ITMI20000065A1 - Processo di attacco a bassa velocita' di rimozione nella fabbricazione di dispositivi integrati a semiconduttore utilizzante una camera atta - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
dell’invenzione industriale dal titolo:
“Processo di attacco a bassa velocità di rimozione nella fabbricazione di dispositivi integrati a semiconduttore, utilizzante una camera atta alla deposizione di strati dielettrici.”
La presente invenzione si riferisce ad un processo di attacco di tipo a bassa velocità di rimozione nella fabbricazione di dispositivi integrati a semiconduttore, utilizzante una camera atta alla deposizione di strati dielettrici.
Nel campo dei dispositivi integrati a semiconduttori dopo una prima operazione di deposizione di strati dielettrici su di un substrato di silicio, per mezzo di una camera atta alla deposizione di detti strati per esempio PECVD (Plasma Enhanched Chemical Vapor Depositimi), APCVD (Atmospheric Pressure CVD), LPCVD (Low Pressure CVD), HDPCVD (High Densitiy PCVD), vi è una seconda operazione di , attacco a detti strati dielettrici eseguita per mezzo di un’altra camera chiamata RIE e/o MERIE (Reactive Ion Etch; Magnetically Enhanced RIE).
L’operazione di attacco (etch) si riferisce ad una rimozione selettiva di materiale indesiderato dalla superficie del substrato e ciò è ottenuto tramite maschere e photoresist.
Esistono due tipi di etch: 1) umido (wet etch), spesso identificato anche come etch chimico, utilizzante agenti chimici liquidi per l’attacco alla superficie del substrato; 2) secco (dry etch), spesso identificato anche come etch ionico, utilizzante plasma, fasci ionici e polverizzazione ionica (“sputter etch”) per l’attacco alla superficie del substrato.
Per l’operazione di etch di strati dielettrici sottili, aventi lo spessore di qualche decina di angstroms, quali ossido di gate, ossido termico, ossido di tunnel o interpoly, ossidi ottenuti mediante processo di riossidazione, dielettrici antiriflettenti, classicamente si ricorre alla tecnica dell’etch umido. Tale processo prevede l’utilizzo di acido fluoridrico (HF) per ossidi di silicio o acido fosforico (Η2Ρ04) per ossinutriri e nitruri di silicio in quanto si ha la possibilità di ottenere un processo controllato e ripetibile. Si ha cioè la possibilità di avere un attacco con una bassa velocità di rimozione degli strati dielettrici, chiamata etch rate, e di potere ripetere tale operazione nel tempo con la medesima efficacia.
Tipici valori di etth rate nei casi in cui si utilizzi acido HF sono di circa 5 angstroms al minuto per l’attacco di ossido termico, mentre nel caso in cui si utilizzi acido H2P04 per l’attacco di ossinitruri di silicio tipici valori sono di circa 100 angstroms al minuto.
Si deduce, pertanto, che uno dei vantaggi dell’etch umido consiste proprio nell’accuratezza dello spessore di dielettrico rimosso.
Lo svantaggio principale dell’attacco umido risiede nel fatto che l’efficacia della soluzione acida è variabile in funzione di quanti attacchi la soluzione ha effettuato, del valore della quantità di polvere (controllo delle particelle presenti nella soluzione) e del grado di contaminazione dello strato di ossido (ad esempio contaminazione di atomi di fosforo nel caso di una soluzione a base di acido H2PO4).
Le macchine tradizionali di attacco agli strati di ossido, note con il nome di RTF, (Reactive Ion Etch) o MERLE (Magnetically Enhanced RIE), utilizzano la tecnica dell’attacco ionico. Tali macchine prevedono l’eccitamento di una miscela di gas per mezzo di un campo elettrico generato da un generatore RF, ossia a radiofrequenza, in modo tale che si produca un “involucro” di plasma, atto a generare ioni. Questi ioni collidono con il substrato di silicio provocando una rimozione di uno determinato spessore dello strato dielettrico.
Tipici valori a cui tale camere possono arrivare come velocità di attacco sono di circa 500 angstroms al minuto.
Lo svantaggio principale di tali macchine risiede nel fatto che non si ha una uniformità di attacco accettabile presentando valori superiori al 8% ad 1 σ (deviazione standard).
