RU2456702C1 - Method for plasmochemical etching of microelectronics material - Google Patents
Method for plasmochemical etching of microelectronics material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456702C1 RU2456702C1 RU2011109693/28A RU2011109693A RU2456702C1 RU 2456702 C1 RU2456702 C1 RU 2456702C1 RU 2011109693/28 A RU2011109693/28 A RU 2011109693/28A RU 2011109693 A RU2011109693 A RU 2011109693A RU 2456702 C1 RU2456702 C1 RU 2456702C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- substrate holder
- plasma
- stage
- vacuum chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам, предназначенным для обработки материалов микроэлектроники, и может быть использовано в технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники.The invention relates to methods for processing materials of microelectronics, and can be used in the production technology of electronic components for micro and nanosystem technology.
В настоящее время в этой области широкое распространение получил способ плазмохимического травления. Характеристика способа зависит от многих параметров: давления, мощности, потенциала ВЧ-смещения, состава рабочего газа, длительности времени пассивации и травления и т.д. Поэтому в зависимости от материала конкретных изделий подбирают оптимальный режим травления с целью получения поверхности высокого качества.Currently, in this area a widespread method of plasma chemical etching. The characteristic of the method depends on many parameters: pressure, power, RF bias potential, composition of the working gas, duration of passivation and etching, etc. Therefore, depending on the material of specific products, the optimum etching mode is selected in order to obtain a high-quality surface.
Известен способ плазменного травления над подложкой, включающий размещение подложки на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу исходного газа, формирование плазмы и циклический процесс травления (патент РФ №2339115, МПК H01L 21/3065, 2008 г.).A known method of plasma etching above a substrate, including placing the substrate on a substrate holder in a vacuum chamber, supplying a source gas, plasma formation and a cyclic etching process (RF patent No. 2339115, IPC H01L 21/3065, 2008).
В известном способе циклический процесс травления представляет собой чередующиеся операции периодической модуляции газов и операции травления. При этом каждая операция травления содержит этап подачи реактивного газа-травителя и этап формирования плазмы из поданного газа-травителя.In the known method, the cyclic etching process is an alternating operation of periodic modulation of gases and etching operation. In addition, each etching operation includes a reactive etching gas supplying step and a plasma forming step from the supplied etching gas.
К недостаткам известного способа относится то, что он не обеспечивает приемлемой скорости травления. Травление осуществляется с большой энергией бомбардирующих поверхность ионов, что может ухудшить качество поверхности и увеличить количество привнесенных дефектов.The disadvantages of this method include the fact that it does not provide an acceptable etching rate. Etching is carried out with high energy bombarding the surface of the ions, which can degrade the surface quality and increase the number of introduced defects.
Известен способ травления подложки, размещенной в вакуумной камере на подложкодержателе, путем подачи рабочего газа в вакуумную камеру, генерирования плазмы, при этом операцию травления осуществляют повторяющимися циклами, каждый из которых состоит из нескольких этапов (патент РФ №2332749, МПК H01L 21/3065, 2008 г.).A known method of etching a substrate placed in a vacuum chamber on a substrate holder by supplying a working gas to a vacuum chamber, generating a plasma, the etching operation is carried out in repeated cycles, each of which consists of several stages (RF patent No. 2332749, IPC H01L 21/3065, 2008).
Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество поверхности. Данное обстоятельство объясняется тем, что генерируют плазму путем прикладывания высокочастотной мощности к подложкодержателю. В результате этого бомбардирующие поверхность подложки ионы приобретают высокую энергию и, как следствие, происходит ухудшение качества поверхности и наличие большой привнесенной дефектности.The disadvantage of this method is the insufficiently high surface quality. This circumstance is explained by the fact that plasma is generated by applying high-frequency power to the substrate holder. As a result, the ions bombarding the surface of the substrate gain high energy and, as a result, surface quality deteriorates and a large introduced defect occurs.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков относится способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающий размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление (патент РФ №2090951, МПК H01L 21/3065, 1997 г. - прототип).The closest technical solution to the claimed combination of essential features includes a method of plasma-chemical etching of microelectronic materials, including placing the material on a substrate holder in a vacuum chamber, supplying a working gas to a vacuum chamber, igniting a plasma by RF induction discharge, supplying RF power to the substrate holder and etching (patent RF №2090951, IPC H01L 21/3065, 1997 - prototype).
Недостатком способа по прототипу является неудовлетворительная равномерность травления, равная 5%, при скорости травления 0,4-0,6 мкм/мин.The disadvantage of the prototype method is the poor etching uniformity of 5% at an etching rate of 0.4-0.6 μm / min.
