Способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники

 

Использование: в производстве интегральных схем. Сущность: на материал, помещенный на подложкодержатель, находящийся в магнитном поле и под ВЧ-напряжением частотой 13,56 Мгц, воздействуют химически активной плазмой ВЧ-индукционного разряда пониженного давления вне зоны ее преимущественной генерации, плазму генерируют ВЧ-индукционным разрядом частотой 40-500 МГц в магнитном поле напряженностью 30-300 Э при пониженном давлении. 1 ил.

Изобретение относится к способам плазмохимического травления материалов микроэлектроники и может быть использовано в технологии производства интегральных схем.

Известен способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники [1] осуществляемый в режиме реактивного-ионного травления в плазме ВЧ-емкостного разряда в реактора диодного типа.

Недостатками такого способа являются высокая степень загрязненности плазмы продуктами распыления материалов электродов, большая энергия бомбардирующих поверхность ионов и, следовательно, высокая привнесенная дефектность.

Другой способ травления заключается в обработке материала, находящегося вне зоны генерации плазмы СВЧ-разряда или ВЧ-индукционного разряда пониженного давления [2] В этом случае создается чистая плазма с низким энергиями бомбардирующих поверхность материала ионов, обеспечивающими низкую привнесенную дефектность.

Однако недостатком такого способа травления является низкая скорость травления материалов.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков (прототипом) является способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники путем воздействия на материал, помещенный на подложкодержатель, находящийся в магнитном поле и под ВЧ-напряжением с частотой 13,56 Мгц, химически активной плазмой ВЧ-индукционного разряда частотой 13,56 МГц пониженного давления вне зоны ее преимущественной генерации, возбуждаемой в магнитном поле [3] Однако описанный способ не обеспечивает удовлетворительной равномерности травления и характеризуется низкой скоростью.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении скорости и равномерности травления.

Указанный результат достигается тем, что в способе травления материалов микроэлектроники путем воздействия на материал, помещенный в магнитное поле на находящийся под ВЧ-напряжением частотой 13,56 Мгц подложкодержатель, химически активной плазмой ВЧ-индукционного разряда пониженного давления вне зоны ее преимущественной генерации, плазму генерируют ВЧ-индукционным разрядом частотой 40-500 Мгц в магнитном поле напряженностью 30-300 Э.

На чертеже изображен реактор для реализации плазмохимического травления, где 1 корпус реактора, 2 кварцевый стакан, 3 подложкодержатель, 4 - электромагниты, 5 кремниевая пластина, 6 индуктор, 7,8 ВЧ-генераторы.

Сущность изобретения иллюстрируется примерами.

Пример 1. Способ плазмохимического травления пленки двуокиси кремния (SiO₂) на кремниевой пластине (КДБ-10, ориентации (100))-5, диаметром 100 мм осуществляют на установке "Отелло-43" в реакторе, изображенном на чертеже.

Кремниевую пластину 5 с нанесенными послойно плазмохимическим окислом (толщина слоя 0,6 мкм) и фоторезистом ФП-д51 МК (толщина слоя 1,8 мкм) со сформированным в нем рисунком помещают на подложкодержатель 3 (начальная температура подложкодержателя 20^oC), на который подают переменное напряжение частотой 13,56 МГц от генератора 8. Затем в реактор подают газ C₃F₈ с расходом 20 нсм³/мин и устанавливают давление 1,510^-3 Торр. Далее в кварцевом стакане 2, помещенном в индуктор 6, от генератора 7 зажигают ВЧ-индукционный разряд на частоте 40,68 Мгц и устанавливают вкладываемую в разряд мощность равной 350 Вт. Напряженность магнитного поля в кварцевом стакане 2 с помощью электромагнитов 4 устанавливают 60 Э. Регулируя амплитуду ВЧ переменного напряжения, подаваемого на подложкодержатель, устанавливают постоянный потенциал его смещения равным 60 В. Химически активные частицы (ионы и радикалы), генерируемые в такой плазме, распространяются в зону подложкодержателя и производят травление через рисунок фотомаски.

Последующие эксперименты отличаются от описанного величиной напряженности магнитного поля, частотой возбуждающего ВЧ-поля.

Показателями процесса яляются скорость травления, неравномерность травления, дефектность.

Скорость травления окиси кремния определяют по глубине ступеньки травления SiO₂, протравленной за известное время, измеряемой на профилометре TALYSTEP.

Неравномерность травления определяют по формуле (h^max-h_cp)100%/h_cp, где h^max максимальная глубина ступеньки SiO₂ (мкм), измеряемая в разных точках пластины; h_cp средняя глубина ступеньки травления SiO₂ (мкм) по всей пластине.

Степень дефектности травления оценивают по величине потенциала смещения подложкодержателя в плазме, определяющей энергию ионов.

В серии опытов, проведенных по предлагаемому способу получены следующие результаты: скорость травления 0,4-0,6 мкм/мин неравномерность травления 3-4% потенциал смещения 30-60 В
Для сравнения соответствующие показатели известного из прототипа способа травления, проводимого в сопоставимых условиях, составляют:
скорость травления 0,1 мкм/мин
неравномерность травления 5%
потенциал смещения 300 В
Пример 2. Способ травления фоторезиста в кислородной плазме.

Фоторезист ФП-051 МК толщиной 1,8 мкм наносится на кремниевую пластину диаметром 100 мм. В фоторезисте фотолитографическим способом формируется рисунок. Пластина устанавливается на подложкодержатель 3. Далее, как описано в примере 1, в районе подложкодержателя создается плазма ВЧ-индукционного разряда только в кислороде. Давление газа составляло 3,010^-3 Торр, вкладываемая мощность в индуктора равнялась 350 Вт. Потенциал смещения поддерживался равным 60 В.

В серии опытов, проведенных по предлагаемому способу травления, были получены следующие результаты:
скорость травления фоторезиста 0,4 0,6 мкм/мин
неравномерность травления <5%
скорость травления фоторезиста 0,2 мкм/мин
неравномерность травления 5-7%
Таким образом, в отличие от известного из прототипа предлагаемый способ позволяет значительно увеличить скорость травления и равномерность травления при низкой вносимой дефектности, обусловленной низкой энергией бомбардирующих ионов, определяемой устанавливаемым потенциалом смещения.

Формула изобретения

Способ плазмохимического травления материалов микроэлектроники путем воздействия на материал, помещенный на подложкодержатель, находящийся в магнитном поле и под ВЧ-напряжением частотой 13,56 МГц, химически активной плазмой ВЧ-индукционного разряда пониженного давления вне зоны ее преимущественной генерации, отличающийся тем, что плазму генерируют ВЧ-индукционным разрядом частотой 40 500 МГц в магнитном поле напряженностью 30 300 Э.