Способ сухого травления слоев на поверхности полупроводниковых структур

 

Использование: микроэлектроника, формирование микрорисунка в рабочих слоях. Сущность изобретения: в способе сухого травления слоев на поверхности полупроводниковых структур обработку слоя проводят в плазме ВЧ-разряда, в процессе обработки проводят контроль травления. Фиксируют момент вскрытия поверхности структуры по началу периода изменения первой производной интенсивности линии спектра излучения плазмы и затем продолжают обработку в течение времени, выбранного из соотношения t = 2Rh·100/V(100 - R)(100+R), где t - время обработки после фиксирования момента вскрытия структуры, с; R - неравномерность травления, %;, V - скорость травления, нм/с; h - толщина слоя, нм. 2 табл.

Изобретение относится к обработке материалов и может быть использовано в производстве СБИС на операциях формирования микрорисунка в рабочих слоях. Известен способ сухого травления слоев на поверхности полупроводниковых структур, включающий обработку слоя в плазме ВЧ-разряда, определение момента окончания травления слоя по изменению давления в реакционно-разрядной камере. Однако данный способ не обеспечивает необходимой воспроизводимости определения момента окончания травления вследствие недостаточной чувствительности метода [1] Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ сухого травления слоев на поверхности полупроводниковых структур, включающий обработку слоя в плазме ВЧ-разряда, о завершении которой судят по изменению величины сигнала прибора спектрального контроля, соответствующего изменения интенсивности спектра излучения плазмы при окончании травления слоя. При этом критерием срабатывания прибора спектрального контроля является превышение величиной сигнала заданного уровня порога срабатывания, который является фиксированной величиной. После превышения порога вводится эмпирическая временная задержка до момента выхода сигнала "на полочку", т.е. прекращение его изменения, что соответствует моменту окончания травления, также постоянно претерпевает изменения. Это, вследствие невозможности непрерывной подстройки уровня срабатывания и эмпирической задержки, неизбежно приводит к снижению воспроизводимости определения момента окончания травления, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на выходе годных структур с обрабатываемым слоем [2] Целью изобретения является повышение выхода годных структур за счет увеличения воспроизводимости определения момента окончания травления слоя. Поставленная цель достигается тем, что в способе сухого травления слоев на поверхности полупроводниковой структуры, включающем обработку слоя в плазме ВЧ- разряда, о завершении которой судят по изменению интенсивности линий спектра излучения плазмы, завершают обработку после начала вскрытия поверхности структуры, о котором судят по началу периода изменения первой производной интенсивности линий спектра излучения плазмы, по истечении времени, определяемого соотношением где t время завершения обработки, с; R неравномерность травления, V скорость травления, нм/с; h толщина слоя, мм. Повышение воспроизводимости определения момента окончания травления в заявляемом способе в сравнении с прототипом достигается за счет следующего. При определении момента окончания травления по изменению первой производной сигнала флуктуации уровни сигнала не влияют на воспроизводимость, поскольку первая производная сигнала отражает скорость его изменения, а не абсолютную величину, которая подвержена естественным флуктуациям. Момент начала изменения сигнала, которому соответствует рост первой производной (по абсолютной величине), соответствует моменту начала вскрытия поверхности, находящейся под слоем (нижележащей) структуры. При вскрытии всей немаскированной поверхности нижележащей структуры сигнал стабилизируется, что соответствует моменту окончания травления. Очевидно, отрезок времени между началом роста первой производной сигнала и моментом окончания травления слоя равен времени вскрытия поверхности нижележащей структуры. Это время может быть получено следующим образом. К моменту вскрытия поверхности нижележащей структуры в месте на пластине с максимальной скоростью травления в месте с минимальной скоростью травления толщина остатка слоя составляет Δh = (V_max-V_min)·t_{тр min}, (1) где V_max, V_min максимальная и минимальная скорости травления слоя соответственно;
Δh толщина остатка слоя;
t_тр.min минимальное время травления (в месте с максимальной скоростью травления), оно, очевидно, запишется
(2)
где h толщина слоя. Подставляя (2) и (1), имеем
(3)
Зная толщину остатка слоя в месте с минимальной скоростью травления, время вскрытия можно получить, разделив толщину остатка на минимальную скорость травления
(4)
Максимальная и минимальная скорости травления могут быть выражены через неравномерность травления
(5)
(6)
где R неравномерность травления,
V скорость травления слоя. Подставляя (5) и (6) в (4), получаем окончательное выражение для времени вскрытия поверхности нижележащей структуры
(7)
Это время после изменения первой производной, которому соответствует момент окончания травления слоя. Предлагаемый способ проиллюстрируем на примере применения его при изготовлении затворов СБИС ДОЗУ 1М КМОП. На кремниевые пластины с рисунком изолирующего окисла и участками подзатворного окисла толщиной 25,0 нм наносили слой поликремния толщиной 500 нм, легировали его диффузией фосфора и формировали фоторезистивную маску. Травление слоя поликремния выполняли на установке реактивного ионного травления "Лада-35" в плазме ВЧ- разряда газовой смеси SF₆ + O₂ со следующими параметрами процесса: V 6,0 нм/с, R ± 4% Контроль процесса и определение окончания травления определяли прибором спектрального контроля Digisem-221, настроенным на линию излучения атомарного фтора с длиной волны 704 нм. Фиксировали момент возрастания первой производной сигнала, после этого по истечении времени, определяемого соотношением и соответствующего моменту окончания травления слоя, процесс продолжали в течение 10 с для удаления остатков поликремния на рельефе охранного окисла. Воспроизводимость определения момента окончания травления оценивали по разбросу остаточной толщины подзатворного окисла. Отбраковку проводили по критерию затрава в монокремний. Результаты приведены в табл.1. Из данных табл.1 видно, что в предлагаемом способе в сравнении с известным повышается воспроизводимость момента окончания травления, о чем свидетельствует уменьшение разброса остаточной толщины подзатворного окисла с 6,8 до 3,5 нм. Это уменьшает вероятность затравов в монокремний и обеспечивает увеличение выхода годных структур с 96,1 до 99,3%
В табл. 2 приведены результаты варьирования времени задержки после момента роста первой производной сигнала до момента окончания процесса. Из данных табл.2 видно, что момент окончания травления слоя соответствует времени после момента роста первой производной сигнала, рассчитанного из установленного соотношения (в данном случае это время равно 7 с). Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает в сравнении с известным увеличение выхода годных структур за счет повышения воспроизводимости момента окончания травления слоя.

Формула изобретения

Способ сухого травления слоев на поверхности полупроводниковых структур, включающий обработку слоя в плазме ВЧ разряда, контроль травления по изменению интенсивности линии спектра излучения плазмы, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных структур за счет повышения точности определения момента окончания травления слоя, в процессе контроля фиксируют момент вскрытия поверхности структуры по началу периода изменения первой производной интенсивности линии спектра излучения плазмы и затем продолжают обработку в течение времени, которое выбирают из соотношения

где t время обработки после фиксирования момента вскрытия структуры, с;
R неравномерность травления,
V скорость травления, нм/с;
h толщина слоя, нм.

РИСУНКИ

Рисунок 1