Способ изготовления контактных окон с уменьшенным размером для полупроводниковых приборов

Авторы патента:

Тадевосян Самвел Грантович (RU)

Шелегеда Андрей Григорьевич (RU)

Хохлов Михаил Валентинович (RU)

H01L21/306 - обработка химическими или электрическими способами, например электролитическое травление (для образования диэлектрических пленок H01L 21/31; последующая обработка диэлектрических пленок H01L 21/3105)

H01L21/20 - нанесение полупроводниковых материалов на подложку, например эпитаксиальное наращивание

Владельцы патента RU 2767484:

Общество с ограниченной ответственностью "Монолит" (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, а также уменьшении размеров контактных окон и шины металлической разводки, интегральных схем, многокристальных модулей, в том числе 3D-конструкций. Способ изготовления контактных окон с уменьшенным размером для полупроводниковых приборов размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, заключается в том, что после осаждения первого слоя диэлектрика проводится фотолитография и травится первый слой диэлектрика, а затем осаждается второй слой диэлектрика, далее осаждается третий слой металла или полупроводника; затем проводится ХМП третьего слоя и осаждается четвертый слой - либо металла, либо полупроводника, при этом если третий слой - полупроводник, то четвертый слой - металл, а если третий слой - металл, то четвертый слой - полупроводник, а затем проводится термообработка структуры до образования силицида там, где полупроводник соприкасается с металлическими участками, затем, используя четвертый слой как маску, травится силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно, размер которого меньше, чем это позволяет достигать фотолитография. 11 ил., 1 табл.

Область применения способа

Уровень техники

В патенте RU2698574 от 27.08.2019 (заявка №2018141918/28 (069865) приоритет 28.11.2018 г.) Красников Г.Я., Тадевосян С.Г. (2), являющимся прототипом данного изобретения «Изготовление полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела». Сущность предложенного способа заключается в следующем: после травления первого слоя материала осаждается второй слой материала сверх первого слоя, а затем осаждается третий слой материала и с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала; затем, используя оставшуюся часть третьего слоя как маску, удаляется как первый, так и второй слой материала; а потом травится третий слой материала; оставшийся слой второго материала размером меньше, чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры. Достижение технического результата для травления вертикальной полупроводниковой структуры показано на фиг. 6 и в таблице 1.

X=У-2Z

Х - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью способа.

Y - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора полученного с помощью фотолитографии.

Z - Зависит от многих факторов в том числе от толщины H1 (первый слой материала), Н2 (второй слой материала), от используемого материала а также от условий, от технологических режимов обработки так и состава используемых слоев. Примерно ширина слоя Z меньше 1-25% от толщины слоя Н2. Значение связано между X, Y, Z, H1, H2.

Оставшийся слой второго материала размером меньше чем позволяет достигать фотолитография, используется как маска для травления вертикальной полупроводниковой структуры. Достижение технического результата для травления вертикальной полупроводниковой структуре показано на фиг. 6 и в таблице 1.

X=У-2Z

Х - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора, полученного с помощью способа.

Y - Размер выемки (маска) для формирования канала транзистора полученного с помощью фотолитографии.

Z - Зависит от многих факторов в том числе от толщины H1 (первый слой материала),

Н2 (второй слой материала), от используемого материала а также от условий, от технологических режимов обработки и состава используемых слоев. Примерная ширина слоя Z меньше 1-25% от толщины слоя Н2. Значение связано между X, Z, H1, H2.

образования силицида там, где полупроводник соприкасается с металлическими участками, или наоборот, металлический слой прикасается к полупроводниковым участкам, после чего, используя четвертый слой как маску, травится образовавшийся силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно. Размер контактных окон становится меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, поскольку размеры контактных окон получаются меньше, чем это позволяет достигать фотолитография по способу (1).

Сущность предложенного способа

Сущностью изобретения является изготовления контактных окон с уменьшенным размеров (меньше, чем это позволяет достигать фотолитография), для полупроводниковых приборов. Используя способ (1) после формирование первого, второго и третьего слоев по способу (1), где эти слои могут быть из любого материала, в предложенном способе необходимо, чтобы первый и второй слои были только диэлектриком (SiO₂, Si₃N₄ и т.д.) После формирование третьего слоя, где в способе (1) можно использовать любой материал, а в данном способе необходимо использовать либо металл, либо полупроводник; затем проводится ХМП третьего слоя по способу (1). В отличие от способа (1), в данном способе осаждается четвертый слой - либо металл, либо полупроводник. Осаждение проводится таким образом, что если третий слой полупроводник, то четвертый слой - металл; а если третий слой - металл, то четвертый слой - полупроводник сверх этой структуры, а затем проводится термообработка данной структуры до образования силицида в контактных окнах, где полупроводник соприкасается с металлическими участками, или, наоборот, металлический слой прикасается к полупроводниковым участкам; затем, используя четвертый слой как маску, травится образовавшийся силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно. Размер контактных окон становится меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, поскольку размер контактных окон получаются меньше, чем это позволяет достигать фотолитография по способу (1).

