CS253792B1

CS253792B1 - A method for treating a surface of dielectric, semiconductor or metal layers and apparatus for performing the method

Info

Publication number: CS253792B1
Application number: CS859430A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Novotny; Frantisek Horacek
Original assignee: Zdenek Novotny; Frantisek Horacek
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1987-12-17
Also published as: CS943085A1

Abstract

Řešení se týká způsobu a zařízení pro zpracování povrchu dielektrických, polovodičových nebo kovových vrstev reaktivním iontovým leptáním a následným plazmovým leptáním substrátu pro výrobu mikroelektronických součástek, přičemž obě fáze se provedou v jednom reaktoru. Podstata způsobu je v tom, že se v reaktoru působí na substrát aktivními částicemi buzenými v plazmatu vysokofrekvenčního výboje reaktivním iontovým leptáním, přeruší se působení aktivních částic a dále se působí za opačného zapojení elektrod plazmatickým leptáním. Podstata zařízení je v tom, že obsahuje sdružený přepínač, který svou konstrukcí umožní postupně odpojit elektrody reaktoru, odklíčovat vysokofrekvenční generátor, přepojit elektrody a zaklíčovat vysokofrekvenční generátor, takže nemůže při přepojování dojít ani ke zkratu, ani k nežádoucímu odlehčení vysokofrekvenčního generátoru. Způsob a zařízení se použije při zpracování substrátů při výrobě mikroelektronických součástek.The solution relates to a method and a device for processing the surface of dielectric, semiconductor or metal layers by reactive ion etching and subsequent plasma etching of the substrate for the production of microelectronic components, with both phases being carried out in one reactor. The essence of the method is that the substrate is treated in the reactor with active particles excited in the plasma of a high-frequency discharge by reactive ion etching, the action of the active particles is interrupted and further treatment is carried out with the electrodes connected in the opposite direction by plasma etching. The essence of the device is that it contains a combined switch, the design of which allows for the gradual disconnection of the reactor electrodes, the unlocking of the high-frequency generator, the reconnection of the electrodes and the reconnection of the high-frequency generator, so that neither a short circuit nor an undesirable discharge of the high-frequency generator can occur during the reconnection. The method and the device are used in the processing of substrates in the production of microelectronic components.

Description

Vynález se týká způsobu zpracování povrchu dielektrických, polovodičových nebo kovových vrstev v oblasti výroby integrovaných obvodů vyššího stupně integrace a zařízení k provádění tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for the surface treatment of dielectric, semiconductor or metal layers in the field of manufacturing integrated circuits of a higher degree of integration and an apparatus for carrying out the process.

Jsou známy leptací postupy založené na buzení aktivních částic v plazmatu vysokofrekvenčního výboje. Z různých metod leptání v plazmatu je pro dosažení submikrometrickýoh rozměrů prvků nejvhodnější takzvané reaktivní iontové leptání. Při této metodě jsou uvnitř skleněného nebo křemenného reaktoru umístěny dvě paralelní deskové elektrody. Reaktor je vyčerpán na požadované vakuum, například pomooí rotační olejové a pak difuzní vývěvy. Na spodní elektrodu je přes oddělovací kondenzátor připojen vysokofrekvenční generátor, horní elektroda je zpravidla uzemněna. Leptané substráty jsou umístěny na spodní elektrodě, kde v důsledku bombardování kladnými ionty generovanými v plazmatu probíhá anizotropní leptání různých diélektrických, polovodičových nebo kovových vrstev. Předpětí na katodě přitom dosahuje až několika set Voltů a energie dopadajících iontů je tedy značná, což způsobuje, že při leptání dochází k narušení krystalické struktury spodní vrstvy až do hloubky řádově stovky nanometrů.Etching procedures based on excitation of active particles in plasma of high-frequency discharge are known. Among the various methods of plasma etching, the so-called reactive ion etching is the most suitable for achieving the submicrometric dimensions of the elements. In this method, two parallel plate electrodes are placed inside a glass or quartz reactor. The reactor is pumped to the desired vacuum, for example by means of a rotary oil pump and then a diffusion pump. A high-frequency generator is connected to the lower electrode via a decoupling capacitor, the upper electrode is usually earthed. The etched substrates are located on the lower electrode, where, due to the positive ion bombardment generated in the plasma, anisotropic etching of the various dielectric, semiconductor or metal layers takes place. The bias at the cathode reaches up to several hundred volts and the energy of the incident ions is considerable, which causes the etching to disrupt the crystalline structure of the bottom layer to a depth of the order of hundreds of nanometers.

U substrátů, které nesnášejí zpracování při vyšších teplotách, nelze dosáhnout rekrystalizace. Například u MESFE tranzistorů na GaAs porušení krystalické struktury vede ke snížení proudu mezi kolektorem a emitorem až o SO i. Aby nedošlo k uvedenému porušení, je nutné zastavit leptání vrstev na určité minimální bezpečné tlouštce a doleptání provést jinou metodou.For substrates that do not tolerate high temperature processing, recrystallization cannot be achieved. For example, in MESFE transistors on GaAs, the failure of the crystalline structure leads to a reduction in current between collector and emitter by up to SO1. In order to avoid this failure, it is necessary to stop the etching of layers at a certain minimum safe thickness.

Je známa pro tento účel například metoda plazmatického leptání. Pro tuto metodu se používá reaktor obdobného typu, kde je ale vysokofrekvenční generátor připojen na horní elektrodu a leptané substráty spočívají na spodní· uzemněné elektrodě. V tomto případě je iontové bombardování celkem zanedbatelné a k porušení krystalické struktury nedochází. Nevýhodou zůstává, že doleptání je nutné provést v jiném zařízení, čímž vznikají velké ztrátové časy při přenosu substrátů, může dojít ke kontaminaci a zanedbatelná není ani z investičního hlediska potřeba dvou reaktorů.For example, a plasma etching method is known. A similar type of reactor is used for this method, but the high-frequency generator is connected to the upper electrode and the etched substrates rest on the lower grounded electrode. In this case, the ion bombardment is quite negligible and the crystalline structure is not damaged. The disadvantage is that the corrosion has to be carried out in another plant, which results in large loss times in the transfer of substrates, contamination can occur and even two reactors are not negligible in terms of investment.

Uvedené nevýhody odstraňuje téměř v celém rozsahu způsob a zařízení ke zpracování povrchu dielektrických, polovodičových nebo kovových vrstev v reaktoru, obsahujícím ve vakuu zpracovaný substrát a deskové elektrody podle vynálezu, kde podstata způsobu spočívá v tom, že ve zmíněném reaktoru se na substrát působí aktivními částicemi buzenými v plazmatu vysokofrekvenčního výboje reaktivním iontovým leptáním, dále se přeruší působení aktivních částic, buzených v plazmatu vysokofrekvenčního výboje a působících na zpracovávaný substrát reaktivním iontovým leptáním a dále se působí na zpracováváný substrát za opačného zapojení deskových elektrod téhož reaktoru plazmatickým leptáním.These disadvantages are eliminated almost entirely by a method and apparatus for treating the surface of dielectric, semiconductor or metal layers in a reactor comprising a vacuum treated substrate and a plate electrode according to the invention, wherein the principle is that the substrate is treated with active particles in the reactor. by reactive ion etching in the plasma of the high-discharge discharge, the active particles excited in the plasma by the high-frequency discharge are interrupted, and the treated substrate is reacted by reacting the plate electrodes of the same reactor by plasma etching.

V době mezi zastavením působení aktivních částic, buzených v plazmatu vysokofrekvenčního výboje a působících na zpracovávaný substrát reaktivním iontovým leptáním a počátkem působení na zpracovávaný substrát za opačného zapojení elektrod téhož reaktoru plazmatickým leptáním je možno nastavit nové parametry výboje, nový tlak plynů, nové parametry průtoku plynů.In the time between stopping of active particles excited in the plasma of high-frequency discharge and acting on the treated substrate by reactive ion etching and beginning of the treatment on the treated substrate with reverse connection of electrodes of the same reactor by plasma etching, new discharge parameters, new gas pressure, new gas flow parameters .

Předmětem vynálezu je také zařízení k provádění tohoto způsobu, obsahující reaktor se zpracovávaným substrátem a deskovými elektrodami ve vakuu, propojený s vysokofrekvenčním generátorem přes oddělovací kondenzátor, propojený s uzemněním, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ze sdruženého přepínače s pěti polohami a se šesti propojovacími svorkami, kde první svorka je spojena dolním vedením s uzemněním, druhá svorka je spojena přes oddělovací kondenzátor s výstupní svorkou vysokofrekvenčního generátoru, třetí svorka a čtvrtá svorka jsou propojeny horními vedeními s výstupní klíěovací svorkou a vstupní klíčovací svorkou klíčovacího obvodu vysokofrekvenčního generátoru, pátá svorka je spojena s horní elektrodou reaktoru a šestá svorka je spojena se spodní elektrodou reaktoru, přičemž v první poloze sdruženého přepínače leží vodivý můstek ve sdruženém přepínači mezi první svorkou a pátou svorkou, mezi druhou svorkou a šestou svorkou, a mezi třetí svorkou a čtvrtou svorkou, ve druhé poloze sdruženého přepínače leží vodivý můstek ve sdruženém přepínači mezi první svorkou a pátou svorkou a šestou svorkou, ve třetí poloze sdruženého přepínače leží vodivý můstek ve sdruženém přepínači mimo svorky, ve čtvrté poloze sdruženého přepínače leží vodivý můstek ve sdruženém přepínači mezi první svorkou a šestou svorkou a mezi druhou svorkou a pátou svorkou a v páté poloze sdruženého přepínače leží vodivý můstek ve sdruženém přepínači mezi první svorkou a šestou svorkou a mezi druhou svorkou a pátou svorkou a mezi třetí svorkou a čtvrtou svorkou.The invention also relates to an apparatus for carrying out the process comprising a reactor with a substrate to be treated and a plate electrode in vacuum, connected to a high-frequency generator via a decoupling capacitor, connected to a ground. jumper terminals, where the first terminal is connected to the ground by the lower line, the second terminal is connected via the decoupling capacitor to the output terminal of the RF generator, the third terminal and the fourth terminal are connected by the upper lines to the output keying terminal and input keying terminal of the RF generator keying circuit is connected to the top electrode of the reactor and the sixth terminal is connected to the bottom electrode of the reactor, wherein in the first position of the mating switch there is a conductive bridge in the mating switch between the first terminal and the fifth terminal, between the second terminal and the sixth terminal, and between the third terminal and the fourth terminal, in the second position of the mating switch lies the conductive bridge in the mating switch between the first terminal and the fifth terminal and the sixth terminal; in the fourth position of the mating switch, the conductive bridge in the mating switch lies between the first terminal and the sixth terminal and between the second terminal and the fifth terminal and in the fifth position of the mating switch lies the conducting bridge in the mating switch between the first terminal and the sixth terminal and between the second terminal; the fifth terminal and between the third terminal and the fourth terminal.

Tím se dosáhne působení na zpracovávaný substrát jak reaktivním iontovým leptáním, tak plazmatickým leptáním v jednom reaktoru, přičemž k přepojování se využije sdruženého přepínače, který zajistí takovou vazbu přepojování elektrod a zaklíčování a odklíčování vysokofrekvenčního generátoru, že nedojde ani ke zkratu ani k nežádoucímu odlehčení vysokofrekvenčního generátoru.This results in the treatment of the substrate to be treated with both reactive ion etching and plasma etching in a single reactor, utilizing a coupled switch to ensure that electrode switching and keying and decryption of the RF generator are coupled so that there is no short circuit or undesirable unloading of the RF. generator.

Zařízení podle vynálezu, využívající způsobu podle vynálezu, je znázorněno v příkladném provedení na připojeném vyobrazení. Jedná se o reaktor propojený se sdruženým přepínačem.The device according to the invention, using the method according to the invention, is shown in an exemplary embodiment in the attached figure. It is a reactor connected to a combined switch.

Reaktor 1_ obsahuje dvě elektrody. Horní deskovou elektrodu 2_ a dolní deskovou elektrodu 2, nesoucí zpracovávaný substrát _4. Vývod _5 slouží k připojení vývěvy. Deskové elektrody 2_ ^a3_ jsou spojeny se sdruženým přepínačem b, na který je napojeno dolním vedením 7_ uzemnění a přes oddělovací kondenzátor 2 3^e připojen vysokofrekvenční generátor Vysokofrekvenční generátor 8^ je spojen se sdruženým přepínačem já horními vedeními 10 pro ovládání zaklíčování vysokofrekvenčního generátoru _8. Pro připojení k ostatním prvkům je sdružený přepínač 6_ opatřen první svorkou 11, druhou svorkou 12, třetí svorkou 13, čtvrtou svorkou 14, pátou svorkou 15, šestou svorkou 16 a vysokofrekvenční generátor 8_ je opatřen výstupní svorkou 17, výstupní klíčovací svorkou 18 a vstupní klíčovací svorkou 19.The reactor 7 comprises two electrodes. The upper plate electrode 2 and the lower plate electrode 2 carrying the substrate 4 to be treated. Pin 5 is used to connect the pump. The plate electrodes 2 ^and 3 are connected to the associated switch b to which is connected through the guide 7_ ground and through a buffer capacitor 2 3 ^e connected to a high frequency generator RF generator 8 is connected to the associated switch I upper guide 10 to control the keying RF generator _8. For connection to the other elements, the mating switch 6 is provided with a first terminal 11, a second terminal 12, a third terminal 13, a fourth terminal 14, a fifth terminal 15, a sixth terminal 16, and a high frequency generator 8 having an output terminal 17, output keying terminal 18 and input keying clamp 19.

