FR2772290A1 - Procede de nettoyage d'un polymere brome sur une plaquette de silicium - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'élimination de polymères du type comprenant du brome, du chlore, du silicium et du carbone, présents sur une plaquette de semiconducteur recouverte en partie de résine photosensible, consistant à faire tourner la plaquette dans son plan autour de son axe, dans une enceinte sous une atmosphère contrôlée, à température ambiante, comprenant les étapes suivantes : faire tourner la plaquette à une vitesse comprise entre 500 et 2000 tours par minute dans une enceinte remplie d'azote; arroser la plaquette d'eau, sensiblement au centre de la plaquette; introduire de l'acide fluorhydrique pendant une durée de nettoyage déterminée, en maintenant l'arrosage; etrincer la plaquette en continuant l'arrosage pour éliminer toute trace d'acide fluorhydrique de la plaquette, à l'issue de la durée de nettoyage.

Description

PRO DE DE NETTOYAGE D'UN POLYMERE BROMÉ SUR UNE
PLAQUETE DE SILICIUM
La présente invention concerne le nettoyage d'une plaquette de semiconducteur et plus précisément le nettoyage d'une plaquette de semiconducteur présentant après une gravure sous plasma des traces d'un polymère résiduel bromé.
La fabrication de circuits intégrés à partir de plaquettes de silicium nécessite de nombreuses étapes de gravure et d'implantation de divers matériaux selon certains motifs prédéterminés. Une étape particulière consiste à créer sur une couche mince d'oxyde de silicium recouvrant la plaquette des motifs composés de silicium polycristallin. Pour cela, une couche uniforme de silicium polycristallin est déposée sur toute la surface de l'oxyde de silicium. Cette couche de silicium polycristallin est recouverte d'une couche uniforme de résine photosensible, dans laquelle sont formés les motifs que l'on veut reproduire sur le silicium polycristallin, par un procédé classique de photolithogravure.
La plaquette est ensuite soumise à une gravure sous plasma qui va attaquer le silicium polycristallin de manière anisotrope dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la plaquette et former les motifs désirés dans le silicium polycristallin. Cette opération de gravure sous plasma consiste à creuser des trous verticaux de sections variées dans le silicium polycristallin. A la fin de la gravure, on constate qu'une mince pellicule composée notamment d'un polymère comprenant du brome, du chlore, du silicium et du carbone s'est déposée sur les parois sensiblement verticales du trou.
L'étape suivante de la fabrication consiste en une implantation ionique pendant laquelle il est nécessaire qu'il existe une couche de résine au-dessus des motifs de silicium polycristallin. La présence de cette pellicule bromée sensiblement conductrice sur les parois des trous ainsi que sur la surface de l'oxyde est alors indésirable et fait sensiblement chuter le rendement de fabrication, c'est-à-dire le nombre de circuits bons obtenus avec une plaquette.
Un procédé classique pour retirer la pellicule de polymère consiste à commencer par nettoyer complètement la surface de la plaquette de silicium, c'est-à-dire à enlever totalement la résine, puis à faire une attaque à l'acide fluorhydrique pour retirer les traces de polymère, puis à réinstaller une couche de résine aux endroits désirés. Cette solution requiert un grand nombre d'étapes et l'une d'elles, la réinstallation de la résine aux endroits désirés après nettoyage, est particulièrement délicate pour des raisons de repositionnement de masque et a donc un coût de revient élevé.
Un autre procédé classique consiste à mettre la plaquette en rotation dans son plan autour de son axe, à une vitesse d'environ 100 tours par minute ; à la soumettre pendant une durée prédéterminée à une atmosphère composée d'acide fluorhydrique, de vapeur d'eau, et d'azote ; puis à la rincer au moyen d'un jet d'eau. Un inconvénient majeur de ce procédé est que les proportions entre l'acide fluorhydrique gazeux et la vapeur d'eau, ainsi que le temps d'exposition de la plaquette de silicium à cette atmosphère sont des paramètres difficiles à régler judicieusement pour chaque lot de plaquettes que l'on traite. Ce procédé a souvent pour résultat soit une élimination incomplète de la pellicule de polymère, soit un décollement au moins partiel de la couche de résine. Il existe entre la résine et le polysilicium une mince couche d'un matériau promoteur d'adhérence qui est semble t-il rapidement dégradé par un nettoyage selon ce procédé.
De plus, ce procédé entraîne une érosion de la couche d'oxyde de silicium approchant les 30 nanomètres. Dans le cadre de technologies utilisant un oxyde relativement mince, une telle érosion de l'oxyde peut être excessive et entraîner des modifications indésirables du comportement électrique des éléments du circuit utilisant la couche d'oxyde de silicium. De plus, lorsque la couche d'oxyde de silicium est très peu épaisse, il existe un risque important de percement de cette dernière.
Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé permettant de manière économique et fiable de supprimer les défauts de rendement dus à la pellicule résiduelle de polymère tout en conservant la couche supérieure de résine intacte.
Pour atteindre cet objet la présente invention prévoit un procédé d'élimination de polymères du type comprenant du brome, du chlore, du silicium et du carbone, présents sur une plaquette de semiconducteur recouverte en partie de résine photosensible, consistant à faire tourner la plaquette dans son plan autour de son axe, dans une enceinte sous une atmosphère contrô lée, à température ambiante, comprenant les étapes suivantes
faire tourner la plaquette à une vitesse comprise entre 500 et 2000 tours par minute dans une enceinte remplie d'azote
arroser la plaquette d'eau, sensiblement au centre de la plaquette
introduire de l'acide fluorhydrique pendant une durée de nettoyage déterminée, en maintenant l'arrosage ; et
rincer la plaquette en continuant l'arrosage pour éliminer toute trace d'acide fluorhydrique de la plaquette, à l'issue de la durée de nettoyage.
Selon un aspect de la présente invention, la plaquette de semiconducteur est recouverte d'oxyde de silicium, surmonté de motifs dont chacun est composé de silicium polycristallin recouvert de résine photosensible, le silicium polycristallin ayant subi une gravure sous plasma provoquant la formation d'un polymère sur les parois sensiblement verticales desdits motifs.
Selon un aspect de la présente invention, l'acide fluorhydrique est introduit dans l'enceinte sous une pression proche de la pression atmosphérique à un débit de 20 à 90 cm3 par minute.
Selon un aspect de la présente invention, la durée de nettoyage est comprise entre 3 et 5 secondes.
Selon un aspect de la présente invention, l'eau est une eau désionisée et le débit d'eau est de 430 cm3 par minute.
Selon un aspect de la présente invention, la température de l'enceinte est sensiblement de 300C
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite à titre non limitatif en relation avec la figure 1, qui représente un exemple de dispositif permettant de mettre en oeuvre la présente invention.
La figure 1 représente une vue très schématique d'une tournette 1 disposée dans une enceinte 2-3. La plaquette de semiconducteur 4 que l'on veut nettoyer est posée, sensiblement centrée, sur le plateau de la tournette 1 et maintenue sur ce plateau, par exemple par aspiration.
De l'acide fluorhydrique gazeux dilué dans l'azote est introduit dans l'enceinte 2-3 par un orifice d'arrivée 5, puis il traverse une paroi poreuse 6 et arrive sur la plaquette de semiconducteur 4.
Un jet d'eau pure 7 arrive dans l'enceinte 2-3 sur la plaquette de semiconducteur 4 par une buse 8. La forme de la buse 8 et le débit du jet d'eau 7 sont calculés de telle manière que le jet d'eau 7 touche sensiblement le centre de la plaquette 4.
Un flux d'azote gazeux entre dans l'enceinte 2-3 depuis un orifice 9 situé sous la plaquette 4. La fonction du flux d'azote est principalement d'empêcher l'acide fluorhydrique diffusant depuis la paroi 6 de passer sous la plaquette 4 et d'attaquer la face inférieure de la plaquette 4, mais il sert également avant le début du nettoyage à chasser de l'enceinte d'éventuels gaz résiduels et, après le nettoyage, à sécher la plaquette.