Описание чертежей

Краткое описание чертежей: Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1);

Фиг. 2 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2);

Фиг. 3 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3);

Фиг. 4 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3); конфигурация оставшегося третьего слоя металла или полупроводника после ХМП (5);

Фиг. 5 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3)Ф; конфигурация оставшегося третьего слоя металла или полупроводника после ХМП (5); четвертый слой металла или полупроводника (6);

Фиг. 6 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2; четвертый слой металла или полупроводника (6); конфигурация силицида после термообработки данной структуры (7);

Фиг. 7 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); четвертый слой металла или полупроводника (6);

Фиг. 8 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); четвертый слой металла или полупроводника (6);

Фиг. 9 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2);

Фиг. 10 Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); контактный окно с металлическим контактом (8);

Фиг.11 Прототип Полупроводниковая пластина (4); первый слой диэлектрика (1); второй слой диэлектрика (2); третий слой металла или полупроводника (3); конфигурация оставшегося третьего слоя металла или полупроводника после ХМП (5).

Пример осуществления изобретения

Разработана технология изготовления контактных окон с уменьшенным размером - меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, например 3×3 нм для полупроводниковых приборов за счет того, что: 1. Осаждение первого слоя SiO₂ на монокристаллической подложке фиг. 1(4) толщиной 50 нм, после фотолитографии и травления SiO₂ образуется контактное окно размером 100×100 нм - фиг. 1(1). 2. После осаждения второго слоя SiO₂ толщиной 50 нм - фиг. 2 (2) - образуется окно размером 20×20 нм 3. Осаждение третьего слоя W толщиной 50 нм фиг. - 3(3). 4. ХМП третьего слоя W фиг. - 4 (5). 5. Осаждение поликремния толщиной 50 нм фиг. - 5 (6). 6. Термообработка данной структуры при температуре 830С до образования силицида по всей толщине W - фиг. 6 (7). 7. Травление силицида по всей толщине, используя поликремния, как маску для травления силицида - фиг.7. 8. Травления SiO₂ под силицидом, используя поликремний как маску - фиг. 8; при этом образуется контактное окно размером 20×20 нм - фиг. 8. 9. Травление поликремния фиг. - 9. 10. Осаждение TiTiN и W и ХМП W - при этом удаляется TiTiN, а оставшийся металл с сочетанием TiTiN и W размером 20×20 нм является контактом для металлической разводки в контактном окне - фиг. 10.(8). Таким образом, размер контактных окон становится меньше в пять раз, чем это позволяет достигать фотолитография, поскольку размер контактных окон получается 20×20 нм, а фотолитография в данном случае позволяет получить контактные окна размером 100×100 нм.

Литература

1. Патент RU 2698574 от 28.08.2019 по заявке №2018141918/28 (069865) от 28.11.2018; Красников Г.Я., Тадевосян С.Г. Способ изготовления полупроводниковой структуры, выступающей из монолитного кремниевого тела.

Способ изготовления контактных окон с уменьшенным размером для полупроводниковых приборов, включающий травление первого слоя материала, осаждение второго слоя материала и осаждение третьего слоя материала; после чего с помощью химико-механической полировки удаляется третий слой материала, а оставшаяся часть материала второго слоя размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, используется для травления полупроводниковой структуры, отличающийся тем, что с целью получения контактных окон размером меньше, чем это позволяет достигать фотолитография, после осаждения первого слоя диэлектрика проводится фотолитография и травится первый слой диэлектрика, а затем осаждается второй слой диэлектрика, далее осаждается третий слой металла или полупроводника, затем проводится ХМП третьего слоя и осаждается четвертый слой либо металл, либо полупроводник, таким образом, что если третий слой - полупроводник, то четвертый слой - металл; а если третий слой - металл, то четвертый слой - полупроводник сверх этой структуры, а затем проводится термообработка данной структуры до образования силицида там, где полупроводник прикасается к металлическим участкам, или наоборот металлический слой прикасается к полупроводниковым участкам; затем, используя четвертый слой как маску, травится силицид и окисел под слоем силицида и образуется контактное окно, размер которого меньше, чем это позволяет достигать фотолитография.