Funkce popsaného zařízení odpovídá způsobu zpracování povrchu dielektrických polvodičových nebo kovových vrstev podle vynálezu. Do reaktoru se vloží zpracovávaný substrát 4. a reaktor 1_ se vyčerpá na potřebné vakuum, například pomocí olejové vývěvy a difuzní vývěvy. Přes sdružený přepínač 6_ se zapojí zaklíčovaný vysokofrekvenční generátor 8_ k dolní deskové elektrodě 3^ pro zpracovávaný substrát _4 reaktoru 1_ a uzemnění k horní deskové elektrodě _2 reaktoru 1.. Pak se působí na zpracovávaný substrát reaktivním iontovým leptáním. Dále se přepojí sdruženým přepínačem 6 přívody reaktoru 1. a doleptání se provede za tohoto opačného připojení deskových elektrod 2, 3 plazmatickým leptáním.The function of the described device corresponds to the surface treatment method of the dielectric semiconductor or metal layers according to the invention. The substrate 4 to be treated is placed in the reactor and the reactor 7 is exhausted to the required vacuum, for example by means of an oil pump and a diffusion pump. Through the mating switch 6, the keyed high-frequency generator 8 is connected to the lower plate electrode 3 for the substrate 4 of the reactor 1 and grounded to the upper plate electrode 2 of the reactor 1. The treated substrate is then reacted by reactive ion etching. Next, the inlets of the reactor 1 are connected via the combo switch 6 and the etching is carried out by this plasma electrode etching 2, 3.

Způsob a zařízení podle vynálezu se použije při zpracování povrchu substrátu pro výrobu mikroelektronických součástek.The method and apparatus of the invention are used in the treatment of a substrate surface for the production of microelectronic components.

Claims

A method of treating a surface of dielectric, semiconductor or metal layers in the manufacture of microelectronic components, in a reactor comprising a vacuum treated substrate and plate electrodes, characterized in that the treated substrate is treated with active particles excited in the plasma of a high-frequency discharge lamp by reactive ion etching. further, the action of the active particles excited in the plasma of the high-frequency discharge and acting on the substrate to be treated by reactive ion etching is interrupted, and further the substrate is treated by inverting the plate electrodes of the same reactor by plasma etching.

2. Method according to claim 1, characterized in that in the period between stopping of the active particles excited in the plasma of the high-frequency discharge and acting on the treated substrate by reactive ion etching and the beginning of the treatment on the treated substrate by inverting the plate electrodes. of the same reactor by plasma etching, new discharge parameters are set.

3. A method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that, in the period between stopping the action of active particles excited in the plasma of the high-frequency discharge and acting on the treated substrate by reactive ion etching, The plate gas electrodes of the same reactor are adjusted by plasma etching to a new gas pressure in the reactor.

4. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that, in the period between stopping the action of active particles excited in the plasma of the high-frequency discharge and acting on the treated substrate by reactive ion etching, New gas flow parameters are set by plasma etching of the same plate electrodes of the same reactor.

5. Apparatus for carrying out the method according to Claims 1 to 4, comprising a reactor with a substrate to be treated and plate electrodes in vacuum, connected to a high-frequency generator via a decoupling capacitor and connected to ground, characterized in that it consists of a five-position combination switch (6). and with six junction terminals (11, 12, 13, 14, 15, 16), wherein the first terminal (11) is connected to the lower line (7) with ground, the second terminal (12) is connected via an isolation capacitor (9) to the output the third terminal (13) and the fourth terminal (14) are connected by the upper lines (10) to the output keying terminal (18) and the input keying terminal (19) of the keying circuit of the radio generator (8), the fifth terminal (15) is connected to the upper plate electrode (2) of the reactor (i) and the sixth terminal (16) is connected to the lower plate electrode (3) of the reactor (1), with the first position sd The conductor bridge in the mating switch (6) lies between the first terminal (11) and the fifth terminal (15), between the second terminal (12) and the sixth terminal (16) and between the third terminal (13) and the fourth terminal (6). 14), in the second position of the mating switch (6), a conductive bridge lies in the mating switch (6) between the first terminal (11) and the fifth terminal (15) and between the second terminal (12) and the sixth terminal (16); in the position of the mating switch (6) the conductive bridge in the mating switch (6) lies outside the terminals (11, 12, 13, 14, 15, 16), in the fourth position of the mating switch (6) the conducting bridge in the mating switch (6) lies between the first the terminal (11) and the sixth terminal (16) and between the second terminal (12) and the fifth terminal (15) and in the fifth position of the mating switch (6) are a conductive bridge in the mating switch (6) between the first terminal (11) and the sixth (16), between the second terminal (12) and the fifth terminal (15) and between the third terminal (13) and the fourth terminal (14).

Device according to Claim 5, characterized in that the mating switch (6) has a locking in the first, third and fifth positions.