CS225425B1 - Selective plasma-chemical etching of layers of microelectronic materials deposited on the silicon oxide - Google Patents

Description

- 223 423

Vynález sa týká spdsobu selektívneho plazmochemickéholeptania vrstiev mikroelektronických materiálov nanesenýchna oxide kremičitom v plazmových zariadeniach s planparalel-nými elektrodami vo freónovej plazme.

Na tvarovanie vrstiev materiálov, ktoré s fluórom vy-tvára jú prchavé zlúčeniny /Si, Si-^Np Si02 , Mo, Ta, Ti, W,

Nb, MoSi2, WSi2, .../ sa v súčasnej době používájú dvazákladné druhy plazmochemických leptačov, založených nainterakcii nízkoteplotnej neizotermickéj plazmy vf výbojas povrchom leptaného materiálu. V plazmovcm reaktore s cy-lindrickou konfiguréciou, opatrenom kovovým perforovanýmvalcom /tzv. "leptacím tunělom"/, sa plazma vytvára v oblas-ti medzi koaxiálně uloženým tunelom a stěnou výbojovej ko-mory. Chemicky aktivně, elektricky neutrálně částice /volnéradikály a elektronicky vzbudené volné atomy/ difundujúz oblasti aktívnej plazmy cez otvory v stene tunela do objemuleptacieho tunela a chemicky reagujú s povrchom opracovávané-ho materiálu, vytvárajúc přitom plynné produkty .reakcie, kto-ré sú odčerpávané čerpacím systémom. Vzhladom na odtienenieelektrického póla leptacím tunelom a vďaka velmi krátkej doběživota iónov je bombardovanie povrchu vzoriek, uložených v ositunela, iónovou zložkou plazmy prakticky vylúčené a leptanieje výhradně chemickým procesom s izotropným charakterom. U tejto varianty je možné vhodným výberom plynu a parametrovplazmy dosiahnut vysoký poměr leptacej rýchlosti tvarovanéhomateriálu voči rýchlosti leptania oxidu křemičitého /SiO2/ atiež. velmi dobru trvanlivost fotorezistovej masky. Avšak tentospdsob leptania má závažné nedostatky. Je to predovšetkým vý-razné zníženie homogénnosti leptania pri zváčšovaní počtuopracovávaných vzoriek a ich velkosti. Problém nehomogénnosti 338 438 leptania niektorých materiálov /napr. polykryStalického kremíka/sa prehlbuje efektom lokélneho uvolňovania tepelnáj energiev dčsledku intenzívnej exotermickéj reakcie, δο sa prejavujev intenzívnom nerovnomernom podleptávaní a tým v zmenšení po-žadovaných rozmerov v prioritně doleptaných miestach vzorky,falej, výrazná závislost leptacej rýchlosti od velkosti lepta-né j plochy, resp. od počtu a velkosti vzoriek /tzv. zaťažovacíefekt/ spčsobuje nielen neurčitost informácie o velkosti rých-losti leptania, ale sa prejavuje tiež v nekontroiovatelnom pod-leptaní súvisiacom so skutočnostou, že po doleptaní vrstvy salaterálna rýchlost leptania mnohonásobné zvyšuje, falším problé-mom je skutočnost, že nechráněná zadně strany křemíkových dosiekpredstavujú značný príspevok leptanej plochy a tým zvýrazňujúzaťažovací efekt. Doleptanie žádných stráň sa značné oneskoru-je voči okamihu doleptania predných maskovaných stráň, čo tiežspčsobuje silné nežiadúce podleptánie.

Druhá konfigurécia plazmového reaktora s planparalelnýmielektrodami umiestnenými vo vnútri výbojovéj komory umožňujedosiahnut podstatné lepšiu homogénnost leptania. V tomto pří-pade sa vzorky ukládájú na jenu z elektrod, připadne na Spe-ciálně tvarované kovové podložky umiestnené na elektróde. Prezvýšenie leptacej rýchlosti sa často využívá tzv. fokusáciaplazmy zakladajúca sa v obmedzení elektrického výboje do medzi-elektródového priestoru nad leptanými vzorkami. Pretože poten-ciál plazmy je voči elektrickému potenciálu o>boch elektrodkladný, prudký spád elektrického potenciálu v prielektrodovejvrstvě spčsobuje, že vzorky nie sú vystavené iba účinku reak-tívnych, elektricky neutrálnych častíc, ale sú intenzívněbombardované kladnými iónmi. Při alternativě uloženia vzoriekna aktívnu elektrodu, kapacitně viazanú s vf generátorom a pridostatočné nízkom tlaku plynu v komoře sa bombardovaní© vzoriekiónmi stává dominantným, čo sa využívá pri tzv. leptaní reak-tívnymi iónmi, ktoré umožňuje získat anizotropné profily lep-tania. Při uložení vzoriek na uzemnenú elektrodu, při ktorejje spád potenciálu menej strmý a pri vyšších tlakoch plynu jepríspevok iónového bombardovania v procese leptania menší.