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может быть использовано для химической обработки пластин перед электрохимическим нанесением металлических покрытий на поверхность пластин из термоэлектрических материалов. Техническим результатом изобретения является повышение адгезивных свойств поверхностного слоя пластин из термоэлектрических материалов за счет создания на нем антидиффузионного барьера путем химической обработки пластин из термоэлектрических материалов ультразвуком и поэтапно растворами различных кислот с оптимально подобранным соотношением между ними.

Способ изготовления чувствительных элементов мэмс-датчиков // 2757169

Данное изобретение относится к способам изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков, в частности к способам изготовления, сочетающим объемное травление КНИ-структуры с микромеханической обработкой. Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре включает нанесение защитных покрытий на лицевую сторону пластины, фотолитографию по защитному слою с лицевой стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой стороны до изолирующего слоя диэлектрика с заданным профилем и шероховатостью, удаление остатков маскирующего покрытия с лицевой стороны, при этом перед травлением изолирующего слоя диэлектрика производится операция скрайбирования до изолирующего слоя диэлектрика с обратной стороны КНИ-структуры.

Способ снижения температурных напряжений при обработке полупроводниковых пластин с развитой по высоте топографией и полупроводниковая пластина с предохранительной структурой для этого способа (варианты) // 2753840

Изобретение относится к области микроэлектронной технике. Заявлен способ снижения температурных напряжений при обработке полупроводниковых пластин с развитой по высоте топографией, заключающийся в размещении полупроводниковой пластины стороной, на которой выполнена развитая по высоте топография в виде выступающих частей, разделенных углублениями, на пластине-носителе и ее прикреплении к этой пластине-носителю посредством адгезивного слоя толщиной от 1 до 10 мкм.

Реактор для плазмохимической обработки полупроводниковых структур // 2753823

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к реакторам высокоплотной и высокочастотной плазменной обработки, и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Реактор для плазмохимической обработки полупроводниковых структур содержит вакуумную камеру 1 с системой подвода газов 2 и системой откачки 3, подложкодержатель 4, установленный в основании камеры 1 и соединенный с блоком ВЧ смещения 5, систему согласования, состоящую из спирального индуктора 6, трансформатора 7 и первого конденсатора 8, для соединения спирального индуктора 6 с ВЧ генератором 9, при этом в верхней части вакуумной камеры 1 установлена диэлектрическая стенка со спиральным индуктором 6, трансформатор 7 выполнен в виде ВЧ кабеля 11, намотанного на ферритовые кольца 12, при этом внутренняя жила 13 ВЧ кабеля 11 с одной стороны соединена с выходом ВЧ генератора 9, с другой стороны подключена к первому выводу 14 спирального индуктора 6, первый конец оплетки 15 ВЧ кабеля 11 соединен с землей, а второй конец оплетки 16 ВЧ кабеля соединен со вторым выводом 17 спирального индуктора 6, диэлектрическая стенка выполнена в виде цилиндра 10, при этом спиральный индуктор 6 выполнен в виде первой секции 18 и второй секции 19, расположенных на внешней поверхности цилиндра 10.

Способ глубокой очистки поверхности кремниевых пластин // 2750315

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых чувствительных элементов микромеханических датчиков, таких как акселерометры, датчики угловой скорости, давления и пр. Сущность изобретения: в способе обработки поверхности монокристаллической пластины кремния, ориентированной по плоскости Si (100), включающем очистку указанной поверхности в растворе HF, в водном аммиачно-пероксидном растворе, промывку деионизованной водой и сушку при нормальных условиях, согласно способу перед очисткой поверхности пластины в растворе HF проводят окисление поверхности пластины кремния при температуре (950-1150)°С в течение времени не менее 90 мин, после чего поверхность пластины последовательно очищают в растворе HF, водном аммиачно-пероксидном растворе с последующей промывкой деионизованной водой и сушкой при нормальных условиях.

Способ компенсации неоднородности травления кремниевых перемычек по чипу (варианты) и кремниевая пластина с распределением чипов по данному способу (варианты) // 2748050

Изобретение относится к области микроэлектронной техники. Кремниевая пластина для изготовления микроэлектромеханических систем представляет собой круглой формы в плане диск из кремния, на котором методом наложения маски организованы подлежащие плазмохимическому травлению области для расположения в каждой из них чипа, выполненного с разделенными между собой перемычками по крайней мере двумя участками.

Состав меза-травителя для антимонида индия ориентации (100) // 2747075

Изобретение относится к материаловедению может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов. Состав меза-травителя для антимонида индия ориентации (100) включает плавиковую кислоту, перекись водорода и воду при следующем соотношении компонентов (объемные доли): 2 части 46% плавиковой кислоты ОСЧ, 2 части 30% перекиси водорода ОСЧ и 450 частей деионизованной воды.