Это может быть обусловлено тем, что процесс травления проводится при очень низком давлении и высокой концентрации плазмы магнитным полем, что приводит к появлению краевого эффекта и ухудшению равномерности травления по пластине.This may be due to the fact that the etching process is carried out at a very low pressure and high plasma concentration with a magnetic field, which leads to the appearance of a boundary effect and a deterioration in the etching uniformity across the plate.
Задачей настоящего изобретения является увеличение равномерности травления при сохранении скорости травления.The present invention is to increase the etching uniformity while maintaining the etching rate.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе плазмохимического травления материалов микроэлектроники, включающем размещение материала на подложкодержателе в вакуумной камере, подачу рабочего газа в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление, травление осуществляют с разделением на повторяющиеся циклы, каждый из которых состоит из двух этапов: травления и пассивации, при этом на этапе травления на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах 280-300 Вт в течение 0,1-100 с, на этапе пассивации - в пределах 100-120 Вт в течение 0,1-40 с.The problem is solved due to the fact that in the method of plasma-chemical etching of microelectronic materials, including placing material on a substrate holder in a vacuum chamber, supplying working gas to a vacuum chamber, igniting a plasma by RF induction discharge, supplying RF power to the substrate holder and etching, etching is carried out with separation into repeating cycles, each of which consists of two stages: etching and passivation, while at the etching stage, the RF power is supplied to the substrate holder in the range of 280-300 W s 0.1-100 s, at step passivation - in the range 100-120 W for 0.1-40 s.
Технический результат достигается благодаря тому, что операцию травления проводят в виде циклического двухстадийного процесса. При этом каждый цикл состоит из этапа травления и пассивации. Регулируя на обоих этапах режим подачи количества и время действия ВЧ-мощности на подложкодержатель, можно значительно улучшить равномерность травления. Это возможно потому, что на первом этапе - травления энергия ионов высока и они действуют наравне с химически активными частицами, внося весомый вклад в процесс травления. На втором этапе - пассивации энергия ионов минимальна и ионная бомбардировка материала происходит со значительно меньшей эффективностью, что позволяет сформировать на поверхности материала пассивирующий фторуглеродный полимерный слой, который на этапе травления частично удаляется, в том числе ионами высокой энергии, и тем самым оказывает выравнивающий эффект.The technical result is achieved due to the fact that the etching operation is carried out in the form of a cyclic two-stage process. Moreover, each cycle consists of a stage of etching and passivation. By adjusting at both stages the mode of supplying the quantity and duration of the RF power to the substrate holder, the etching uniformity can be significantly improved. This is possible because at the first stage - etching, the ion energy is high and they act on a par with chemically active particles, making a significant contribution to the etching process. At the second stage - passivation, the ion energy is minimal and the ion bombardment of the material is much less efficient, which allows the formation of a passivating fluorocarbon polymer layer on the surface of the material, which is partially removed during the etching stage, including high-energy ions, and thereby has a leveling effect.
Сущность изобретения поясняется схемой вакуумной камеры (фиг.1).The invention is illustrated by the diagram of the vacuum chamber (figure 1).
Вакуумная камера состоит из корпуса 1, реактора с индукционным возбуждением плазмы (ICP антенна) 2, подложкодержателя 3, подложки (материал) 4, генераторов ГВЧ-1 и ГВЧ-2.The vacuum chamber consists of a
Примеры осуществления способаExamples of the method
Пример 1Example 1
Было проведено плазмохимическое травление серии пьезокварцевых деталей диаметром 2 мм, толщиной 66 мкм на вакуумной установке Carolina РЕ 15, представленной на схеме.Plasma-chemical etching of a series of piezoelectric quartz parts with a diameter of 2 mm and a thickness of 66 μm was carried out on a Carolina PE 15 vacuum unit shown in the diagram.
