SU1088589A1

SU1088589A1 - Method of plasma-chemical working of semiconductor wafers

Info

Publication number: SU1088589A1
Application number: SU823518203A
Authority: SU
Inventors: В.А. Сологуб; В.М. Долгополов; В.И. Иванов; О.П. Гущин; Ш.А. Хоббихожин; А.П. Медведев
Original assignee: Предприятие П/Я В-8495
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1988-04-07

Abstract

СПОСОБ Ш1АЗМОХИМИЧБСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, включающий откачку реакционного объема , загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение ВЧ-разр да, обработку поверхности пластин газоразр дной плазмой, отличающийс тем, что,,с целью повышени производительности обработки и повьшени надежности работы оборудовани , после Напуска реакционных газов на выходе из реакционного объема в насос подают газ-разбавитель и устанавливают рабочее давление 6,7-133 Па, а ВЧ-разр д возбузкдают с задержкой, определ емой по формуле: V Р t К где t- врем задержки; К- коэффициент. Р- рабочее давление; Q- расход реакционных газов; (Л Рр- но1м альное атмосферное давление; V- объем реактора.METHOD SH1AZMOHIMICHBSKOY wafer processing, comprising pumping the reaction volume, loading of the platen through a sluice device, overlap of the reaction gases, the excitation RF-discharge, the surface treatment of plates of the gas discharge plasma, characterized in that ,, in order to increase the processing performance and reliability of povsheni equipment, after filling the reaction gases at the outlet from the reaction volume, a diluent gas is supplied to the pump and the working pressure is set at 6.7-133 Pa, and the rf discharge is excited a delay defined by the formula: V P t where K t- delay time; K-coefficient. P- working pressure; Q is the flow rate of the reaction gases; (L Rr-1mmalny atmospheric pressure; V- volume of the reactor.

Description

00 00 СП00 00 SP

0000

юYu

Изобретение относитс к технологии изготовлени интегральных схем, конкретно к способам формировани рисунка на поверхности полупроводниковых пластин, и может быть использовано в электронной технике дл разработки технологических процессов создани интегральных микросхем повышенной степени интеграции (БИС, СБИС). The invention relates to the technology of manufacturing integrated circuits, specifically to methods of forming a pattern on the surface of semiconductor wafers, and can be used in electronic engineering to develop technological processes for creating integrated circuits with a higher degree of integration (LSI, VLSI).

Известен способ плазмохимической рбработки полупроводниковых пластин, заключающийс в загрузке пластин, откачке реактора до остаточного давлени , напуске реакционных газов со стабилизацией их расхода, возбуждении ВЧ разр да и стабилизации уровн ВЧ мощности, и проведении процесса обработки в течение заданного времениA known method for the plasma-chemical processing of semiconductor wafers is to load the plates, pump the reactor down to residual pressure, inject the reaction gases with their consumption, stabilize the rf discharge and stabilize the rf power, and carry out the process for a specified time.

Недостатком известного способа вл етс неконтролируемые изменени рабочего давлени в реакторе в ходе ilXM за счет протекани физико-химических процессов и изменени скорости откачки насоса, что приводит к невоспроизводимости результатов плаз- мохимической обработки и, следовательно , большому разбросу параметров приборов , а также снижению выхода годных . Кроме того, данный способ имеет недостаточуню надежность.The disadvantage of the known method is uncontrolled changes in the operating pressure in the reactor during ilXM due to the occurrence of physicochemical processes and changes in pump pumping speed, which leads to non-reproducibility of the results of plasma-chemical processing and, consequently, a decrease in the yield of . In addition, this method has insufficient reliability.

Наиболее близким техническим решением вл етс способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин , включающий откачку реакционного объема, загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение В 4 разр да и обработку поверхности пластин газоразр дной плазмой.The closest technical solution is the method of plasma-chemical processing of semiconductor plates, including pumping out the reaction volume, loading the working plates through a lock device, letting in the reaction gases, initiating B-4 discharge and treating the surface of the plates with a gas-discharge plasma.