Avšak, v jednom i druhom případe sa bombardovanie vzoriekiónmi odráža v nepriaznivých pomeroch leptacích rýchlostirozličných materiálov voči rýchlosti leptania SiO2 a v rýchlom - J- 22S 425 úbytku hrůbky fotorezistovej masky. Napr. pri použití zmesitetrafluormetánu /CF,/ a kyslíka /CL·/ u vzoriek uložených nauzemněnu elektrodu su poměry leptacích rychlostí polykryšta-lického kremíka a nitridu kremíka voči rýchlosti leptaniaSiOg a fotorezistu blízké jednotke /póly Si s S.iOg = max. 3:1,SÍ3N4 í SiO^ = max. lil, póly Si : fotorezist = max. 2:1,

SijN^ : fotorezist » max. 2:1/, teda tento spdsob nie jepoužitelný napr. v technologii N-kanála a dvojitého póly - Sihradla u 16 kbit-ovej dynamickéj panfáte. Okrem nízkej selek-tívnosti leptania je u planárnej geometrie dosť značný zaťa-žovací efekt a nehomogénnosť leptania je /dokonca i u systémovs rotujúcou elektrodou/ spravidla vSčŠia ako 10 %. Všetky vyššie uvedené nedostatky odstraňuje spdsob selek-tívneho plazmočherníckého leptania podlá vynálezu, ktorého pod-statou je odizolovanie leptaných vzoriek od elektrody pomocoudielektrických podložiek a generovanie plazmy v zmesi freonua kyslíka /3 až 50 obj. %/ pri tlaku plynu váčšom ako 30 Pa.Výška a materiál izolačných podložiek musia byť volené tak,aby hustota vf výbojového prúdu tečúceho vzorkou bola zanedba-telné malá v porovnaní s hustotou výbojového prúdu tečúceho touplochou elektrody, nad ktorou nie sú uložené vzorky. Tak sa do-siahne zriedenie výbojovej plazmy v priestore medzi leptanýmivzorkami a protilehlou elektrodou; tzv. "inverzná fokusáciaplazmy”. Aplikáciou inverznej fokusácie plazmy a výberom vhod-né j příměsi kyslíka vo freone a celkového tlaku plynu vo výbo-jovej komoře sa dosiahne minimálny rozdiel elektrického poten-ciálu plazmy a plávajúceho potenciálu povrchu leptaných vzoriek.Tým sa obmedzí bombardovanie vzoriek kladnými iúnmi, ktoré jev opačnom případe příčinou velkej leptácej rýchlosti SiOg aerozie fotorezistu, t,zn. nízkej selektívnosti leptania, a do-minantným sa stává čisto chemický účinok plazmy na leptanévzorky. Leptanie pri příliš nízkom tlaku bez ohledu na příměskyslíka, a tiež pri použití velmi malej alebo žiadnej příměsikyslíka vo freone bez ohladu na hodnotu tlaku, nie je selek-tivně. Nomogénnosť leptania je zabezpečená tym, že v celomobjeme medzi elektrodami, vrátane priestoru nad vzorkami, vda-ka dlhej době života chemicky-aktívnych neutrélnych častíc, jekoncentrácia týchto častíc vysoká a přibližné konštantná. Výhody spdsobu podlá vynálezu sú predovšetkým vo vysokej -4 - 225 425 selektívnosti lep tenis vrstiev zlučenín kremíka a niektorýchkovových vrstiev voči SiO2 a fotorezistu /napr. pře fosforomdopovaný polykryštalický křemík je možné selektívnost leptániavyjádřit ěxtrémne vysokými pomermi leptacích rýchlostí, /póly Si í SiO2 > 40:1, póly Si : fotorezist > 50:1/ pri výrob-ně vhodných rýchlostiach leptania /50 *· 300 nm/min/.

Calšou zjavnou přednostou je malý zatažovací efekt a sku-tečnost, že rýchlost a selektívnost leptania su v širokom roz-sahu minimálně závislé od celkového tlaku v komoře a od koncen-trácie aktivizujícej příměsi /02/. Pri optimálnych podmienkach,zahrňujúcich predovšetkým vhodné rozloženie vzoriek na elektro-dě, vf výkon, zloženie a celkový tlak plynu v komoře, je neho-mogénnost leptania dienšia ako 3 % při počte 21 ks súčasne lep-taných vzoriek priemeru 76 mm. Charakter leptania je izotropný,pričom podleptanie, t.j. zmenšenie rozmerov leptaných Strukturvoči póvodným rozměrom fotorezistovej masky, je vel’mi homogénnei pri hrubších vrstvách. To je obzvlášť vhodné při technologiidvojitého póly Si hradla, .kde sa vyžaduje značné, avšak homo-génne podleptanie. Podstatnou přednostou uvedeného spósobu jeto, že nie je potřebný zásah do konštrukcie zariadenia a tech-nická nenáročnost vyhotovenia potřebných prípravkov.

