Способ формирования рельефа интегральных микросхем

 

Использование: технология микроэлектроники. Сущность изобретения: подложку (П) помещают в предварительную вакуумную камеру и создают в ней давление 1-10 Па. Затем П перемещают в вакуумную камеру и в едином замкнутом вакуумном технологическом цикле осуществляют напыление на П слоя алюминия, осаждение слоя плазмополимеризованного стирола (ППС) при расходе пара стирола 1,5-3 л/ч, нанесение слоя резиста (Р), его селективное экспонирование и проявление, травление ППС в кислородной плазме с одновременным удалением Р при давлении 2-10 Па и удельной мощности ВЧ-разряда 2,5-3 кг/см², плазменное травление алюминия при давлении не более 10 Па и удаление ППС в плазме смеси кислорода и азота при расходе кислорода 3,0-3,5 л/ч и расходе азота 0,2-0,3 л/ч. Оптимизация режимов технологических операций и выполнение их в едином вакуумном цикле с обеспечением предварительного вакуума позволили снизить дефектность рельефа с 0,1 см^-2 до 0,03-0,05 см^-2.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники. Известен способ формирования рельефа интегральных микросхем, включающий вакуумное напыление алюминия на подложку, фотолитографию (нанесение резиста, экспонирование, проявление), и сухое травление пленки алюминия по созданной фотолитографией маске из фоторезиста. Целью изобретения является снижение дефектности рельефа и улучшение экологичности процесса. Поставленная цель достигается за счет того, что перед выполнением первой операции единого замкнутого технологического цикла нанесением алюминия, подложку размещают в предварительной вакуумной камере и создают в ней предварительный вакуум 1 10 Па, а также за счет оптимизации режимов технологических операций способа. Нанесение слоя органического материала, например, плазмополимеризованного стирола толщиной ≈0,6 мкм позволяет с одной стороны, планиризовать поверхность, т.е. сгладить все шероховатости подложки с пленкой алюминия и, с другой стороны наносить тонкий слой резиста (≈0,3 мкм), что делает его достаточно чувствительным к электронам, и позволяет сформировать плазмостойкую бездефектную маску для травления алюминия. Кроме того, наличие слоя плазмополимеризованного стирола позволило исключить операцию травления резиста, т.к. травление тонкого слоя резиста осуществляют в одной с травлением плазмополимеризованного стирола технологической операции, а это приводит к исключению пылевыделения оборудования, что снижает привносимую дефектность. Предварительный вакуум менее 1 Па приводит к увеличению пыли в объеме, что значительно повышает привносимую дефектность. Предварительный вакуум более 10 Па приводит к увеличению количества остаточных частиц в объеме и, следовательно, к уменьшению их длины свободного пробега, а значит эти частицы имеют возможность чаще сталкиваться с рабочей поверхностью подложки и могут быть захвачены ею, что повышает привносимую дефектность. Нанесение плазмополимеризованного стирола (ППС) осуществляют в парах стирола при давлении 1-8 Па, расходе пара стирола 1,5-3 л/ч и удельной мощности 0,25-0,4 Вт/см². При давлении пара мономера менее 1 Па формируется напряженная пленка ППС, что приводит при последующих термообработках к образованию дефектов типа "трещина". При давлении более 8 Па на поверхности подложки осаждается низкомолекулярный полимер, который испаряется с поверхности при последующих термообработках и меняет маскирующие свойства. При расходе пара стирола менее 1,5 л/ч пленка ППС имеет дефекты типа "трещина", а при расходе пара свыше 3 л/ч в камере образуется турбулентный поток пара, что ведет к образованию в газовой фазе полимерного порошка, который осаждается на поверхность пленки ППС и создает, таким образом, дефектность. При удельной мощности менее 0,25 Вт/см² скорость нанесения пленки настолько низка (менее 30 нм/мин), что делает способ практически неприемлемым. При удельной мощности свыше 0,4 Вт/см² при дальнейших термообработках происходит "растрескивание" пленки ППС. Нанесение и обработку сухого резиста осуществляют в соответствии с имеющимися в технической и патентной литературе рекомендациями. Сухой резист, например, октавинилсилсесквиоксан, наносят при температуре 170-200^oС и вакууме не хуже 10^-3 Па. Нанесение резиста при температуре менее 170^o приводит к тому, что резист медленно испаряется и условия для бездефектного формирования покрытия при медленном осаждении резиста ухудшаются. При температуре резиста выше 200^oС происходит интенсивное разложение резиста и выпадание осадка, содержащего большое количество SiO₂, что приводит к повышению дефектности. Нанесение резиста при вакууме хуже 10^-3 Па приводит к увеличению количества остаточных частиц и уменьшению длины их свободного пробега, что обуславливает более частое столкновение этих частиц с рабочей поверхностью подложки, захват поверхностью этих частиц и, как следствие, повышение привносимой дефектности. Электронно-лучевое экспонирование проводят дозой 5·10^-6-5·10^-5 кл/см². Экспонирование дозой менее 5·10⁶ кл/см² приводит к тому, что резист не сшивается, а края рисунка расплываются, что существенно повышает дефектность. Экспонирование дозой более 5·10^-5 кл/см² может привести к полимеризации пленки резиста, которая является маской для плазмополимеризованного слоя, что также повышает дефектность. Реактивно-ионное травление плазмополимеризованного стирола проводят при давлении не более 10 Па и удельной мощности 2,5 3 Вт/см². Травление плазмополимеризованного