Недостатком известного способа вл ет,с низка производительность и невысока надежность при технической реализации. Низка производительность св зана с большей инерцион нрстью системы поддержани и регулировани давлени , особенно при не .больших расходах плазмообразующей смеси и проведении многостадийной обработки пластин. Инерционность системы увеличиваетс с осаждением продуктов плазмохимических реакций на вращающихс и трупщхс поверхност х дроссельной заслонки и станках трубопровода. Это приводит к изменению качества вакуумных уплотнений в системе и по влению дополнительньпс сил трени , что, уменьшает ТОЧНОСТЬ и скорость выхода давлени The disadvantage of this method is, with low productivity and low reliability in technical implementation. The low productivity is due to the greater inertia of the pressure maintenance and control system, especially at low costs of the plasma-forming mixture and the multistage processing of the plates. The inertia of the system increases with the deposition of products of plasma-chemical reactions on rotating and dead bodies of throttle and pipeline machines. This leads to a change in the quality of vacuum seals in the system and the appearance of additional friction forces, which reduces ACCURACY and the speed of the pressure output.

на заданньш рабочий уровень. При проведении многостадийных технологических процессов, наиболее перспективных при создании ИС повьппенной степени интеграции, производительность плазмохимической обработки с использованием известного способа уменьшаетс , в несколько раз.at a given working level. When carrying out multi-stage technological processes that are most promising for creating integrated circuits of integrated integration, the productivity of plasma-chemical processing using a known method decreases several times.

Недостаточна надежность бборудовани при реализации данного способа св зана с воздействием продуктов реакции плазмохимического процесса на рабочие среды (масла) вакуумных насосов. Основной причиной шыхода из стро вакуумных насосов вл етс осмоление масел, т.е. потер ими жидкостных свойств, превращение их в консистенцию с малой текучестью. В 60-70% случаев плазмохимичёское оборудование,выходит из стро , именно по этой причине. Кроме того, под воздействием химически активных компонентов откачиваемых газов происходит и разрзш1ение внутренних поверхностей вакуумных насосов и загр знение масла продуктами такого разрушени . Обьгано откачные рредсва (механические, диффузионные насосы ) не обеспечиваютс системами очиски масла от подобных загр знений, а потому их ресурс работы в услови х проведени плазмохимических процессов не превышает 200 ч.The lack of reliability of the equipment during the implementation of this method is associated with the effect of the reaction products of the plasma-chemical process on the working media (oils) of vacuum pumps. The main reason for the loss of vacuum pumps is the tarring of oils, i.e. losing their liquid properties, turning them into a consistency with low fluidity. In 60-70% of cases, plasma-chemical equipment goes out of service, precisely for this reason. In addition, under the influence of chemically active components of the evacuated gases, the internal surfaces of the vacuum pumps are also broken down and the oil is contaminated with products of such destruction. Pumping pumps (mechanical, diffusion pumps) are not provided with oil cleaning systems from similar contaminants, and therefore their service life under the conditions of plasma-chemical processes does not exceed 200 hours.

Целью насто щего изобретени вл етс повьш1ение производительности обработки и повьш1ение надежности работы оборудовани .The purpose of the present invention is to increase processing performance and increase equipment reliability.

Поставленна цель достигаетс тем, что в способе плазмохимической обработки полупроводциковьк пластин, включающем откачку реакционного объема , загрузку рабочих пластин через шлюзовое устройство, напуск реакционных газов, возбуждение В 4 разр да и обработку поверхности пластин газоразр дной плазмой, после напуска реакционных газов, на выходе их реакционного объема в насос подают газ-разбавитель и устанавливают рабочее давление 6,7-133 Па, а В 4 разр д возбуждают с задержкой, определ ютThe goal is achieved by the fact that in the method of plasma-chemical treatment of semiconducting plates, including pumping out the reaction volume, loading the working plates through a lock device, letting in the reaction gases, exciting 4 bits and processing the surface of the plates with a discharge plasma, after letting in the reaction gases, leaving them the reaction volume is supplied to the pump with a diluent gas and a working pressure of 6.7-133 Pa is established, and B 4 discharge is initiated with a delay;

VP по формуле: t К ;;-р- где t VP by the formula: t K ;; - p- where t

врем задержки, сек; К - коэффициент 1. Р - рабочее давление, торр} Q - расход реакционных газов, л/с; РО - нормальное атмосферное давление Toppj V - объем реактора, л. Способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин заключаетс в том, что после.подачи реакционных газов в реактор на выходе из реактора в насос подают газ-разбавитель , например,азот или аргон, и путем изменени его расхода устанавливают рабоее давление в диапазоне 6,7-133 Па. После этого через врем t V Р «- - 1г Q -.РО где К- коэффициент ()j V объем реактора, л; Q - расход газа, .л/с; Р - рабочее давление, Toppj Рц - нормальное атмосферное давление , возбуждают ВЧ разр д и провод т Ьроцесс плазмохимической обработки. Подача газа-разбавител на выходе из реактора позвол ет снизить концеитрацию химически активных веществ в откачиваемом насосом потоке газа и тем самым увеличить врем использовани насоса, т.е. повысить его надежность. , Установление рабочего давлени в данном способе путем подачи газа ,разбавител и изменени его расхода происходит в несколько раз быстрее за счет отсутстви механических приводов и необходимости управлени положением дроссельной заслонки в ходе плазмохимической обработки пластин. Задержка включени ВЧ-генератора после подачи газа-разбавител на выходе из реактора св зана с установ лением стационарного значени концентрации газа-разбавител в плазмробразующей смеси реактора. При этом, как быпо установлено экспериментально , значение коэффициента в формуле (1) находитс в диапазоне , где нижн граница определ ет среднее врем пребывани частиц в реакторе, а верхн учитывает особенности откачки плазмохимических реакторов вакуумными насосами. Установлено, что при использовании в качестве газа-разбавител азота, значение К составл ет около 4. Кроме того, как было установлено экспериментально, при установлении рабочего давлени с помощью газа разбавител в диапазоне более 133 Па, обратный поток молекул этого газа счет процесса диффузш становитс неприемлемым. так как происходит значительное разбавление (5%) рабочей смеси в реакторе Это приводит к тому, что в некоторых технологических процессах, при использовании в качестве балластного газа - азота; при его содержании в плазмообразующей смеси 5% происходит дополнительна деструкци фоторезистивной маски энергией, вьщел емой при дезактивации возбужденных молекул азота на поверхности фоторезиста . При содержании же аргона в плазмообразующей смеси более 5% происходит нежелательна деструкци фоторез истивной маски за счет бомбардировки ионами аргона. Нижн граница рабочего давлени определ етс областью работы механического вакуумного насоса, и равно 6,7 Па. Пример. В откаченный до остаточного давлени реактор загружают через шлюзовое устройство партию рабочих пластин дл проведени , процесса плазмохимического удалени нитрида кремни до SiO,j, в изопланарной технологии после операции глубокого окислени . На поверхности нитрида кремни присутствует слой оксинитрида, Это предъ вл ет противоречивые требовани к проведению технологического процесса. С одной стороны, процесс должен быть селективным по отношению к SiOj,, а с другой , при(вьтолнении первого услови , трудно будет удалить слой оксинитрида с поверхности. . Поэтому наиболее оптимальной будет двухстадийна обработка, а процесс желательно проводить в установках с микропроцессорной системой управлени технологическим процессом, например 08ПХО-100Т-006, обеспечивающих организацию многостадийных технологических процессов. В этом случае, после загрузки пластин в реактор, подают реакционные газы SFg, 0 с суммарным расходом 6 л/час и путем подачи газа-разбавител Nj на выходе из реактора в меха и ский насос устанавливают рабочее давление 30 Па. Контроль проводит ЭВМ путем вьщачи уставок на блок; регулировани расхода газа-разбавител и сравнени показаний датчика давлени с заданным значением. Через врем t, равное 40 с, рассчитанное по формуле V Р t - К ) где объем реактора X о . равен 40 л, а К 4, зажигаетс ВЧразр д , устанавливаетс мощность, равна 2 кВт и в течение 30 с провод т удаление оксинитрида кремни . После этого выключают ВЧ-генератор, и с помощью увеличени расхода балластного газа устанавливают рабочее давление 90 Па, после чего через врем ,равное 25-30 с,зажигают ВЧ-ра р д и устанавливают мощность 1 кВт. В результате увеличени рабочего давлени и уменьшени -ВЧ-мощности скорость травлени чистого измен етс незначительно и равна К/мин, а скорость травлени SiO, значительно уменьшаетс (до величины 300 А/мин), что позвол ет провести процесс до конца без существенного подтрава окисла кремни Как правило, заключительна стади проводитс в течение 40-50 с. По окончании процесса обработки через шлюзовое устройство производ т выгрузку обработанных пластин и загруз новых. При этом обща продолжительность плазмохимической обработки составила около 170 с.delay time, sec; K - coefficient 1. P - working pressure, Torr} Q - flow rate of the reaction gases, l / s; PO - normal atmospheric pressure Toppj V - reactor volume, l. The method of plasma-chemical treatment of semiconductor plates consists in the fact that after supplying the reaction gases to the reactor, a diluent gas, for example nitrogen or argon, is supplied to the pump at the reactor outlet and the working pressure is adjusted to 6.7-133 Pa by changing its flow rate . After that, through time t V P «- - 1g Q -.PO where K is the coefficient () j V volume of the reactor, l; Q - gas consumption, l / s; P is the working pressure, Toppj Rc is the normal atmospheric pressure, excite the HF discharge, and carry out the plasma chemical processing. The supply of a diluent gas at the reactor outlet makes it possible to reduce the end of the chemically active substances in the pumped gas stream and thereby increase the pump usage time, i.e. increase its reliability. The establishment of the working pressure in this method by supplying gas, a diluent and changing its flow rate occurs several times faster due to the absence of mechanical drives and the need to control the position of the throttle valve during the plasma chemical treatment of the plates. The delay in switching on the RF generator after the supply of the diluent gas at the outlet of the reactor is associated with the establishment of a stationary value of the concentration of the diluent gas in the plasma-forming mixture of the reactor. In this case, as was established experimentally, the value of the coefficient in formula (1) is in the range where the lower limit determines the average residence time of the particles in the reactor, and the upper takes into account the characteristics of pumping plasma-chemical reactors by vacuum pumps. It has been found that when nitrogen is used as the diluent gas, the value of K is about 4. In addition, as established experimentally, when the working pressure is established with a diluent gas in the range of more than 133 Pa, the reverse flow of this gas molecules becomes unacceptable. as there is a significant dilution (5%) of the working mixture in the reactor This leads to the fact that in some technological processes, when used as a ballast gas, nitrogen; when it is contained in a plasma-forming mixture of 5%, an additional destruction of the photoresistive mask by energy occurs in the deactivation of excited nitrogen molecules on the photoresist surface. When the content of argon in the plasma-forming mixture is more than 5%, undesirable destruction of the photo-cutter of the intuitive mask occurs due to bombardment with argon ions. The lower limit of the working pressure is determined by the area of operation of the mechanical vacuum pump, and is equal to 6.7 Pa. Example. A batch of working plates is pumped into a reactor pumped to residual pressure through a sluice device to carry out a plasma chemical removal of silicon nitride to SiO, j, in isoplanar technology after deep oxidation. A layer of oxynitride is present on the surface of the silicon nitride. This presents conflicting requirements for the process. On the one hand, the process must be selective with respect to SiOj, and on the other, with (the fulfillment of the first condition, it will be difficult to remove the oxynitride layer from the surface. Therefore, a two-stage treatment will be most optimal, and the process should be carried out in installations with a microprocessor control system technological process, for example 08PHO-100T-006, providing the organization of multistage technological processes.In this case, after loading the plates into the reactor, the reaction gases SFg, 0 are fed with a total flow rate of 6 l / h and put meters of the diluent gas supply Nj at the outlet of the reactor to the fur pump and the sky pump sets the operating pressure to 30 Pa. The control conducts the computer by setting the unit, adjusting the flow rate of the diluent gas and comparing the pressure sensor readings with the set value. After a time t equal to 40 C, calculated by the formula V P t - K) where the volume of the reactor X about. equal to 40 liters, and K 4, ignites the high frequency, sets the power, equals 2 kW, and removes silicon oxynitride for 30 seconds. After that, the RF generator is turned off, and by increasing the flow rate of the ballast gas, an operating pressure of 90 Pa is established, after which a time of 25-30 seconds is used to ignite the RF-series and set the power to 1 kW. As a result of an increase in operating pressure and a decrease in -HF power, the etching rate of the net changes slightly and equals K / min, and the etching rate of SiO decreases significantly (to a value of 300 A / min), which allows the process to be carried out to the end without significant oxidation. silicon. As a rule, the final stage is held for 40-50 s. At the end of the processing process, the processed plates are unloaded through the lock device and new ones are loaded. In this case, the total duration of plasma-chemical treatment was about 170 s.

Параметр Parameter

Ресурс работы устадл сравнени новки до Resource of work is compared to

пособ замены масла в насосе типа ВИМ-18 Г. чmanual oil change in the pump type VIM-18 G. h

Базовый способ Предложенный способThe basic method The proposed method

Среднее врем работы дроссельной заслонки до разборки и чистки.The average time of the throttle to disassemble and clean.

200 200

6-12 350 18 896 Данный технологический процесс был сопоставлен с базовым, и приведенным в качестве прототипа. За базовый объект бьш выбран существующей технологический процесс удалени сло оксинитрида, при организации которого регулирование рабочего давлени осуществл лось путем управлени положени дроссельной заслонкой. Достижение стационарного давлени в базовом способе происходило через 400 с, что в 2,5-3 раза больше,чем в данном способе., Дл сравнени прототипа (базового объекта) с предложенным способом в таблице приведены сравнительные результаты по надежности используемых способов в промьшшенном производстве на операции плазмохимического травлени алюминиевой металлизации. ; . Таким образом, данный способ плазмохимической обработки полупроводниковых пластин позволит существенно повысить производительность процесса плазмохимической обработки и (надежность технологического оборудовани .6-12 350 18 896 This technological process was compared with the base, and given as a prototype. For the base object, an existing technological process for removing the oxynitride layer was selected, at which organization the regulation of the working pressure was carried out by controlling the position of the throttle valve. The achievement of stationary pressure in the base method occurred after 400 seconds, which is 2.5-3 times more than in this method. To compare the prototype (base object) with the proposed method, the table shows the comparative results on the reliability of the methods used in industrial production at Plasma etching operations for aluminum metallization. ; . Thus, this method of plasma-chemical processing of semiconductor plates will significantly improve the performance of the process of plasma-chemical processing and (the reliability of the process equipment.

Claims

METHOD FOR PLASMA-CHEMICAL TREATMENT OF SEMICONDUCTOR PLATES, including pumping out the reaction volume, loading the working plates through the gateway device, inflowing the reaction gases, exciting the RF discharge, treating the surface of the plates with a gas-discharge plasma, and so on with the fact that ,, in order to increase processing productivity and increase the reliability of the equipment, after the reaction gases are introduced at the outlet of the reaction volume, a diluent gas is supplied to the pump and the working pressure is set to 6.7-133 Pa, and the RF discharge excites T with a delay determined by the formula:

where t is the delay time;

K - coefficient. 1 <K ^ 5;

P is the working pressure;

Q is the flow rate of reaction gases;

? - normal atmospheric pressure;

V is the volume of the reactor.