Спосіб плазмохімічного травлення полікремнію

Даний винахід відноситься до галузі мікроелектроніки і може бути використаний в технології формування структур МОН транзисторів великих інтегральних схем (ВІС) і комутаційних шин в гібридних інтегральних схемах (ГІС). При виготовленні ВІС необхідне використання різних способів формування високоточного переносу топології з фотошаблону на кремнієву підкладку, виконаних процесами фотолітографії. Вимоги до точності переносу рисунків з фотошаблону на підкладку задовільняються при використанні методів сухого травлення в газовому розряді (плазмі), які забезпечують високу анізотропність та селективність травлення без радіаційних пошкоджень. Електричний розряд в газі при низьких тисках веде до його іонізації і генерації катіонів, аніонів, радикалів і коливальному збудженню багатоатомних молекул. Плазма утворюється при зовнішньому або внутрішньому ВЧзбудженні фтор- або хлорвмісних реагентів при низькому тиску в реакційній камері. Найбільш широко використовується в те хнології ВІС реактивне іонне травлення і плазмохімічне травлення в системах з паралельними електродами. Ці методи забезпечують високу рівномірність травлення, що дозволяє реалізовувати необхідні розміри витравлених елементів. Швидкість, селективність і анізотропія травлення визначаються різними параметрами, включаючи склад і тиск робочого газу, частоту високочастотного збудження, потужність розряду. Однак необхідний дальший розвиток цих методів з метою забезпечення оптимізації селективності контролю профілю травлення, відтворюванності, стабільності і технологічності процесу сухого травлення. Покращення селективності і анізотропності профілю травлення стає особливо важливим по мірі дальшого зменшення розмірів елементів ВІС. Пасивація бокових стінок профілю травлення полімерними плівками відіграє важливу роль в сповільненні травлення в реакторі будь-якого типу без залежності від тиску і потоку газів і визначається фізико-хімічними властивостями фоторезисту. Цей процес є хімічним з "in situ" резистним механізмом, що сильно підсилює анізотропію травлення. Можна виділити три основні канали впливу на процес анізотропного травлення: - іони порушують ковалентні зв'язки в кремнії, що призводить до збільшення швидкості травлення; - іони самі по собі є чисто хімічно активними травниками, наприклад F-або СІ-іони; - іонне бомбування очищує горизонтальну поверхню від пасивуючої полімерної плівки, а бокові стінки не зазнають прямого іонного бомбування. Повний контроль за всіма параметрами плазмо-хімічної обробки необхідний для досягнення високої селективності і заданого профілю травлення, яким можна було б технологічно управляти. В даний час такий контроль затруднений і базується в основному на експериментальне встановлених закономірностях. Аналогом даному винаходу може бути спосіб плазмохімічного травлення полікремнію [1], згідно якого травлення плівки полікремнію здійснюється в плазмі високочастотного тліючого розряду за рахунок взаємодії з оброблюваною поверхнею реакційне здатних радикалів, які створюються в результаті активації реакційного газу високочастотним розрядом. Основний параметр травлення - профіль (нахил стінок при мінімальній зміні ширини лінії) змінюється в процесі травлення плівки полікремнію внаслідок ерозії плівки фоторезисту і зміни співвідношення F/C. Введення додатково кисню до СF4 приводить до вилучення полімерних або вуглецевих шарів, що суттєво погіршує анізотропність травлення. Ґрунтовне вивчення профілю травлення полікремнію вказує на незалежність величини бокового підтраву від характерного розміру його структури і говорить про те, що відповідальним за зменшення ширини є склад газу, на основі якого формується плазма. В даному випадку анізотропним травленням важко управляти, так як на ерозію фоторезисту впливає багато фізико-хімічних параметрів самої плівки фоторезисту. Анізотропність травлення визначається не тільки направленим потоком заряджених іонів, значний вклад вносить ерозія фоторезисту, захисна плівка електроду. Таким чином, основним недоліком описаного вище аналогу є те, що практично неможливо технологічно управляти як селективністю, так і профілем травлення полікремнію під час плазмохімічного