RU2211505C2

RU2211505C2 - Method for plasma etching of insulating layers

Info

Publication number: RU2211505C2
Application number: RU2001126324A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Алексеев; А.Н. Еременко; Л.А. Колобова; М.И. Клычников; В.В. Ячменев
Original assignee: Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: microelectronics; integrated-circuit manufacture involving plasma etching of passivating coatings. SUBSTANCE: method involves plasma etching of double-layer passivating coating SiC-Si₃N₄ in gas mixture CF₄-O₂-Ar having following proportion of ingredients in parts by volume: (20 40) : 1 : - (40 60); high-frequency power supply to electrode holder followed by surface cleaning in gas mixture SF₆-Ar having following proportion of ingredients in parts by volume: 1 : (40 60), process being conducted in a single cycle without reprecipitation of fluorine-carbon polymeric film on semiconductor wafer surface. EFFECT: enhanced quality of parts due to elimination of fluorine-carbon film formation. 1 cl

Description

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к технологии изготовления ИС к процессам плазменного травления. The invention relates to the field of microelectronics, and in particular to a technology for manufacturing ICs to plasma etching processes.

Процесс плазменного травления слоев SiC-Si₃N₄ используется на этапе травления пассивирующего диэлектрика для вскрытия контактных площадок при изготовлении термокристаллов.The process of plasma etching of SiC-Si ₃ N ₄ layers is used at the etching stage of a passivating dielectric to open contact pads in the manufacture of thermocrystals.

Известен способ плазменного травления слоя SiC в SF₆, описанный в статье J.W.Palmour, B.E.Williams. Crystallographic Etching Phenomenon during Plasma Etching of SiC (100) Thin Films in SF₆. J. Of Electrochem. Soc., Vol. 136, No. 2, February 1989, p. 491-494. Он состоит в том, что слой SiC травится в плазме SF₆ при частоте 13,56 МГц, плотности мощности 0,235 Вт/см² и давлении 50...200 мТорр.A known method for plasma etching a SiC layer in SF ₆ is described in the article by JWPalmour, BEWilliams. Crystallographic Etching Phenomenon during Plasma Etching of SiC (100) Thin Films in SF ₆ . J. Of Electrochem. Soc., Vol. 136, No. February 2, 1989, p. 491-494. It consists in the fact that the SiC layer is etched in the plasma of SF ₆ at a frequency of 13.56 MHz, a power density of 0.235 W / cm ² and a pressure of 50 ... 200 mTorr.

Недостатком этого способа является затруднение вытравливаемости зерен SiC с кристаллографической ориентацией (100). При травлении этих зерен образуются пирамидальные остатки, которые очень медленно дотравливаются. The disadvantage of this method is the difficulty of etching SiC grains with a crystallographic orientation (100). When these grains are etched, pyramidal residues form which are very slowly etched.

Известен другой способ травления слоя SiC, описанный в патенте ФРГ DE 36033725 А1, заявленном 06.02.1986 г., опубликованном 13.08.1987 г., H 01 L 21/308, который состоит в плазменном травлении слоя SiC в смеси СF₄-О₂, содержащей не менее 40 объемных частей О₂ при частоте 13,56 МГц, плотности мощности 0,6 Вт/см², давлении 23...25 Па. Недостатком этого способа является низкая селективность травления SiC к фоторезисту. Фактически фоторезист травится в несколько раз быстрее, чем SiC, что не позволяет использовать ФРМ для травления достаточно толстых слоев SiC.There is another method for etching a SiC layer, described in German patent DE 36033725 A1, filed on 02/06/1986, published on 08/13/1987, H 01 L 21/308, which consists in plasma etching of a SiC layer in a mixture of CF ₄ -O ₂ containing at least 40 volume parts of O ₂ at a frequency of 13.56 MHz, power density 0.6 W / cm ² , pressure 23 ... 25 Pa. The disadvantage of this method is the low selectivity of etching SiC to the photoresist. In fact, the photoresist is etched several times faster than SiC, which does not allow using the FRM for etching sufficiently thick SiC layers.

Известен способ плазменного травления слоя Si₃N₄, описанный в книге "Плазменная технология в производстве СБИС" под редакцией Н.Айнспирука и Д. Брауна, Москва, "Мир", 1987 г., стр. 181. Он состоит в травлении слоя Si₃N₄ в плазме CF₄-O₂.A known method of plasma etching of a Si ₃ N ₄ layer, described in the book "Plasma technology in the production of VLSI" edited by N. Ainspiruk and D. Brown, Moscow, Mir, 1987, p. 181. It consists in etching a Si layer ₃ N ₄ in plasma CF ₄ -O ₂ .

Недостатком этого способа является изотропный характер травления Si₃N₄. При травлении многослойных структур изотропное травление Si₃N₄ приводит к подтраву под вышележащий слой, появлению нависающей кромки вышележащего слоя, что при последующем напылении металла приведет к обрыву его на этом уступе.The disadvantage of this method is the isotropic nature of the etching of Si ₃ N ₄ . During etching of multilayer structures, isotropic etching of Si ₃ N ₄ leads to etching under the overlying layer, the appearance of an overhanging edge of the overlying layer, which, when the metal is subsequently sprayed, will lead to its termination on this ledge.

Другой способ травления Si₃N₄, описанный в патенте США 4820378, МКИ 4 В 44 С 1/22, опубликованный 04.11.1989 г., заключается в травлении Si₃N₄ в плазме SF₆-He при низком давлении. Недостатком этого способа является низкая скорость травления.Another etching method for Si ₃ N ₄ described in US Pat. No. 4,820,378, MKI 4 B 44 C 1/22, published on 11/04/1989, involves etching Si ₃ N ₄ in a low pressure SF ₆ -He plasma. The disadvantage of this method is the low etching rate.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ, описанный в технологической карте предприятия АООТ "НИИМЭ и з-д Микрон" (г. Зеленоград) И6.60252. 00009, утвержденной 17.09.1999 г. Он состоит в двухстадийном плазмохимическом травлении слоев SiC-Si₃N₄ в плазме CF₄-O₂-N₂ при объемном соотношении компонентов 6:1:7,5, давлении 30 Па и мощности на первой стадии 1 кВт, а на второй 0,6 кВт (групповая обработка 10 пластин).Closest to the proposed invention, the technical solution is the method described in the technological map of the enterprise AOOT "NIIME and zd Mikron" (Zelenograd) I6.60252. 00009, approved on September 17, 1999. It consists of a two-stage plasma-chemical etching of SiC-Si ₃ N ₄ layers in a CF ₄ -O ₂ -N ₂ plasma with a volume ratio of components of 6: 1: 7.5, a pressure of 30 Pa, and power at the first stage 1 kW, and the second 0.6 kW (group processing of 10 plates).

Этот способ позволяет в едином цикле последовательно травить слой SiC (0,3...0,4 мкм) и слой Si₃N₄ (0,3...0,4 мкм) до Аl (в области контактных окон и контактных площадок), получая пологий профиль травления. Недостатком этого способа является образование рыхлой фторуглеродной пленки во время травления слоя SiC, которая, не мешая травлению слоя Si₃N₄, проседает ниже и к моменту окончания процесса остается на поверхности пластин (содержание С и F на уровне 1...4 ат. %, измеренное методом Оже-спектрометрии).This method allows in a single cycle to sequentially etch a SiC layer (0.3 ... 0.4 μm) and a Si ₃ N ₄ layer (0.3 ... 0.4 μm) to Al (in the region of contact windows and contact pads ), obtaining a shallow etching profile. The disadvantage of this method is the formation of a loose fluorocarbon film during etching of the SiC layer, which, without interfering with etching of the Si ₃ N ₄ layer, sags lower and remains at the surface of the plates by the end of the process (the content of C and F is at the level of 1 ... 4 at. % measured by Auger spectrometry).

Задачей, на решение которой направлено это изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в устранении образования фторуглеродной полимерной пленки, загрязняющей пластины в ходе процесса травления, что приводит к повышению качества изделий. The problem to which this invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in eliminating the formation of a fluorocarbon polymer film that contaminates the plates during the etching process, which leads to an increase in the quality of products.

Поставленная задача решается в способе, включающем плазменное травление диэлектрических слоев SiC-Si₃N₄, нанесенных на полупроводниковую пластину, через фоторезистивную маску в газовой смеси CF₄-O₂-Ar при объемном соотношении компонентов (20...40):1:(40...60) с подачей ВЧ-мощности на электрод-подложкодержатель и с последующей очисткой поверхности пластин в плазме газовой смеси SF6-Ar при объемном сотношении компонентов 1:(40...60).The problem is solved in a method including plasma etching of SiC-Si ₃ N ₄ dielectric layers deposited on a semiconductor wafer through a photoresist mask in a CF ₄ -O ₂ -Ar gas mixture with a volume ratio of components (20 ... 40): 1: (40 ... 60) with the supply of RF power to the electrode-substrate holder and subsequent cleaning of the wafer surface in the plasma of the SF6-Ar gas mixture at a volume ratio of components 1: (40 ... 60).

Данная совокупность признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в подавлении образования фторуглеродной полимерной пленки в ходе травления указанных слоев и устранении остатков этой пленки с пластин в ходе единого цикла травления, что приводит к снижению брака и повышению качества изделий. This set of features allows to achieve a technical result, which consists in suppressing the formation of a fluorocarbon polymer film during etching of these layers and eliminating the remnants of this film from the plates during a single etching cycle, which leads to a decrease in marriage and an increase in the quality of products.

Ниже приведены примеры практического использования изобретения. The following are examples of the practical use of the invention.

Пример 1. Кремниевая пластина со сформированными на ней элементами термокристалла, на которые нанесен слой Si₃N₄ (0,4 мкм) и слой SiC (0,3 мкм) со сформированной на поверхности SiC фоторезистивной маской (фоторезист СП-15 толщиной 2,0 мкм), подвергнутой дублению при температуре 200^oС в течение 20 минут, обрабатывалась на установке GIR-260 в плазме CF₄-O₂-Ar при объемном соотношении компонентов 30:1:50, при давлении 60 Па, ВЧ мощности 320 Вт в течение 220 секунд (последовательно в двух реакторах по 110 секунд), затем во втором реакторе в плазме SF₆-Аr при объемном соотношении компонентов 1: 50, при давлении 60 Па, ВЧ мощности 100 Вт в течение 20 секунд. В результате оба слоя потравлены до Аl, контроль чистоты поверхности Аl методом Оже-спектрометрии никаких остатков фторуглеродной полимерной пленки на поверхности пластины (после плазмохимического удаления фоторезиста) не обнаружил (содержание С и F на уровне фонового 0,1 ат. %).Example 1. A silicon wafer with thermocrystal elements formed on it, on which a layer of Si ₃ N ₄ (0.4 μm) and a layer of SiC (0.3 μm) with a photoresist mask formed on the SiC surface (photoresist SP-15 with a thickness of 2, 0 μm), subjected to tanning at a temperature of 200 ^o C for 20 minutes, was processed on a GIR-260 installation in a CF ₄ -O ₂ -Ar plasma with a volume ratio of components 30: 1: 50, at a pressure of 60 Pa, RF power 320 W for 220 seconds (sequentially in two reactors for 110 seconds), then in the second reactor in plasma SF ₆ -Ar with a volume ratio nii components of 1: 50, at a pressure of 60 Pa, RF power 100 W for 20 seconds. As a result, both layers were etched to Al; control of the Al surface purity by Auger spectrometry did not reveal any residues of the fluorocarbon polymer film on the wafer surface (after plasma chemical removal of the photoresist) (C and F contents at the background level of 0.1 at.%).

Пример 2. Пластина, как в примере 1, но со слоем Si₃N₄ (0,3 мкм) и слоем SiC (0,4 мкм) обрабатывалась в том же режиме в течение 260 секунд (по 130 секунд в каждом реакторе). Результат такой же, как в примере 1.Example 2. The plate, as in example 1, but with a layer of Si ₃ N ₄ (0.3 μm) and a layer of SiC (0.4 μm) was processed in the same mode for 260 seconds (130 seconds in each reactor). The result is the same as in example 1.

Claims

A method for plasma etching of SiC-Si ₃ N ₄ dielectric layers deposited on a semiconductor wafer, comprising etching said layers through a photoresist mask in a plasma of a mixture of CF ₄ -O ₂ -Ar with a ratio of mixture components in volume parts (20 - 40): 1: ( 40-60), respectively, with the supply of RF power to the electrode-substrate holder, and subsequent cleaning of the wafer surface in the SF ₆ -Ar plasma with a component ratio in volume parts of 1: (40-60), respectively.