Состав меза-травителя для антимонида индия ориентации (100) // 2747075

Устройство для жидкостного химического травления полупроводниковых изделий // 2746672

Изобретение относится к области электронной техники, а именно устройствам химико-технологической обработки полупроводниковых изделий. Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве для жидкостного химического травления полупроводниковых изделий, содержащем камеру травления, нагреватель, терморегулятор, термопару в качестве датчика температуры и дисплей, камера травления помещена в теплоизоляционный герметизированный корпус, оснащенный термопарой, нагревателем и каналом для залива теплоносителя и связанный через встроенный электромагнитный клапан с каналом для слива теплоносителя, устройство дополнительно содержит две устойчивые к воздействию агрессивных сред накопительные емкости для размещения растворов для травления и промывки соответственно, систему конденсации парогазовой взвеси, кассету-держатель для полупроводниковых изделий, оснащенную светодиодами для индикации уровня травления и каналом для отвода избыточного давления, систему микроконтроллерного управления, соединенную с панелью управления, оснащенной дисплеем, в камере травления размещены два датчика уровня жидкости, термопара, кассета-держатель для полупроводниковых изделий, при этом камера травления через электромагнитный клапан соединена каналом с накопительной емкостью для размещения раствора для травления, через электромагнитные клапаны и насосы соединена каналом с накопительной емкостью для размещения раствора для промывки и с каналом для выведения использованного раствора для промывки, через электромагнитный клапан соединена с каналом для слива раствора для травления, камера травления, кроме того, непосредственно соединена с каналом отведения парогазовой взвеси, проходящим через систему конденсации, а также снабжена герметичной прозрачной дверью, на которой смонтирован привод системы перемешивания раствора для травления, вышеуказанные накопительные емкости для размещения растворов для травления и для промывки оснащены соответственно каналами для залива раствора для травления и раствора для промывки, в обеих накопительных емкостях также установлены термопара и нагреватель, при этом оба датчика уровня жидкости, привод системы перемешивания раствора для травления, все вышеуказанные термопары, электромагнитные клапаны и насосы связаны с системой микроконтроллерного управления, а все нагреватели связаны с системой микроконтроллерного управления через терморегуляторы.

Способ плазмохимического травления гетероструктур на основе inp // 2734845

Изобретение относится к технологии обработки материалов и может быть использовано при производстве компонентов твердотельной электроники, СВЧ электроники, оптоэлектроники и радиофотоники. Способ плазмохимического травления гетероструктур на основе InP включает размещение на подложкодержателе в вакуумной камере гетероструктуры InAlAs/InGaAs, нанесенной на подложку InP со сформированной на ней диэлектрической маской, подачу плазмообразующей смеси в вакуумную камеру при остаточном давлении 5-30 мТорр, поджиг плазмы, путем подачи мощности 400-800 Вт от ВЧ-генератора на источник индуктивно-связанной плазмы и отрицательного смещения на подложку от ВЧ-генератора с мощностью 100-250 Вт, и травление гетероструктур, при этом процесс травления состоит из двух этапов, причем на первом этапе производится поджиг плазмы, с длительностью импульса 20-25 сек, а на втором этапе производится удаление продуктов реакции радикалов газовой смеси с материалом подложки из вакуумной камеры, а также термостабилизация образцов длительностью 30-35 сек, при этом оба этапа повторяются с заданным количеством циклов.

Выращивание эпитаксиального 3c-sic на монокристаллическом кремнии // 2764040

Изобретение относится к технологии выращивания эпитаксиального 3C-SiC на ориентированном монокристаллическом кремнии. Способ включает предоставление монокристаллической кремниевой подложки 2, имеющей диаметр по меньшей мере 100 мм, в реакторе 7 химического осаждения из газовой фазы с холодными стенками, содержащем кварцевую камеру; нагревание подложки до температуры, равной или большей чем 700°C и равной или меньшей чем 1200°C, с использованием внешних нагревателей 9, которые представляют собой инфракрасные лампы; введение газовой смеси 33 в реактор, тогда как подложка находится при данной температуре, причем газовая смесь содержит прекурсор 16 источника кремния, прекурсор 18 источника углерода, который отличается от прекурсора 16 источника кремния, и несущий газ 20, таким образом, чтобы осадить эпитаксиальный слой 3C-SiC на монокристаллический кремний, при этом прекурсор 16 источника кремния содержит силан или содержащий хлор силан, а прекурсор 18 источника углерода содержит содержащий метил силан.