процесу. З другого боку, така полімерна плівка на бокових стінках полікремнію не забезпечує стабільності електрофізичних параметрів: поверхневого опору, температурного коефіцієнту опору полікремнієвих резисторів. Прототипом заявленому те хнічному рішенню може бути спосіб плазмохімічного травлення полікремнію, незалежно від рівня його легування [2], згідно якому забезпечується анізотропне травлення як n-, так і р- типу полікремнію на одній кремнієвій підкладці з одинаковими швидкостями. Першочергово знімається природний окисел при травленні в звичайних травниках. З цією метою застосовують СІ- або F- гази, а також сполуки на основі фреонів. При використанні суміші SіСІ4/СІ2 обробка проводиться протягом 5-20с. Потім полікремній травлять в суміші газів, що складається на 75% з Н2 і галогеновмістимого газу, наприклад СI2. Одержана швидкість травлення складала 30-50нм/хв на партії підкладок в залежності від вмісту водню, потужності, швидкості потоку газової суміші і тиску. Однак, даний прототип має дуже суттєві недоліки: - процес малотехнологічний через застосування на різних етапах травлення різної кількості реагентів; - велика токсичність внаслідок застосування хлорних газів; - низька відтворюваність профілю по пластинах партії; - використання в процесі водню, що надає процесу вибухонебезпечність; - неможливість управління профілем травлення під час плазмохімічного травлення. В основу даного винаходу поставлене завдання створити такий спосіб плазмохімічного травлення полікремнію, в якому оптимально підібрані газова суміш, а режим формування плазми забезпечує на протязі всього циклу травлення підкладки високу те хнологічність і анізотропність травлення легованих і нелегованих шарів полікремнію. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі плазмохімічного травлення, який включає в себе технологічні операції формування фотокопії: хімічну обробку підкладок в парах гексаметилдісалазану, нанесенння плівки фоторезисту, його сушку і експонування, проявлення проекспонованих ділянок, дублення плівки резисту, плазмохімічного травлення, згідно винаходу, процес плазмохімічного травлення проводиться в суміші газів, в склад якої входить: травильний елегаз SF6, галогновмістимий газ, який може формувати на боковій поверхні полікремнію плівку, і газ, здатний реагувати з поверхнею полікремнію, знаючи її властивості з утворенням або оксиду, або оксинітриду, або карбіду кремнію і температурі підкладки -25 ¸ +25°C . Такий процес плазмохімічного травлення забезпечує одноразове травлення плівки полікремнію в плазмі травильного елегазу SF6 і осадження плівки на бокових стінках за рахунок або газового анодування киснем, або нітридізації азотом, або карбідізації вуглецем. Утворені таким чином пасивуючі плівки на бокових стінках полкремнію забезпечують не тільки високу стабільність опору шин розводки і температурного коефіцієнта опору полікремнієвих резисторів, але і високу анізотропність травлення (Af=1). Для забезпечення однорідних і повторюваних швидкостей травлення знижують температуру підкладок компонентів нижче 0°С, що приводить до зменшення швидкості бокового травлення за рахунок збільшення швидкості термічної десорбції плазмових компонентів травлення з бокових стінок і дозволяє вести процес анізотропного травлення без подачі галогеновмістимого газу. Приклад реалізації заявленого технічного рішення. На даний технологічний процес підготовлена технологічна карта для виконання плазмохімічного травлення полікремнію при формуванні структур мікросхем с. КР 1008 на установці плазмохімічного травлення ОВПХО125/50-008 /додаток/ в режимі: - попередня очистка проявлених ділянок в плазмі кисню /розхід кисню 2л/год при тиску 27 Па; час 10с, потужність 250±50Вт, температура 10°С - плазмохімічне травлення полікремнію при тиску 25±10Па з розходом SF6 - 8±2л/год, С2F3Сl3 - 2±1л/год, O2(N2 або СO2) - 0,8±0,2л/год, потужність 150±50Вт, час 1,5хв, температура - 10°C±5°C. Література: 1. У. Моро. Мікролітографія. Принцип, методи, матеріали в двох частинах, ч.№2, стор.948-1006, М., "Мир", 1990р. 2. Патент №4992134 США МКВ 5 HOIL21/306 Gupta Subhash, Sahota Kashmir; Advaced Micro Devsces, Inc. №436282 заявл. 14.11.89р., опубл. 12.02.91p. HKI 156/628.