RU2024991C1 - Способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния - Google Patents
Способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2024991C1 RU2024991C1 SU5047105A RU2024991C1 RU 2024991 C1 RU2024991 C1 RU 2024991C1 SU 5047105 A SU5047105 A SU 5047105A RU 2024991 C1 RU2024991 C1 RU 2024991C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- plasma
- silicon
- insulating
- contact windows
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Использование: микроэлектроника, производство БИС и СБИС. Сущность изобретения: способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния, включает обработку слоя диэлектрика в индивидуальном диодном реакторе при давлении от 300 до 1200 Па и плотности ВЧ-мощности от 4,0 до 8,0 Вт/см2 в плазме четырехкомпонентной смеси при следующем соотношении компонентов от: октафторпропан или гексафторэтан 12 37, гексафторид серы или трифторид азота 1 4, кислород 1 4, гелий 55 - 86, что позволяет повысить скорость травления и уменьшить осаждение фторуглеродных полимеров. 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области производства БИС, а более конкретно - к плазменной технологии травления диэлектриков на основе кремния и может быть использовано при вскрытии контактных окон к алюминию в изолирующих и пассивирующих слоях указанных диэлектриков.
Известен способ травления окон в двуокиси кремния, описанный в патенте США N 4671840, НКИ 156-643 (1987 г.). Травление SiO2 по этому способу проводят в индивидуальном диодном реакторе в плазме смеси CF4 + CHF3 (5-25 об. % ). Недостатком этого способа является относительно низкая скорость травления двуокиси кремния, что обусловлено малым содержанием в плазме CF4 радикалов CF3, ответственных за травление SiO2 (Solid-State Electronics, 1976, v. 19, pp. 1039-1040). Другим недостатком этого способа является заметное осаждение фторуглеродных полимерных пленок на стенках реактора и склонность к их осаждению на обрабатываемых пластинах, что приводит, соответственно, к повышению превносимой дефектности и необходимости частых чисток реактора, а также к ухудшению контактирования со вскрытыми областями алюминия при формировании двухуровневой металлизации, контроле функционирования и сборке.
Известен способ травления SiO2, описанный в статье Р.С. Karulkar and M. A. Wirзbicki "Characteriзaytion of etching silicon dioxide and photoresist in a fluorocarbon plasma", J. Vac. Sci. Technol. B., v. 6, N 5, p. 1595 (1988) и принятый авторами за прототип. Согласно этому способу травление SiO2 осуществляют в индивидуальном диодном реакторе в плазме смеси CHF3-C2F6-O2-He с процентным содержанием кислорода от 12 до 35 об.%. При этом скорость травления SiO2 несколько увеличивается, но все же не превышает величины 0,47 мкм/мин в рекомендованном режиме травления при мощности 450 Вт, давлении 2,75 Торр (366 Па) и соотношении компонентов смеси, обеспечивающем необходимую величину селективности SiO2/фоторезист ( ≥ 1). Другим недостатком этого способа как и в вышеописанном патенте США N 4671840 является склонность к осаждению полимерных пленок на стенках реактора и обрабатываемых пластинах, что обусловлено наличием СНF3 в составе газовой смеси.
В связи с вышеизложенным предлагаемое изобретение решает задачу увеличения производительности труда и увеличения выхода годных схем на операции вскрытия контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния. Это достигается за счет того, что в способе плазменного травления диэлектриков в индивидуальном диодном реакторе в плазме на основе фторуглерода, кислорода и инертного газа травление проводят при давлении от 300 до 1200 Па, и плотности ВЧ-мощности от 4,0 до 8,0 Вт/см2 при использовании в качестве фторуглерода октафторпропана или гексафторэтана в смеси с гексафторидом серы или трифторидом азота, кислородом и гелием при следующем соотношении компонентов, об.%: октафторпропан или гексафторэтан 12-37 гексафторид серы или трифторид азота 1-4 кислород 1-4 гелий 55-86
Авторами установлено, что С3F8 и C2F6 дают наилучший результат по скорости травления среди всех фторуглеродных газов, поскольку газ с меньшим числом атомов углерода (СF4) дает при разложении в плазме меньшее число радикалов CF3, а газы с большим числом атомов углерода и водородсодержащие фторуглероды проявляют склонность к полимеризации, тем не менее, использование плазмы отдельных газов С3F8 и С2F6 оказалось неприемлемым ввиду невозможности получения полностью чистой поверхности окон после травления и заметного образования полимерных пленок на стенках реактора. Проведенные исследования показали, что введение в плазму C3F8 или C2F6 небольших добавок неорганических фторидов (SF6 или NF3) позволило увеличить скорость травления и несколько уменьшить образование полимерных пленок, но полностью чистого травления при этом добиться не удалось. Попытка решить проблему полимерообразования путем увеличения добавок SF6 или NF3 привела к ухудшению равномерности травления из-за ускоренного травления краев пластины. В связи с этим, авторами было исследовано влияние добавок кислорода и установлено, что хотя добавки кислорода к С3F8 или C2F6 в количестве до 15 об. % и позволяют несколько снизить полимерообразование в реакторе, но скорость травления при этом не растет, а при дальнейшем увеличении содержания кислорода она даже падает, и, кроме того, недопустимо падает селективность травления диэлектриков по отношению к фоторезисту.
Авторами установлено, что С3F8 и C2F6 дают наилучший результат по скорости травления среди всех фторуглеродных газов, поскольку газ с меньшим числом атомов углерода (СF4) дает при разложении в плазме меньшее число радикалов CF3, а газы с большим числом атомов углерода и водородсодержащие фторуглероды проявляют склонность к полимеризации, тем не менее, использование плазмы отдельных газов С3F8 и С2F6 оказалось неприемлемым ввиду невозможности получения полностью чистой поверхности окон после травления и заметного образования полимерных пленок на стенках реактора. Проведенные исследования показали, что введение в плазму C3F8 или C2F6 небольших добавок неорганических фторидов (SF6 или NF3) позволило увеличить скорость травления и несколько уменьшить образование полимерных пленок, но полностью чистого травления при этом добиться не удалось. Попытка решить проблему полимерообразования путем увеличения добавок SF6 или NF3 привела к ухудшению равномерности травления из-за ускоренного травления краев пластины. В связи с этим, авторами было исследовано влияние добавок кислорода и установлено, что хотя добавки кислорода к С3F8 или C2F6 в количестве до 15 об. % и позволяют несколько снизить полимерообразование в реакторе, но скорость травления при этом не растет, а при дальнейшем увеличении содержания кислорода она даже падает, и, кроме того, недопустимо падает селективность травления диэлектриков по отношению к фоторезисту.
В ходе дальнейших исследований было установлено, что использование трехкомпонентной смеси фторуглерода (С3F8 или C2F6), неорганического фторида (SF6 или NF3) и кислорода позволяет при определенном соотношении компонентов и режимах травления добиться увеличения скорости травления, снижения полимерообразования в реакторе и обеспечение чистой поверхности окон после травления при сохранении приемлемой равномерности травления ± 5-7%. Авторами было также установлено, что добавление к вышеуказанной трехкомпонентной смеси гелия в количестве от 55 до 86 об.% существенно не изменяет характеристики травления, но является полезным в отношении дальнейшего уменьшения полимеризации в реакторе, стабилизации разряда и некоторого увеличения селективности травления SiO2 к фоторезисту.
Предложенная авторами четырехкомпонетная плазма при высоком давлении является новым неизученным объектом и механизм достижения в ней указанного выше положительного эффекта далеко неочевиден. Этот совокупный положительный эффект не достигается ни одним из ранее известных приемов и его получение не может быть спрогнозировано на основе знаний, имеющихся в данной области техники. Совокупное воздействие состава плазмы и режимов травления, являющихся отличительными признаками предлагаемого технического решения, проявили в данном случае синергетический эффект, что позволяет говорить об изобретательском уровне решения задачи.
Данное изобретение поясняется фигурами 1 и 2. На фиг. 1 показан участок подложки со вскрытыми контактными окнами в слое диэлектрика. На фиг. 2 показан индивидуальный диодный реактор плазменного травления.
Ниже приведены примеры практического выполнения изобретения. В соответствии с фиг. 1 на полупроводниковой подложке со сформированными элементами (на фиг. 1 не показан) и металлизацией с верхним слоем из алюминия 1 формировали слой изолирующего или пассивирующего диэлектрика 2, например, путем осаждения SiO2 толщиной 1-1,2 мкм в плазме. В качестве других диэлектриков на основе кремния могут быть использованы фосфоросиликатное стекло, нитрид кремния, боросиликатное стекло. Поверх слоя SiO2 наносили слой фоторезиста 3 толщиной 1,8-2,0 мкм (использовалась марка фоторезиста ФП-051К) и фотолитографией, создавали в нем требуемый рисунок контактных окон 4. Затем фоторезист дубили при температуре 413 и 473оК в течение 20 мин, что приводило к формированию наклонного профиля боковых стенок фоторезиста в окнах. При формировании окон размерами 3 мкм вместо термического дубления использовали дубление в плазме гелия. Травление контактных окон 5 в слое О2 осуществляли в установке "Плазма-150К" с индивидуальным диодным реактором, показанным схематично на фиг. 2, где 1 - ВЧ-электрод, 2 - заземленный электрод, 3 - система подачи газа, 4 - подложка, 5 - ВЧ-генератор, 6 - изолятор, ВЧ-мощность частотой 13,56 МГц подавалась на верхний электрод, травимая подложка располагалась на нижнем заземленном электроде. Активный объем плазменного реактора при работе с пластинами диаметром 100 мм составлял около 70 см3.
Чистота поверхности алюминия в окнах после травления SiO2 оценивалась по величине пробоя поверхностной диэлектрической пленки на алюминии с помощью мелкого зонда, изготовленного из тонкой золотой проволоки. Данный метод оценки чистоты поверхности алюминия широко используется в производстве ИС, поскольку он является экспрессным и неплохо коррелирует с результатами анализа чистоты поверхности методом оже-спектропии.
Примеры реализации изобретения, охватывающие весь заявляемый диапазон режимов, приведены в таблице. Во всех приведенных режимах реализована высокая скорость травления SiO2 (0,7-1,2 мкм/мин), что выше, чем получено в этом же реакторе для смеси CHF3 - C2F6 - O2 - He предлагаемой в прототипе данной заявки. Контактные площадки алюминия после травления во всех режимах имели блестящую поверхность и напряжение пробоя золотого зонда 0 - 3 В, что обеспечивало хорошее контактирование при формировании двухуровневой металлизации, функциональном контроле и сборке. В то же время после травления по способу-прототипу напряжение пробоя золотого зонда достигало 7В и методом оже-спектропии на поверхности алюминия обнаруживалось завышенное содержание углерода и фтора (18 и 6 ат.%, соответственно), что приводит к плохому контактированию на последующих операциях. Следует отметить, что селективность травления SiO2 по отношению к фоторезисту в заявляемом изобретении составляла от 1,2 до 1,8, что обеспечивало необходимый наклонный профиль окон в SiO2 путем переноса исходного профиля фоторезистивной маски и в то же время позволяло сохранить достаточно для маскирования остаточную толщину фоторезиста.
При использовании процентного содержания компонентов, давления и мощности за пределами указанных в таблице значений происходило ухудшение выходных параметров процесса травления.
При проведении процесса травления двуокиси кремния при давлении более 1200 Па и менее 500 Па происходит увеличение неравномерности и снижение скорости травления. При проведении травления при ВЧ-мощности менее 600 Вт мала производительность процесса, а при проведении травления при мощности более 900 Вт происходит деструкция фоторезиста из-за локальных пробоев ВЧ-разряда. При содержании фторуглерода, например, C3F8 или C2F6, в плазме менее 12 об. % или при содержании О2 в плазме более 4 об.% недопустимо уменьшается селективность травления двуокиси кремния по отношению к фоторезисту, а при содержании С3F8 или C2F6 более 37 об.% или при содержании О2 менее 1 об. % происходит осаждение полимера на стенках реактора и загрязнение травимой поверхности. При содержании в плазме добавок неорганического фторида, например, SF6 или NF3, менее 1 об.% уменьшается скорость травления SiO2, а при содержании в плазме добавок SF6 или NF3 более 4 об.% происходит приемлемое ухудшение равномерности травления и селективности по отношению к фоторезисту. Добавка гелия в количестве менее 55 об.% не приводит к положительному воздействию, а при добавках гелия более 86% снижается скорость травления.
Предложенный способ плазменного травления найдет применение в технологии БИС и СБИС при формировании контактных окон в пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния.
По сравнению с базовым процессом плазменного травления изолирующих и пассивирующих слоев в установках группового реактивного ионного травления 08ПХО-100Т-005 и 08ПХО-100Т-004 процесс плазменного травления этих слоев в соответствии с настоящей заявкой в установке индивидуального травления "Плазма-150К" позволил увеличить производительность труда и выход годных на 15-20%.
