Способ ионно-химического травления кремнийсодержащих диэлектрических пленок на кремниевых подложках

Способ ионно-химического травления кремнийсодержащих диэлектрических пленок на кремниевых подложках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(5i)-, H 01 Т, 21/306

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГО СПАТЕ НТ СССР) (21) 3366057/25 (22) 09. 11.ц1 (Аб) 15.07.93. Бюл. l" 26 (72) Н,П.Бутырин, B.H.Ликарев и А.И.Красножон (56) Авторское свидетельство СССР

И 749293, кл. Н 01 1. 21/306, опубл. 1978, (54)(57) СПОСОБ ИОННО-ХИИИЧЕСКОГО

ТРАВЛЕНИЯ КРЕМН1!ИСОЛЕРИАР,ИХ ЛИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ llJiFHAY. HA КРЕИНИЕВЫХ ПОДИзобретение относится к полупроводниковому производству и может быть применено при изготовлении кремниевых полупроводниковых планарных приборов и интегральных схем.

Известен способ ионно-химического травления двуокиси и нитрида кремния в потоке фторсодержащих ионов и электронов, заключающийся в том, что травление ведут в потоке положительных ионов фтористого водорода и пролуктов диссоциации аммиака.

Хотя в этом способе скорость трав-. ления кремнийсодержащих диэлектрических пленок примерно в 10 раз превышает скорость травления кремниевой подложки, недостаток способа заключается в том, что образующиеся при термической диссоциации фторидов аммония аммиак и фтористый водород взаимодействуют между собой на относительно холодных стенках вакуумпровода с образованием фторида аммония

NH

ЛО11КАХ, включающий ионизацию в электромагнитном поле газового потока, содержащего фтористый водород и дород, и последующую нейтрализацию положительных ионов, о т л и ч а юшийся . тем, что, с целью обеспечения преимущественного травления диэлектрических пленок в сравнении с травлением материала подложек, в газовый поток дополнительно. вводят гелий или неон в количестве О,1

70 об.l. возможно осаждение т вердофа зно го материала на нагретых до температуры ниже. ч00 К частях вакуумной камеры и обрабатываемых структурах.

Устранение этого недостатка требует прогрева всей вакуумной": системы до температуры выше 400 К, что усложняет аппаратурное оФормление способа. С)

Наиболее близким техническим ре- Д шением к изобретению является способ 1(1 ионно-химическогo травления кремний- цО содержащих диэлектрических пленок Ср на кремниевых подложках, включающий ионизацию в электромагнитном поле гаaoего потоки, copepaauteго йтоОиотый водород и водород, и последующую нейтрализацию положительных ионов.

Содержание в исходном молекулярном потоке фтористого водорода составляет 5-98,5Ф по объему.

В процессах диссоциации и ионизации паров EF с образованием положительных ионов HF имеет место ряд ре10409В0

Ne+3

24 59 эВ +

-- --- — -> Не + 2 е

НГ+е H +F

F+A F ф +

Не +е

21 56 эВ

А

Ne+2 е

Ne+ е

16 01 эВ HF + 2 е

F + е Р

Н + -HF

+ +

4 65 эВ

HF + - --«"- Н + Г акций, сопровождающихся образованием

Фтор-ионов, например

HF+e — Н +F +е

Однако присутствие в потоке зна- 1п чительного числа Фтор-ионов приводит к увеличению скорости травления кремния по сравнению с диэлектрическими пленками, Ионы водорода. частично снижают концентрацию Фтора в ионном потоке вследствие протекания в нем реакций, например, типа

В результате по способу-прототипу удается получить соотношение скоросте двуокиси кремния и кремния от 25

1,2:1 до 12:1 и нитрида кремния и кремния от 1:1 до,4,5:1.

В то же время при одновременном травлении разновысоких пленок окисла кремния и нитрида кремния на кремнии gg такое соотношение скоростей оказывается недостаточным для преимущественного травления указанных пленок.