Une buse d'évacuation 10 permet de renouveler l'atmosphère de l'enceinte 2 et de réguler la pression dans l'enceinte à environ les deux tiers de la pression atmosphérique.
La plaquette 4 est recouverte d'une couche d'oxyde de silicium, surmontée notamment de motifs dont chacun est composé de silicium polycristallin recouvert de résine photosensible. Ces motifs ont été obtenus par gravure sous plasma et au moins un polymère résiduel composé notamment de brome, de chlore, de silicium et de carbone recouvre les parois sensiblement verticales de ces motifs. La plaquette 4 est posée, sensiblement centrée, sur la tournette, face gravée tournée vers le haut. Une fois la plaquette 4 maintenue sur la tournette 1, la tournette 1 est mise en rotation à une vitesse comprise entre 500 et 2000 tours par minute tandis que l'enceinte est remplie d'azote afin d'éliminer tout gaz atmosphérique indésirable. Une fois la vitesse de la tournette 1 établie et l'enceinte emplie d'azote, un flux d'azote étant établi entre l'orifice 9 et la buse d'évacuation 10, un jet d'eau 7 est envoyé sensiblement au centre de la plaquette 4. Le débit du jet d'eau 7, ainsi que la forme de la buse 8 permettant d'introduire le jet d'eau 7 dans l'enceinte 2-3 sont réglés non seulement pour que le jet d'eau 7 touche la plaquette 4 en son centre mais aussi pour que la plaquette 4 soit recouverte sensiblement uniformément d'une mince pellicule d'eau.
A titre d'exemple, ce débit d'eau peut correspondre au débit d'eau utilisé de manière classique pour le rinçage d'une plaquette de semiconducteur après une étape de gravure par des gaz corrosifs.
Une fois que la plaquette 4 est recouverte de manière sensiblement uniforme d'une pellicule d'eau, de l'acide fluorhydrique gazeux HF est introduit dans l'enceinte 2-3 par la buse 5, par exemple avec un débit compris entre 20 et 90 cm3 par minute pendant un temps compris entre 3 et 5 secondes.
L'acide fluorhydrique gazeux est introduit dans l'enceinte 2-3 sous une pression permettant un contrôle du débit du gaz, légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Après avoir arrêté l'introduction d'acide fluorhydrique gazeux, on rince la plaquette en la laissant tourner sous le jet d'eau pendant un temps suffisant pour que toute trace d'acide fluorhydrique soit éliminée de la surface de la plaquette.
A l'issue du rinçage, on coupe l'arrivée d'eau et on laisse la plaquette tourner un temps suffisant pour qu'elle sèche. On augmente la vitesse de rotation pour sécher par centrifugation.
L'ensemble des opérations peut avoir lieu à température ambiante, soit approximativement 30OC.
Des mesures ont permis d'établir que selon la présente invention, l'oxyde de silicium n'est attaqué que sur une épaisseur d'environ 3 nanomètres, contre 30 nanomètres environ avec le procédé antérieur utilisant de l'eau sous forme gazeuse. Une telle réduction de l'érosion subie par l'oxyde de silicium diminue sensiblement les chances de percement de la couche d'oxyde de grille, en particulier dans le cas de plaquettes ayant une faible épaisseur d'oxyde de silicium, et augmente ainsi la fiabilité du processus de nettoyage.
De plus, les inventeurs ont noté qu'un nettoyage selon la présente invention n'entraînait aucun décollement de la couche de résine.
Enfin, une augmentation de rendement d'environ 10%, mesurée en nombre de circuits bons par plaquette, a été observée pour des lots de plaquettes nettoyés selon la présente invention, par rapport à des lots de plaquettes sur lesquels le polymère résiduel n'a pas été supprimé.
La présente invention permet donc d'effectuer en une seule étape un nettoyage des polymères résiduels bromés apparaissant lors de la gravure sous plasma d'une couche de silicium polycristallin recouvrant une couche d'oxyde de silicium, tout en diminuant sensiblement les risques de percement de la couche d'oxyde et les risques de décollement de la couche de résine ayant permis la gravure sous plasma.
Bien que les raisons pour lesquelles la présente invention entraîne une telle amélioration de résultats par rapport à l'art antérieur ne puissent être démontrées avec certitude, les inventeurs pensent que les hypothèses suivantes peuvent être retenues.
La réaction chimique entre l'acide fluorhydrique et l'oxvde de silicium est une réaction en deux étapes
La première étape à besoin d'une certaine quantité d'eau pour être amorcée. Par contre, la présence d'eau en excès sous forme liquide permet de déplacer fortement l'équilibre chimique vers la gauche. De plus, la dilution du HF dans le film d'eau liquide diminue la concentration du HF dans la première étape ce qui ralentit également la réaction vis à vis de la résine tout en permettant une attaque suffisante des polymères résiduels.
Ce ralentissement de la réaction dû à une saturation en eau peut expliquer que lorsque selon la présente invention on recouvre la plaquette d'eau, l'attaque de la couche d'oxyde de silicium par l'acide fluorhydrique est plus lente que lorsque l'eau n'est présente que sous forme gazeuse.
Selon la même hypothèse, la saturation en eau peut ralentir l'attaque par l'acide fluorhydrique du promoteur d'adhérence situé entre la couche de résine et le silicium polycristallin, promoteur d'adhérence qui comprend notamment de 1' eau.
Enfin, la présence d'eau liquide ne semble pas diminuer l'attaque par l'acide fluorhydrique de la pellicule de polymère résiduel composé de brome, de chlore, de silicium et de carbone et lors du nettoyage d'une plaquette selon la présente invention, les propriétés conductrices, indésirables, du polymère bromé semblent rapidement dégradées.
La présente invention a été décrite en relation avec un dispositif permettant de nettoyer une plaquette présentant des polymères résiduels à la suite d'une opération de gravure tout en préservant des surfaces de résine, mais l'homme de l'art appliquera aisément les descriptions ci-dessus à un dispositif permettant de nettoyer des plaquettes présentant d'autres types d'impuretés devant être éliminées tout en préservant des surfaces de résine devant être conservées.
De même, la présente invention a été décrite en relation avec un dispositif permettant de traiter une seule plaquette, mais l'homme de l'art appliquera aisément les descriptions ci-dessus à un dispositif permettant de traiter plusieurs plaquettes en même temps.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élimination de polymères du type comprenant du brome, du chlore, du silicium et du carbone, présents sur une plaquette de semiconducteur recouverte en partie de résine photosensible, consistant à faire tourner la plaquette dans son plan autour de son axe, dans une enceinte sous une atmosphère contrôlée, à température ambiante, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes
faire tourner la plaquette à une vitesse comprise entre 500 et 2000 tours par minute dans une enceinte remplie d'azote
arroser la plaquette d'eau, sensiblement au centre de la plaquette
introduire de l'acide fluorhydrique pendant une durée de nettoyage déterminée, en maintenant l'arrosage ; et
rincer la plaquette en continuant l'arrosage pour éliminer toute trace d'acide fluorhydrique de la plaquette, à l'issue de la durée de nettoyage.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la plaquette de semiconducteur est recouverte d'oxyde de silicium, surmonté de motifs dont chacun est composé de silicium polycristallin recouvert de résine photosensible, le silicium polycristallin ayant subi une gravure sous plasma provoquant la formation d'un polymère sur les parois sensiblement verticales desdits motifs.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acide fluorhydrique est introduit dans l'enceinte sous une pression proche de la pression atmosphérique à un débit de 20 à 90 cm3 par minute.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée de nettoyage est ccmprise entre 3 et 5 secondes.
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'eau est une eau désionisée et que le débit d'eau est de 430 cm3 par minute.
6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température de l'enceinte est sensiblement de 300C.
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