Подложку 4 в виде серии пьезокварцевых деталей, с нанесенной кольцевой маской из меди с подслоем хрома помещали на подложкодержатель 3. Начальная температура подложкодержателя составляла 22°С. Через специальный шлюз подложкодержатель 3 направляли в камеру реактора 1. Затем в камеру 1 подавали газ C4F8 с расходом 2,5 л/ч, давление в реакторе устанавливали 1×100 Па. Далее с помощью генератора плазмы высокой плотности, соединенного с ICP-антенной 2, зажигали ВЧ-индукционный разряд на частоте 13,56 МГц и устанавливали мощность, вкладываемую в разряд, равной 400 Вт. Для увеличения плотности плазмы на индуктивные катушки, расположенные снаружи реактора, подавали постоянный ток величиной 1,9 А. Затем от генератора на подложкодержатель подавали переменное напряжение частотой 13,56 МГц. На первом этапе - травлении мощность, вкладываемая в подложкодержатель, составляла 300 Вт, напряжение автосмещения при этом равно 180 В, длительность этапа - 50 с. На втором этапе - пассивации мощность, вкладываемая в подложкодержатель, составляла 100 Вт, напряжение автосмещения при этом было равно 40 В, длительность этапа - 10 с. Количество циклов - 20.The
Основными показателями процесса являются скорость травления, неравномерность травления. Скорость травления пьезокварца определяли по изменению резонансной частоты монокристалла вследствие уменьшения его толщины в результате травления за известное время.The main indicators of the process are etching rate, etching unevenness. The etching rate of a piezoelectric crystal was determined by the change in the resonant frequency of a single crystal due to a decrease in its thickness as a result of etching over a known time.
Неравномерность травления определяли по формуле:The etching unevenness was determined by the formula:
(hmax-hср)100%/hcp,(h max -h cf ) 100% / h cp ,
где hmax - максимальная глубина ступеньки пьезокварца в серии (мкм);where h max is the maximum depth of the piezoelectric quartz step in the series (microns);
hcp - средняя глубина ступеньки по серии (мкм).h cp is the average depth of a step in a series (μm).
Пример 2Example 2
Осуществлялся на том же оборудовании аналогично примеру 1, но было проведено травление кремниевой пластины диаметром 100 мм со сформированным фотолитографией необходимым рисунком. При этом на первом этапе - травлении на подложкодержатель подавали мощность 288 Вт в течение 20 с, на втором этапе пассивации на подложкодержатель подавали мощность 111 Вт в течение 5 с.It was carried out on the same equipment as in Example 1, but a silicon wafer with a diameter of 100 mm was etched with the necessary pattern formed by photolithography. In this case, at the first stage — etching, a power of 288 W was supplied to the substrate holder for 20 s; at the second passivation stage, 111 W power was supplied to the substrate holder for 5 s.
Пример 3Example 3
Осуществлялся аналогично примеру 1, но травлению подвергалась кремниевая пластина, термически окисленная до SiO2 на глубину 1 мкм. При этом на первом этапе на подложкодержатель подавали мощность 281 Вт в течение 70 с, на втором этапе - на подложкодержатель подавали мощность 119 Вт в течение 30 с.It was carried out analogously to example 1, but a silicon wafer was thermally oxidized to SiO 2 to a depth of 1 μm. In this case, at the first stage, 281 W power was supplied to the substrate holder for 70 s, and at the second stage, 119 W power was supplied to the substrate holder for 30 s.
Следует отметить, что реализация способа в режиме, когда параметры мощности на подложкодержателе и длительности этапов соответствуют ниже нижних заявленных пределов, процесс травления может через некоторое время полностью остановиться из-за превышения скорости осаждения фторполимера над скоростью его удаления. При параметрах выше заявленных пределов происходит образование многочисленных дефектов, приводящих к ухудшению качества поверхности.It should be noted that the implementation of the method in the mode when the power parameters on the substrate holder and the duration of the steps are below the lower stated limits, the etching process may completely stop after some time due to the excess deposition rate of the fluoropolymer over its removal rate. At parameters above the stated limits, the formation of numerous defects leads to a deterioration in surface quality.
Результаты травления по примерам представлены в таблице.The etching results of the examples are presented in the table.
Как видно из таблицы, технический результат выражается в улучшении неравномерности травления в 2,5-3,5 раза при сохранении скорости травления.As can be seen from the table, the technical result is expressed in improving the etching unevenness by 2.5-3.5 times while maintaining the etching rate.