стирола при давлении более 10 Па ведет к увеличению остаточных частиц в объеме и, к уменьшению длины их свободного пробега, а значит эти частицы имеют возможность чаще сталкиваться с рабочей поверхностью подложки и могут быть захвачены, ею, что повышает привносимую дефектность. Травление при удельной мощности менее 2,5 Вт/см² приводит к тому, что кислородная плазма не полностью удаляет открытую поверхность стирола, остается осадок, который повышает дефектность. Травление при удельной мощности более 3,0 Вт/см² приведет к тому, что кислородная плазма будет удалять не только открытую поверхность стирола, но и поверхность подложки под стиролом. Травление алюминия проводят при давлении не более 10 Па. Травление алюминия при давлении более 10 Па приводит к увеличению остаточных частиц в объеме и, следовательно, к уменьшению длины их свободного пробега, а значит эти частицы имеют возможность чаще сталкиваться с рабочей поверхностью подложки и могут быть захвачены ею, что повышает привносимую дефектность. Снятие плазмополимеризованного стирола проводят при удельной мощности 0,7-0,8 Вт/см², расходе кислорода 3,0-3,6 л/ч и расходе N₂-0,2 -0,3 л/ч. Снятие ППС при мощности менее 0,7 Вт/см² приводит к тому, что процесс травления замедляется, идет вяло, образуются неудаляемые остатки, что повышает дефектность. Снятие ППС при мощности более 0,8 Вт/см² приводит к тому, что процесс становится трудноуправляемым, т.к. одновременно с ППС может травиться подложка, что повышает дефектность. При расходе O₂ менее 3,0 л/ч мала скорость травления, в результате чего за счет осаждения частиц наблюдается повышенная дефектность. При расходе О₂ более 3,6 л/ч процесс становится неуправляемым и может происходить сгорание ППС, что увеличивает дефектность. При расходе N₂ менее 0,2 л/ч наблюдается нестабильность плазменного разряда, сопровождаемая повышением дефектности. При расходе N₂ более 0,3 л/ч процесс становится критичным, трудно управляемым, а это приводит к повышению дефектности из-за необходимости повтора некоторых операций. П р и м е р. Кремниевая подложка поступает в предварительную вакуумную камеру, где происходит откачка до 5 Па. Затем кремниевая подложка поступает в вакуумную камеру, где методом магнетронного распыления наносят пленку алюминия толщиной 1 мкм, затем ее транспортируют через вакуумный трек в установку плазменного нанесения слоя органического материала, зажигая плазменный ВЧ-разряд в атмосфере паров стирола с его расходом 2,2 л/ч при давлении 5 ПА и удельной мощности 0,3 Вт/см². При этом стирол смешивают с газом-носителем, в качестве которого используют азот. Слой плазмополимеризованного стирола наносят до толщины 0,6 мкм. После этого подложку транспортируют через вакуумный трек в установку нанесения сухого резиста сублимацией при температуре 185^oС и вакууме не хуже 10-3 Па до толщины 0,3 мкм, время нанесения 3 мин. Далее подложку опять транспортируют в вакуумном треке в электронно-лучевую установку, где резист экспонируют электронным лучом дозой 5·10^-6 кл/см². После экспонирования подложку транспортируют в вакууме в установку термического проявления, где при температуре 160^oС в течение 1 мин 45 с проэкспонированные участки резиста сублимируются, если он позитивный, либо полимеризуется, если он негативный. Затем, изображение, сформированное в слое резиста, переносят в нижний слой путем плазменного травления пленки плазмополимеризованного стирола в атмосфере кислорода при давлении 5 Па и удельной мощности ВЧ-разряда 3 Вт/см², предварительно переместив в вакууме подложку в установку травления ППС. После этого, через вакуумный трек подложку перемещают в установку плазмохимического травления алюминия, осуществляют травление при давлении 5 Па и не извлекая подложку на атмосферу, переносят ее в установку плазменного травления для снятия ППС при расходе кислорода 3,3 л/ч, расходе азота 0,25 л/ч и удельной мощности 0,75 Вт/см². В результате перемещения и обработки подложки в едином замкнутом технологическом цикле с обеспечением предварительного вакуума и оптимизации режимов проведении технологических операций способа неравномерность толщины слоя ППС снизилась с ±2,5% до 1,0 1,5% а дефектность сформированного рельефа снизилась с 0,1 см^-2 до 0,03-0,05 см^-2.

Формула изобретения

Способ формирования рельефа интегральных микросхем, включающий последовательно проводимые в едином замкнутом вакуумном технологическом цикле операции нанесения на подложку пленки алюминия и слоя плазмополимеризованного стирола, нанесения слоя резиста, травления слоя плазмополимеризованного стирола в кислородной плазме, плазменного травления алюминия и удаления слоя плазмополимеризованного стирола в кислородсодержащей плазме, отличающийся тем, что, с целью снижения дефектности рельефа и улучшения экологичности процесса, перед нанесением пленки алюминия подложку помещают в предварительную вакуумную камеру и создают в ней предварительный вакуум 1 10 Па, нанесение слоя плазмополимеризованного стирола осуществляют при расходе пара стирола 1,5 3 л/ч, травление слоя плазмополимеризованного стирола осуществляют при давлении 2 10 Па и удельной мощности ВЧ-разряда 2,5 3 Вт/см², плазменное травление пленки алюминия осуществляют при давлении не более 10 Па, а удаление слоя плазмополимеризованного стирола в кислородсодержащей плазме осуществляют в смеси кислорода с азотом при расходе 3,0 3,6 л/ч и расходе азоте 0,2 0,3 л/ч.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---