Способ плазмохимического травления

 

Использование: в микроэлектронике, для травления функциональных слоев нитрида и двуокиси кремния, тугоплавких металлов и других материалов. Сущность изобретения: способ плазмохимического травления включает размещение обрабатываемого образца на электроде-подложкодержателе в реакционной камере, покрытие по крайней мере части рабочих элементов реакционной камеры галогенсодержащим твердым веществом, возбуждение плазмы в среде остаточных газов реакционной камеры при фиксированном давлении и травление с использование галогенсодержащего источника ХАЧ, в качестве которого используют только галогенсодержащее твердое вещество покрытия. Реализация способа позволяет увеличить воспроизводимость процесса травления, упростить технологию и оборудование, улучшить экологию техпроцесса. 4 табл.

Изобретение относится к области плазмохимического травления функциональных слоев в технологии микроэлектроники и может быть использовано для травления слоев нитрида и двуокиси кремния, тугоплавких металлов и других материалов.

Известен способ сухого травления материалов, в частности нитрида кремния в плазме газового разряда в атмосфере газов типа CF₄+O₂, C₂F₆+C₂H₄ и др. [1].

К недостаткам данного способа относятся сложность получения высокой воспроизводимости процесса травления из-за необходимости точного контроля подачи и регулирования газовой смеси, высокая экологическая вредность, вызванная значительным количеством выбрасываемых в атмосферу хладонов, и загрязняемость образцов металлами из материалов электродов и реакционной камеры.

Наиболее близким к изобретению является способ плазмохимического травления материалов, по которому образец помещается в вакуумную реакционную камеру, внутренняя поверхность которой покрыта полиэтилентетрафторидом, либо им покрыта поверхность верхнего и нижнего электродов, а травимый образец, расположенный на нижнем неподвижном электроде, окружен кольцом из полиэтилентетрафторида [2] . Травление образца осуществляется в плазме, созданной в травящих газах CF₄, C₃F₈ и др., и усиливается путем вовлечения в плазму травящих частиц из полиэтилентетрафторидного покрытия электродов либо других конструкционных элементов.

К недостаткам этого способа относится сложность технологического оборудования, состоящего из систем подачи газовых смесей в реакционную камеру, систем их регулирования и контроля, в результате чего снижается воспроизводимость техпроцессов, происходит загрязнение подложки металлами, а также загрязнение окружающей среды откачиваемыми экологически вредными рабочими газами и продуктами их разложения. К недостаткам относится и достаточно высокая неравномерность травления по поверхности образца из-за градиента концентрации активных частиц над поверхностью за счет газового потока.

Целью изобретения является увеличение воспроизводимости процесса травления, упрощение технологии и оборудования, улучшение экологии техпроцесса.

Цель достигается тем, что по способу плазмохимического травления материалов, включающему размещение материала на электроде-подложкодержателе в реакционной камере, покрытие по крайней мере части рабочих элементов реакционной камеры галогенсодержащим твердым веществом и возбуждение плазмы в газовой атмосфере реакционной камеры, в качестве газовой атмосферы для возбуждения плазмы используют остаточную атмосферу реакционной камеры. Кроме того, для увеличения воспроизводимости результатов травления для различных партий возбуждение плазмы осуществляется при фиксированном давлении остаточной атмосферы реакционной камеры.

Отличительными признаками предлагаемого способа является отсутствие внешнего источника рабочего газа и всех систем, связанных с его подачей, регулированием и измерением расхода. Возникающие при таком способе обработки активные частицы из твердого галогенсодержащего источника сконцентрированы над поверхностью электрода-подложкодержателя. Отсутствие газового потока уменьшает их концентрацию у стенок камеры, что приводит к снижению взаимодействия активных частиц со стенками камеры. Использование возбуждения разряда при строго фиксированном давлении остаточной атмосферы позволяет уменьшить разброс исходных условий возбуждения разряда по давлению и составу остаточной атмосферы.

В примерах 1-4 сопоставлены результаты травления нитрида кремния по способу-прототипу и предлагаемому способу.

Плазмохимическое травление проводилось на установке диодного типа с ВЧ-возбуждением разряда. Слои нитрида кремния толщиной около 3000 наносились методом газофазовой эпитаксии на кремниевые пластины марки КДБ-12 диаметром 100 мм. Измерение толщины нитридных пленок до и после травления проводилось эллипсометрическим методом. Анализ микропримесей исходных и обработанных образцов проводили методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии. Время травления образцов во всех случаях было постоянным и составляло 7 мин.

П р и м е р 1. Сопоставление воспроизводимости результатов травления.

В табл.1 представлены значения средних глубин травления образцов нитрида кремния, полученных при травлении с использованием смешанного источника активных частиц (образцы 1-5) и твердого источника, в качестве которого использовали полиэтилентетрафторид (образцы 6-10). Как видно из табл.1, применение твердого источника активных частиц увеличивает воспроизводимость результатов травления.

П р и м е р 2. Сопоставление результатов измерения загрязнения подложек тяжелыми металлами.

В табл.2 приведены данные рентгенофотоэлектронной спектроскопии поверхностного слоя образцов, протравленных по предлагаемому способу, в сопоставлении с контрольными образцами и образцами, протравленными по способу-прототипу. Как видно из табл.2, применение предлагаемого способа приводит к существенному уменьшению загрязнения образцов хромом.

П р и м е р 3. Сопоставление результатов травления с использованием и без использования возбуждения разряда при фиксированном давлении остаточной атмосферы.

В табл.3 приведены результаты травления по предлагаемому способу с возбуждением разряда при различных значениях давления в реакционной камере (обpазцы 1-5) и при фиксированном давлении, равном для используемой реакционной камеры 5,4 Па. Как видно из табл.3, возбуждение разряда в рабочей камере при одной и той же величине давления остаточной атмосферы приводит к увеличению воспроизводимости результатов травления.

П р и м е р 4. Сопоставление равномерности травления с использованием предлагаемого способа с вращением и без вращения электрода-подложкодержателя.

В табл. 4 приведены результаты измерения глубины травления нитрида кремния для различных участков одной и той же пластины диаметром 100 мм с использованием и без использования вращения электрода-подложкодержателя. Вращение электрода проводилось со скоростью 10 оборотов в минуту. Как видно из табл. 4, применение вращения электрода-подложкодержателя увеличивает равномерность травления слоя нитрида кремния по поверхности пластины.

Из представленных примеров видно, что использование предлагаемого способа приводит к улучшению воспроизводимости и увеличению равномерности результатов травления, что позволяет увеличить выход годных кристаллов при производстве СБИС. Исключение использования газообразных реагентов приводит к существенному упрощению оборудования и снижению его себестоимости.

Так как в последнее время использование фреонов как экологически вредных газов сокращается, предложенный способ имеет существенные преимущества перед известными.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ, включающий размещение образца на электроде-подложкодержателе в реакционной камере, размещение по крайней мере на части рабочих элементов реакционной камеры галогенсодержащего твердого покрытия - источника химически активных частиц, формирование газовой среды реакционной камеры при фиксированном давлении, возбуждение плазмы в газовой среде реакционной камеры и травление с использованием галогенсодержащего твердого источника химически активных частиц, отличающийся тем, что в качестве газовой среды используют остаточные газы реакционной камеры, а в качестве источника химически активных частиц - только галогенсодержащее твердое покрытие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2