Si è nella situazione in cui i valori più bassi di velocità di attacco, e quindi la migliore precisione, sono ottenuti con un attacco del tipo wet etch (attacco umido) mentre la tecnologia mette a disposizione camere per l’attacco degli strati dielettrici aventi un attacco del tipo dry etch (attacco ionico).
In vista dello stato della tecnica descritto, scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo per ottenere una bassa velocità di attacco, propria degli attacchi di tipo umido, e di mantenere i vantaggi degli attacchi di tipo ionico rispetto a quelli umidi.
In accordo con .la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto mediante un processo di attacco di uno strato di dielettrico depositato su di un substrato caratterizzato dal fatto di utilizzare una camera di tipo PECVD, comprendente un elettrodo superiore accoppiato ad un generatore RF ed un elettrodo inferiore collegato à massa su cui è posto tin substrato di silicio, in cui l’attacco dello strato dielettrico è realizzato per mezzo di una pluralità di gas attivi in miscelazione con almeno un gas di trasporto in modo tale da ottenere una bassa velocità di attacco ed un attacco uniforme di detto strato di dielettrico depositato.
Grazie alla presente invenzione è fornito un processo tramite cui è possibile effettuare un attacco dry a bassa velocità nella fabbricazione di dispositivi integrati a semiconduttore utilizzando una camera del tipo PECVD classica, progettata per la deposizione degli strati di dielettrico, al posto di una camera di tipo RIE o MERIE, progettata per l’attacco degli strati dielettrici.
Con questo processo si ha il vantaggio di utilizzare solamente una apparecchiatura, la camera PECVD, atta a svolgere i compiti di deposizione degli strati di dielettrico ed inoltre atta ad eseguire l’attacco a detti strati di dielettrico con evidenti risparmi di tempo e denaro.
Inoltre si ha anche il vantaggio di ottenere un attacco ripetibile grazie al fatto che la camera PECVD è stata progettata per eseguire deposizioni ripetibili ed uniformi degli strati dielettrici. .
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 illustra una configurazione di una camera di tipo RIE o MERIE;
la figura 2 mostra una configurazione di una camera di tipo PECVD. In figura 1 è illustrata una configurazione di una camera di tipo RIE o MERIE.
Secondo quanto illustrato in tale figura si nota che un generatore RF 1 è collegato con un elettrodo 2, chiamato catodo, su cui è posizionato un substrato di silicio 3, cui in precedenza è stato depositato con una camera, ad esempio PECVD (o anche camere del tipo APCVD, LPCVD, HDPCVD), uno strato di dielettrico 26, ad esempio, di S13N4 (0 anche S1O2, SiOxNy, PSG, BPSG, FSG, SiC, ecc.) ed un secondo elettrodo 7, chiamato anodo, collegato a massa. Sulla base del catodo 2 è previsto, anche, un foro 10 per la fuoriuscita dei gas esausti (indicati con una freccia).
Si nota inoltre un serbatoio 8, contenente gas attivi, che tramite una valvola 9, atta a regolare il flusso di detti gas attivi, è collegato all’anodo 7, provvisto di una griglia di diffusione 5.
La differenza di potenziale che si viene a creare tra catodo ed anodo è tale da generare un “involucro” di plasma 4 (indicato con una pluralità di frecce), a causa deU’immissione e dell’eccitamento di detti gas attivi nella camera tramite detta griglia 5.
Lo strato di dielettrico 26, per esempio SÌ3N4, precedentemente depositato sul substrato 3 tramite una camera di tipo PECVD, secondo la tecnica nota è, pertanto, colpito da detto flusso di plasma 4. In questo modo lo strato di dielettrico S13N4 26 è sottoposto ad un bombardamento ionico, grazie al quale è possibile effettuare l’attacco.
Gli elettrodi di catodo 2 e anodo 7 con relativa griglia 5 sono contenuti in una camera (RIE e/o MERIE) aventi pareti 21 e 22 di materiale isolante, preferibilmente costituite da ossido di alluminio A1203.
I gas reagenti, pertanto, fluiscono attraverso la griglia 5 nella camera dove vengono mescolati. I gas comunemente utilizzati Hanno come elemento comune il fluoro (F) tra cui si annoverano gas quali: NF3, CF4 e SF6.