Postup podTa vynálezu móže byt aplikovaný podTa nasledujú-cich príkladov: Příklad 1 : Křemíkové došky 1 s leptanou vrstvou nanesenou naSiO2 se uložia na rovnoměrně rozložené kruhové ro-vinné izolačné podložky 2 hrubky aspoň 1 mm a rov-nakého priemeru ako priemer Si-dosiek. Tieto podložky musia byt vyrobené z elektroizolačného materiálužlučiteTného s agresívnym prostředím freónovej plazmy, napr. z teflonu, křemenného skla alebo z čistéjkysličníkovej keramiky /A, Zr02, .../ a uklá-dá jú sa na uzemnenú elektrodu 3. /pozři obr. 1/.Vzorky sa leptájú v plazme vytváranej v zmesi tetrafluórmetánu /CF^/ a 10 + 20 obj. % kyslíka pri tla-ku 50 až 100 Pa. Při použití teflonových podložiekje potřebné obmedzit sa na menšie hustoty výbojové-ho prúdu. Před leptáním je možné uskutočnit odstrá-nenie závoja fotorezistu v kyslíkovej plazme. -5- # MS 425 Přiklad 2 : Křemíkové došky 1 sa leptajů pri rovnakých páře-me troch plazmy ako v příklade 1 s tým rozdielom,že sú uložené na kruhových kovových podložkách £/tieto mdžu byť napr. z hliníka, resp. z anodizo-vaného hliníka/ s vyvýSeným okrajem, ktoré sú pod-ložené izolačnými podložkami; tieto mdžu byť tak-tiež opatřené vyvýSeným okrajom zabraňujúcim posu-nuti u kovových držiakov /obr. 2/. Přiklad 3 : Křemíkové došky 1 sa mdžu uložiť tak, že ich okrajespočívájú na troch až Styroch keramických stípikoch 5•výSky 5 * 10 mm /obr. 3/. Pri tomto spdsobe sa okremčelných strén leptajů tiež zadné strany vzoriek. Přiklad 4 : Leptané vzorky sa uložia podl’a niektorého zo spdso-bov uvedených v príkladoch 1*3. Před leptáním aaaplikuje prečistenie výbojověj komory a povrchu Si--dosiek inertnou plazmou /napr. argonovou alebo du-síkovou/, potom odstránenie závoje fotorezistu v Og--plazme s potom sa vzorky leptajů při parametrochplazmy podlá příkladu 1.

Pri aplikécii uvedeného postupu na zariadeniach s rotujú-cou elektrodou a so štrbinovým uzáverom na vkladanie a vyberanievzoriek je výhodné použiť kovovú vyberatelnú plátnu, opatřenudilatačnými zérezmi na obvode ta v střede, na ktorú sa uložiaresp. pripevnia podložky pre celu výrobnu dávku. Výběr materiá-lu platné, připadne jeho povrchové úprava, sú ddležité z hledis-ka rdznych katalytických vlastností, ktoré sa mdžu prejaviť rož-dí elnymi leptacími rýchlosťami. Z tohoto hladiska je najvhodnej-ším materiálom povrch čistého, připadne anodizovaného hliníka.

Postup podlá příkladu 2 mdže byť kombinovaný s konvenčnýmleptáním, resp. stripovaním fotorezistu, pri ktorom sa uplatňu-je bombardovaníe vzoriek iúnmi. To sa dá uskutočniť externýmovládáním elektricky vodivého spojenia kovových podložiek s uzem-něnou elektrodou.

Claims (1)

1. -6- PREDMET VYNÁLEZU 225 425 Spdsob selektívneho plazmochemického leptania vrstievmikroelektronických materiálov, deponovaných na oxide kremi-čitom, v plazmových zariadeniach s planárnou geometriouzelektrod, vyznačený tým, že na elektrodu sa umiestnia podložkyz elektroizolačného materiálu, na ktoré sa uložia leptanévzorky a do výbojověj komory sa vpúšťa freon s prímesou 3 až50 objemových percent kyslíka tak, aby v ustálenom prietoko-vom režime bol celkový tlak plynu v komoře najmenej 30 Pa apotom sa v tomto prostředí vytvoří výbojová plazma, ktorejpósobením sa vzorky leptajů.