Claims (1)
- СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО ТРАВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ОКОН В ИЗОЛИРУЮЩИХ И ПАССИВИРУЮЩИХ СЛОЯХ ДИЭЛЕКТРИКОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ, включающий обработку слоя диэлектрика через фоторезистивную маску, сформированную на его поверхности, в индивидуальном диодном реакторе в плазме смеси, содержащей фторуглерод, кислород, гелий, отличающийся тем, что обработку проводят при давлении 300 - 1200 Па и плотности ВЧ-мощности 4,0 - 8,0 Вт/см2 в плазме смеси, дополнительно содержащей гексафторид серы или трифторид азота, а в качестве фторуглерода - октафторпропан или гексафторэтан при следующем количественном соотношении компонентов, об.%:
Октафторпропан или гексафторэтан 12 - 37
Гексафторид серы или трифторид азота 1 - 4
Кислород 1 - 4
Гелий 55 - 86
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5047105 RU2024991C1 (ru) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5047105 RU2024991C1 (ru) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2024991C1 true RU2024991C1 (ru) | 1994-12-15 |
Family
ID=21606728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5047105 RU2024991C1 (ru) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | Способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2024991C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999021217A1 (en) * | 1997-10-22 | 1999-04-29 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum | Anisotropic etching of organic-containing insulating layers |
US6844267B1 (en) | 1997-10-22 | 2005-01-18 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum | Anisotropic etching of organic-containing insulating layers |
RU2645920C2 (ru) * | 2016-06-24 | 2018-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Способ формирования контактных окон в слое защитного основания высоковольтного прибора |
-
1992
- 1992-06-11 RU SU5047105 patent/RU2024991C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
P.C. Karulkar and M.A. Wirzbicki "Characterization of etching silicon dioxide and photoresist in a fluorocarbon plasma", Y.Vac.Sci.Technol.B, v.6, n5, p.1595-1589, 1988. * |
Патент США N 4671840, МКИ H 01L 21/308, 1987. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999021217A1 (en) * | 1997-10-22 | 1999-04-29 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum | Anisotropic etching of organic-containing insulating layers |
US6844267B1 (en) | 1997-10-22 | 2005-01-18 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum | Anisotropic etching of organic-containing insulating layers |
US6900140B2 (en) | 1997-10-22 | 2005-05-31 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) | Anisotropic etching of organic-containing insulating layers |
RU2645920C2 (ru) * | 2016-06-24 | 2018-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Способ формирования контактных окон в слое защитного основания высоковольтного прибора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7473377B2 (en) | Plasma processing method | |
Goto et al. | Dual excitation reactive ion etcher for low energy plasma processing | |
US5413670A (en) | Method for plasma etching or cleaning with diluted NF3 | |
KR100188573B1 (ko) | 비정질-탄소층을 가지는 반도체 소자 및 그의 제조방법 | |
US5201993A (en) | Anisotropic etch method | |
US8614151B2 (en) | Method of etching a high aspect ratio contact | |
US5188704A (en) | Selective silicon nitride plasma etching | |
KR20190068639A (ko) | 고종횡비 구조들을 위한 제거 방법들 | |
US4073669A (en) | Plasma etching | |
US4465552A (en) | Method of selectively etching silicon dioxide with SF6 /nitriding component gas | |
US4264409A (en) | Contamination-free selective reactive ion etching or polycrystalline silicon against silicon dioxide | |
KR101032831B1 (ko) | 챔버 탈불화 및 웨이퍼 탈불화 단계들을 방해하는 플라즈마에칭 및 포토레지스트 스트립 프로세스 | |
KR20010075566A (ko) | 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
EP0529954B1 (en) | Method for making a planarized semiconductor device | |
KR100727205B1 (ko) | 플라즈마 성막 방법 및 그 장치 | |
KR920010775B1 (ko) | 실리콘 표면상의 실리콘 산화막 제거방법 | |
EP0424299A2 (en) | Selective silicon nitride plasma etching | |
US20050269294A1 (en) | Etching method | |
JP2001110784A (ja) | プラズマ処理装置および処理方法 | |
US6897154B2 (en) | Selective etching of low-k dielectrics | |
JP2004111779A (ja) | 有機系絶縁膜のエッチング方法及び半導体装置の製造方法 | |
US20050009356A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device and method of cleaning plasma etching apparatus used therefor | |
US5567658A (en) | Method for minimizing peeling at the surface of spin-on glasses | |
WO2003077301A1 (fr) | Procede de gravure et appareil de gravure | |
RU2024991C1 (ru) | Способ плазменного травления контактных окон в изолирующих и пассивирующих слоях диэлектриков на основе кремния |