CS236325B1 - Způsob planarizace povrchu integrovaných obvodů s dielektrickou izolací - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu je odstranění problémů spojených s povrchovými nerovnostmi, které se formují u hran izolovaných oblastí a současně zvýšení spolehlivosti integrovaných obvodů. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že po nanesení pozitivního fotolaku na křemíkové substráty následuje sušení laku, při kterém dojde k úplnému zalití povrchového reliéfu. Potom se vrstva fotolaku leptá plasmochemicky v zařízeni s planparalelními elektrodami ve směsi plynů tetrafluormetanu s kyslíkem CP4 1 - 90 % Op nebo v čistém kyslíku, nebo v zařízeni s barelovým reaktorem v kyslíkovém plasmatu tak, že je rovnoměrně odstraňován pozitivní fotolak a obnažován relief ptačích hlav. V následujícím kroku se termický oxid ptačích hlav odleptá chemicky v roztoku pufrované kyseliny fluorovodíkové. Vynález lze využít při výrobě tranzistorů a bijiolárních i unipolárních integrovaných obvodů.

Description

Vynález se týká způsobu planarizace povrchu integrovaných obvodů s dielektrickou izolací.

Použití technologie s dielektrickými izolacemi prvků umožňuje významně zvýšit hustotu integrace a operační rychlost obvodů. Vytváření oxidových izolací je však provázeno formováním oxidových výrůstků u krajů izolovaných oblastí, tzv. ptačích hlav. Jako maska pro selektivní izolační oxidaci se nejčastěji používá vrstva nitridu křemíku Si^l·^, vytvořená chemickou depozicí z plynné fáze za sníženého tlaku. Selektivní oxidace a nitridová maska vytvářejí pnutí podél hrany izolačního oxidu, které zvláště v případě zapuštěného izolačního oxidu může produkovat silné zhmoždění křemíku ve formě husté dislokační sítě. Toto pnutí je součtem tahového intrinzického pnutí nitridové vrstvy a tlakového pnutí zapuštěné oxidové izolace. Podmínkou pro správnou funkci integrovaných obvodů je vytvoření bezdefektní struktury, což se zabezpečuje použitím tenkých nitridových vrstev 100 nm a teploty oxidace T 1 000 °C. Tyto podmínky jsou však příčinou zvětšení velikosti ptačích hlav. Pro tloušťku nitridu křemíku x^ = 100 nm, teplotu oxidace T = 1 000 °C je výška ptačí hlavy H = 0,8 * 1/um.

Povrchové nerovnosti těchto rozměrů již významně snižují přesnost fotolitografického procesu, hlavně při vytváření první a druhé úrovně metalizační sítě a kontaktů mezi první a druhou úrovní metalizace. Na ptačích hlavách se snižuje kvalita dielektrické izolace mezi první a druhou úrovní metalizace. Konečně velké povrchové nerovnosti mají tendenci snižovat spolehlivost integrovaných obvodů v důsledku horšího krytí velkých schodků metalizační sítí.

Snížení velikosti ptačích hlav se v současné době řeší několika způsoby, jejichž nevýhodou je vznik krystalografických deI

236 32S fektů u hran izolovaných oblastí v případě použití tlustých vrstev nitridu křemíku Si-^N^, u dalšího způsobu je to náročná příprava tenkých vrstev oxidu křemičitého SiO₂ a nitridu křemíku Si^N^ a nízká reprodukovatelnost reaktivního iontového leptání nitridu křemíku Si^N^. V případě použití vysokofrekvenčního odprašování patří k nevýhodám časově náročný proces a několikanásobná změna rychlosti odprašování při postupném obnažování termického oxidu křemičitého SiO₂· Obtížné určení okamžiku doleptání oxidu křemíku a opět časová náročnost postupu jsou nevýhodami způsobu planarizace s využitím vícenásobné oxidace.

\cbl&y>o irarnéfie

Využitrfpostupu planarizace naráží na problém nižší reprodukovatelnosti plasmochemického leptání oxidu křemičitého Si0₂ oproti klasickému mokrému leptání a rizika tvorby fluorouhlíkového depozitu na substrátech.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob planarizace povrchu integrovaných obvodů s dielektrickou izolací podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že po nanesení pozitivního fotolaku na křemíkové substráty a po vysušení následuje v prvé fázi obnažení ptačích hlav leptáním vrstvy pozitivního fotolaku na křemíkových substrátech plasmochemicky v reaktoru s planparalelními elektrodami nebo v barelovém reaktoru a ve druhé fázi se leptají ptačí hlavy chemicky v roztoku pufrované kyseliny fluorovodíkové .

Výhodou postupu podle vynálezu je, vytvoření planárního povrchu, čímž se odstraní problémy spojené s povrchovými nerovnostmi, které se formují u hran izolovaných oblastí. Uvedený způsob je produktivní, protože celý postup trvá asi jednu hodinu. Vhodnou volbou složení leptací směsi a režimu leptání vrstvy fotolaku je možné zajistit reprodukovatelnost uvedeného způsobu.

Postup podle vynálezu je vysvětleni na příkladu pomocí obr. 1, ůón Ί , , , obr. 2 a obr. 3, kdai je znázorněn křemíkový substrát 1., který je pokryt pozitivním fotolakem 2, jehož tloušlka je^ 1/um. Pro dosažení dobré adheze vrstvy pozitivního fotolaku k substrátu je povrch substrátu hydrofobizován např. v parách hexametyldisilazanu. Po nanesení vrstvy fotolaku následuje sušení při teplotě 180 °C, 20 minut na vzduchu. Při tomto sušení se žalejí ptačí hlavy 3. Takto připravené substráty se leptají plasmochemicky v zařízení s planparalelními elektrodami ve směsi tetrafluormetanu s kyslíkem CF^ + 0₂·

236 325 “5 Průtok CF^ - 100 cm^/min, 0₂ - 10 cm^/min, vysokofrekvenční výkon je 800 W, frekvence 60 kHz. Teplota substrátů je. 30 °C, doba leptání se volí 4 až 7 minut.

Křemíkové substráty 1_ leží na uzemněné elektrodě. Leptací rychlost pozitivního fotolaku 2 je za těchto podmínek podstatně vyšší než leptací rychlost termického oxidu ptačích hlav 2 a proto dochází k jejich postupnému obnažování. V této fázi vznikne na substrátu maska fotolaku /obr. 2/ pro selektivní odleptání termického oxidu ptačích hlav 3. Leptání se ukončí při tloušťce zbytkové vrstvy fotolaku 2<%j 0,3/um. V druhé fázi následuje krátké očištění povrchu substrátu v kyslíkovém plasmatu, jehož účelem je dosažení homogenního leptání termického oxidu ptačích hlav 3 v následném kroku v pufrované kyselině fluorovodíkové. Mokré leptání ptačích hlav 3 se provede v roztoku pufrované kyseliny fluorovodíkové. Leptadlo se připraví rozpuštěním 400 g fluoridu amonného NH^F a 300 g kyselého fluoridu amonného NH^F.HF v 1,2 litru deionizované vody. Teplota roztoku 20 °C.

Doba leptání 3,5 minut při leptací rychlosti termického oxidu 120 nm/®in. Zbylý fotolak 2 se odstraní např. v kyslíkové plasmě. Výsledkem postupu je struktura substrátu £ s výrazně potlačenou výškou ptačích hlav znázorněná na obr. 3.

Následující příklad uvádí postup, který spočívá v tom, že se vrstva' pozitivního fotolaku 2 leptá plasmochemicky v barelovém reaktoru. Křemíkové substráty i se připraví stejným způsobem jako v prvním příkladě. Takto připravené substráty £ jsou uloženy v křemenné lodičce ve vzdálenosti 10 mm od sebe. Lodička je umístěna v perforovaném hliníkovém tunelu, který odstiňuje působení vysokofrekvenčního pole. Leptání probíhá v kyslíkovém plasmatu při tlaku 100,Pa a průtoku kyslíku 20 cm^/min. Vysokofrekvenční výkon 150 W, frekvence 13,5 MHz. Doba leptání je 7 až 12 minut. Po dosažení zbytkové tloušťky vrstvy fotolaku 2 0,3/um se leptání ukončí. Leptání oxidu ptačích hlav 3 se provede stejným způsobem jako w prvním příkladu. Zbylý fotolak 2 se opět odstraní např. v kyslíkové plasmě.

Způsob planarizace povrchu podle vynálezu lze zahrnout do postupu výroby tranzistoru a bipolárních i unipolárních integrovaných obvodů využívajících technologie se zapuštěnou dielektrickou izolací.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   23S 325

   Způsob planarizace povrchu integrovaných obvodů s dielektrickou izolací, vyznačený tím, že po nanesení pozitivního fotolaku na křemíkové substráty a po vysušení následuje v prvé fázi obnažení ptačích hlav leptáním vrstvy pozitivního fotolaku na křemíkových substrátech plasmochemicky v reaktoru s planparalelními elektrodami nebo v barelovém reaktoru a ve druhé fázi se leptají ptačí hlavy chemicky v roztoku pufrované kyseliny fluorovodíkové.