In camere, del tipo descritte in precedenza, tali gas permettono di ottenere valori di attacco secondo quanto illustrato nella tabella seguente:
Camera RIE e/o ME RIE std
In figura 2 è mostrata una configurazione di una camera di tipo PECVD. Secondo quanto illustrato in tale figura si nota che un generatore RF 11 è collegato con un elettrodo 12, chiamato catodo, a cui è collegata una pluralità di serbatoi 13, 14 e 24 con rispettive valvole 15, 16 e 25 di regolazione. Il serbatoio 13 contiene i gas attivi, mentre il serbatoio 14 contiene i gas di trasporto ed il serbatoio 24 contiene i gas atti alla deposizione dello strato di dielettrico 27. Inoltre l’elettrodo di catodo 12 è collegato con una griglia di diffusione 20.
Si nota inoltre che su di un elettrodo inferiore 17, chiamato anodo, avente una valvola di scarico 19 per i gas esausti, è posto un substrato di silicio 18. L’elettrodo di anodo 17 è collegato a massa.
Gli elettrodi di anodo 17 e catodo 12 con relativa griglia 20 sono contenuti in una camera isolante (PECVD) aventi pareti 21 e 22 di materiale isolante, preferibilmente costituite da ossido di alluminio AI2O3.
Camere siffatte alternano una prima fase di deposizione di detto strato di dielettrico 27 su detto substrato di silicio 18, fase per la quale le camere PECVD sono state progettate, una seconda fase di rimozione dalla camera del substrato 18 tramite un braccio robotizzato (non mostrato in figura), una terza fase di pulitura, anche chiamata “cleaning step”, per rimuovere lo strato di dielettrico 27 che si deposita sulle, pareti 21 e 22 durante l’operazione di deposizione di detto strato di dielettrico 27 tramite l’utilizzo di una miscela di freons più ossigeno, come mostrato successivamente, ed una quarta fase di immissione in camera di un secondo substrato 18 ed una nuova deposizione di strato dielettrico 27 su detto substrato 18.
La periodicità di esecuzione di detta terza fase può essere ogni due o tre substrati 18.
La Richiedente ha scoperto che la chimica (gas attivi contenuti nel serbatoio 13) utilizzata durante detta terza fase, cioè durante la fase di pulitura delle pareti della camera 21 e 22, opportunamente miscelata con gas di trasporto (contenuti nel serbatoio 14) e sottoposta a determinate condizioni operative, quali potenza del plasma 23, pressione di funzionamento e spaziatura degli elettrodi 12 e 17, consente di realizzare l’attacco dello strato dielettrico con diversi punti di lavoro, con diverse velocità di attacco e uniformità di attacco.
In particolare l'operazione di attacco dry è un attaco di tipo blanket, per esempio un attacco per la definizione degli spacer, su tutto il substrato 18.
I gas attivi, contenuti nel serbatoio· 13 e regolati dalla valvola 15, sono gas che hanno come elemento comune il fluoro (F) tra cui si annoverano gas quali: NF3, C2F5CF4 e SF6.
I gas di trasporto, anche chiamati, gas inerti, contenuti nel serbatoio 14 e regolati dalla valvola 16, sono gas inerti e preferibilmente si utilizza azoto (N2), elio (He) o argon (Ar).
1 gas di deposizione, contenuti in detto serbatoio 24 e regolati da detta valvola 25, sono gas di reazione di deposizione che devono dare luogo a ossido di silicio e preferibilmente sono S1H4 e N20 oppure TEOS e 02.
La differenza di potenziale che si viene a creare tra catodo ed anodo è tale da generare un “involucro” di plasma 23 (indicato con una pluralità di frecce), a causa dell’ immissione e dell’ eccitamento di detti gas nella camera tramite detta griglia 20.
Lo strato di dielettrico 27, ad esempio Si3N4, depositato sul substrato 3 per mezzo di detta camera PECVD, è, pertanto, colpito da detto flusso di plasma 23 passante attraverso detta griglia 20 collegata a detto anodo 12. In questo modo, in una prima fase di alimentazione dei gas di deposizione lo strato di dielettrico SÌ3N4 27 è deposto su detto substrato di silicio 18, e poi l’alimentazione di gas attivi e di gas di trasporto provvede alla pulitura delle pareti 21 e 22 della camera PECVD e all’attacco dello strato dielettrico 27.
In camere, del tipo descritte in precedenza, si ottengono valori di attacco secondo quanto illustrato nella tabella seguente:
Camera PECVD con gas inerti
Confrontando i valori tabulati per camere PECVD e camere RIE e/o MERIE si nota che con le prime si ottiene un più basso etch rate in modo tale da poter rimuovere strati dielettrici delle spessore di qualche angstroms, si ottiene una uniformità più elevata, si ottiene un processo di attacco più ripetibile nel tempo.
L’utilizzo della camera PECVD per effettuare l’attacco agli strati dielettrici, inoltre, consente una migliore regolazione della spaziatura tra gli elettrodi 12 e 17 e ciò facilita una ottimizzazione del processo, in particolar modo runiformità di attacco.
Per potere eseguire l’attacco a questi strati dielettrici, come precedentemente scritto, si devono combinare i gas attivi atti alla pulizia in situ delle pareti 21 e 22 della camera PECVD ed anche del corpo (chuck) degli elettrodi 12 e 17 con gas di miscelazione e trasporto.
Si ha ad esempio una situazione in cui devono essere combinati detti gas attivi e detti gas di trasporto, come per esempio:
I gas di trasporto devono essere gas inerti e si preferisce un gas quale l’elio (He) grazie anche alla sua superiore conducibilità termica nella misura in cui il flusso sia compreso in un intervallo tra i 500 - 4000 sccm (standard cubie centimeters per minutes). Inoltre la potenza del plasma può essere fatta variare in un intervallo compreso da 200 a 1000 W, la pressione da 1 a 10 Torr e la spaziatura tra gli elettrodi 12 e 17 da 200 a 500 mils variando opportunamente il valore del generatore RF.ll. Con questi valori è possibile ottenere diversi punti di lavoro dando luogo a valori di etch rate compresi tra 60 angstroms al minuto e i 450 angstroms al minuto, con una uniformità di attacco inferiore al 6% ad 1 σ.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Processo di attacco di uno strato dielettrico (27) depositato su di un substrato (18) caratterizzato dal fatto di utilizzare una camera di tipo PECVD, comprendente un elettrodo superiore (12) accoppiato ad un generatore RF (11) ed un elettrodo inferiore (17) collegato a massa su cui è posto detto substrato di silicio (18), in cui l’attacco dello strato dielettrico (27) depositato è realizzato per mezzo di una pluralità di gas attivi in miscelazione con almeno un gas di trasporto in modo tale da ottenere una bassa velocità di attacco ed un attacco uniforme di detto strato di dielettrico (27) depositato.
- 2. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un gas di trasporto è un gas chimicamente inerte.
- 3. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimozione prevede l’attacco di detto strato dielettrico (27) in un intervallo di pressione compreso tra 1 e 10 Torr.
- 4. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimozione prevede l’attacco a detto strato dielettrico (27) con un intervallo di spaziatura tra gli elettrodi (12, 17) compresa tra i 200 e 500 mils.
- 5. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto in cui detto elettrodo superiore (12) è accoppiato ad un generatore RF in un intervallo di potenza compreso tra i 200 e i 1000 W.
- 6. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gas di trasporto è l’elio (He).
- 7. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il flusso di elio (He) è compreso in un intervallo tra i 500 - 4000 sccm.
- 8. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gas di trasporto è l’argon
- 9. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gas di trasporto è azoto (
- 10. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che uno di detti gas attivi è
- 11. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che uno di detti gas attivi è
- 12. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che uno di detti gas attivi è
- 13. Processo di attacco di un substrato (18) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che uno di detti gas attivi è
- 14. Processo di deposizione e di attacco comprendente una prima fase di deposizione di uno strato di dielettrico (27) su di un substrato di silicio (18) per mezzo di una camera di tipo PECVD, caratterizzato dal fatto di prevedere una successiva fase di rimozione di detto strato dielettrico, tramite la medesima camera PECVD, combinando una pluralità di gas attivi con almeno un gas di trasporto in modo tale da una bassa-velocità di attacco ed un attacco uniforme di detto strato di dielettrico (27) depositato.
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