Кроме того, заявленный способ поясняется диаграммой двух циклов к примеру 1 (фиг.2).In addition, the claimed method is illustrated by a diagram of two cycles for example 1 (figure 2).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109693/28A RU2456702C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Method for plasmochemical etching of microelectronics material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109693/28A RU2456702C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Method for plasmochemical etching of microelectronics material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2456702C1 true RU2456702C1 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=46847581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109693/28A RU2456702C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Method for plasmochemical etching of microelectronics material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2456702C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529633C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТО-Вакуум" | Device for plasma etch chemistry |
RU2691758C1 (en) * | 2018-08-17 | 2019-06-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт имени К.А. Валиева Российской академии наук (ФТИАН им К.А. Валиева РАН) | Method of anisotropic plasma etching of silicon microstructures in a cyclic two-step oxidation-etching process |
RU2824746C1 (en) * | 2024-05-03 | 2024-08-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method for deep anisotropic plasma etching of silicon structures |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2090951C1 (en) * | 1995-06-16 | 1997-09-20 | Институт микроэлектроники РАН | Process of plasma-chemical etching of materials for microelectronics |
US6759340B2 (en) * | 2002-05-09 | 2004-07-06 | Padmapani C. Nallan | Method of etching a trench in a silicon-on-insulator (SOI) structure |
US7056830B2 (en) * | 2003-09-03 | 2006-06-06 | Applied Materials, Inc. | Method for plasma etching a dielectric layer |
RU2332749C1 (en) * | 2004-07-02 | 2008-08-27 | Улвак, Инк. | Etching method and etching system |
RU2339115C2 (en) * | 2003-04-09 | 2008-11-20 | Лам Рисёрч Корпорейшн | Plasma etching method with usage of intermittent modulation of gaseous reagent |
US7855150B2 (en) * | 2002-10-14 | 2010-12-21 | Robert Bosch Gmbh | Plasma system and method for anisotropically etching structures into a substrate |
-
2011
- 2011-03-16 RU RU2011109693/28A patent/RU2456702C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2090951C1 (en) * | 1995-06-16 | 1997-09-20 | Институт микроэлектроники РАН | Process of plasma-chemical etching of materials for microelectronics |
US6759340B2 (en) * | 2002-05-09 | 2004-07-06 | Padmapani C. Nallan | Method of etching a trench in a silicon-on-insulator (SOI) structure |
US7855150B2 (en) * | 2002-10-14 | 2010-12-21 | Robert Bosch Gmbh | Plasma system and method for anisotropically etching structures into a substrate |
RU2339115C2 (en) * | 2003-04-09 | 2008-11-20 | Лам Рисёрч Корпорейшн | Plasma etching method with usage of intermittent modulation of gaseous reagent |
US7056830B2 (en) * | 2003-09-03 | 2006-06-06 | Applied Materials, Inc. | Method for plasma etching a dielectric layer |
RU2332749C1 (en) * | 2004-07-02 | 2008-08-27 | Улвак, Инк. | Etching method and etching system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529633C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТО-Вакуум" | Device for plasma etch chemistry |
RU2691758C1 (en) * | 2018-08-17 | 2019-06-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт имени К.А. Валиева Российской академии наук (ФТИАН им К.А. Валиева РАН) | Method of anisotropic plasma etching of silicon microstructures in a cyclic two-step oxidation-etching process |
RU2824746C1 (en) * | 2024-05-03 | 2024-08-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method for deep anisotropic plasma etching of silicon structures |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230377843A1 (en) | Control method and plasma processing apparatus | |
US20210327681A1 (en) | Control method and plasma processing apparatus | |
KR100302167B1 (en) | Plasma Treatment Equipment and Plasma Treatment Methods | |
TWI356452B (en) | Plasma control using dual cathode frequency mixing | |
KR101286242B1 (en) | Semiconductor device fabricating method | |
KR100319664B1 (en) | Plasma Treatment Equipment | |
JP6431557B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
US9502219B2 (en) | Plasma processing method | |
WO2018170010A1 (en) | Surface modification control for etch metric enhancement | |
TWI444109B (en) | Plasma processing device and plasma processing method | |
US20130228550A1 (en) | Dry etching apparatus and method | |
JP2019216140A (en) | Deposition device and cleaning method in deposition device | |
JP2012222295A (en) | Method for cleaning plasma processing apparatus and plasma processing method | |
WO2008026712A1 (en) | Plasma generating method, organic material film etching method, negative ion generating method and oxidizing or nitriding treatment method | |
JPH11219942A (en) | Dry etching and manufacture of semiconductor device | |
JP2008085288A (en) | Plasma processing apparatus of substrate, and plasma processing method thereof | |
JP4405588B2 (en) | Plasma doping apparatus and method, and semiconductor device manufacturing method | |
JP2013120800A (en) | Semiconductor device manufacturing method and measurement method in semiconductor etching process | |
Baars-Hibbe et al. | High frequency glow discharges at atmospheric pressure with micro-structured electrode arrays | |
RU2456702C1 (en) | Method for plasmochemical etching of microelectronics material | |
US11699577B2 (en) | Treatment for high-temperature cleans | |
TWI636152B (en) | Auxiliary device for plasma enhanced chemical vapor deposition reaction chamber and deposition method thereof | |
US11367591B2 (en) | Composite plasma modulator for plasma chamber | |
US11773484B2 (en) | Hard mask deposition using direct current superimposed radio frequency plasma | |
TWI588939B (en) | A silicon through hole etching method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20150707 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20151028 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160122 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |