настройку устройства, делает ее более точной и обеспечивает улучшение анизотропии травления канавок.

То, что в устройство введено, по меньшей мере, два рассекателя 14 с, по меньшей мере, двумя вторыми держателями 17, выполненными с возможностью юстировочной подвижки рассекателей 14, причем рассекатели расположены по осям O3-O4 приводит к дополнительному повышению степени ионизации компонентов газовой смеси за счет вихревого движения по спирали потоков газа внутри колпака 2. При этом уменьшается расход газа и обеспечиваются условия работы при более низком рабочем давлении, что обеспечивает улучшение анизотропии травления канавок.

То, что в устройство введен модуль подачи газообразного гелия 18, сопряженный со столиком 3 улучшается охлаждение подложки 4, что приводит к повышению стойкости фоторезиста на подложке 4 и, соответственно, улучшается такой выходной параметр технологического процесса, как селективность.