Целью изобретения является обеспечение преимущественного травления диэлектрических пленок в сравнении с травлением материала подложки, Цель достигается тем, что по способу ионно-химического травления кремнийслдержащих. диэлектрических пленок на кремнйевых подложках,включающему ионизацию в электромагнитном

ïîàå газового потока, содержащего

Атористый водород и водород, и последующую нейтрализацию положительных ионов, в газовый поток вводят гелий или неон в количестве 0,1-70 об."ь .

Вущность способа заключается в следующем.

Газовый поток, состоящий из фтористого водорода водорода, гелия и неона, вводят в формирователь ионного потока, где в области плазмы при качальном воздействии электронного удара, а далее и при взаимных соударениях ионов, нейтральных молекул и радикалов происходят процессы возбуждения атомов диссоциации молекул и их ионизации типа

20 96-24 44 эВ

Не+ е. Не +е

18 38 — 21 31 эВ +

+ Ne +е

5 75эВ

НР+е а ь Н+ Р+

3 6эВ ф

+ е - ---ФН+ Г

+ Е>1601 эВ +

НР + Не +НГ +Не

Е>16 01 эВ + +

HF + Ne ----- -----+ HF + Ne

«17 4эВ + + р + Ne -- -----" F + Ne + 2 е

4 5 эВ

Н + е ->----3» Н+ Н+ е г

154эВ + ф

Н + Не -- ----3 Н + е + Не г z

1838 эВ + +

Н + He -- -----+ Н + Н + е.

При этом в области низкотемпературной плазмы смеси молекулярных Р Н и инвертных газов (Не или Ne) происходит эффективная пеннинговская ионизация молекулярных газов за счет тушения метастабильных атомов- Не или Ne, т.к. потенциалы первой ионизации молекул фтористого водорода (16,01 эВ) и водорода (15,43 эВ) меньше энергии минималь-. ного возбуждения атома. гелия: 20,62 эВ для перехода парагелия из состояния (1 S †8 ) в метастабильное состояние 2 S -(S ) или 19,82 эВ для перехода в состояние 2 S (3 S) - для ортогелия, а также для атомов неона - 10,30 эВ при переходе

2 р - Я,.-+ 3 р (1/2).

Для других инертных газов энергия тушения возбужденных атомов значи%l тельно ниже 1б эВ и недостаточна для ионизации молекул Фтористого водо".. рода.

Таким образом, введением во входящий газовый поток, содержащий фтористый водород и водород, неона или гелия обеспечивают увеличенное образование ионов НГ" в общем ионном потоке.

5 10409

В дальнейшем положительные ионы переводят преимущественно в молекулярное состояние путем созрания объемного отрицательного заряда электронов в пространстве реакционной камере между плазменным разрядом.и обрабатываемыми структурами.

В результате нейтрализации обладаюц|ие таким же первоначальным импуль- 1g сом как и ионы HF молекулы HF соударяются с поверхностью обрабатизаемых структур, в результате чего осуществляется травление диэлектрических кремнийсорержащих пленок в соответст" 15 вии с реакциями

4 HF + SiO SiF + 2 HãО

12 HF + Si>N — 3 Я1Г + 4 NH>

Ввиду преобладающего образования ионов НГ+ по сравнению с ионами Р и соответственно молекуг НГ по сравнению с атомами Г в ионно"атомномолекулярном потоке в конечном счете происходит усиленное травление кремнийсодержащих пленок по сравнению с кремнием подложки.

Примеры конкретного осуществления способа ° ЗО

Процесс ионно-химического травления кремнийсодержащих диэлектрических пленок на кремниевых подложках осуществляют в установке типа УР11.3.

279.053.

Определенное количество паров фтористого воророда помещают в герметичный резервуар, термостатируемый с помоцью термостата.

Через устройства для дозирования малых расходов газов пары фтористого водорода, водорода, неона или гелия через вакуумпровод поступают в формирователь ионного потока. В Форииро" вателе пор воздействием электромаг" нитного поля от источника питания создается газовая плазма низкого давления, в которой протекают реакции диссоциации, ионизации и др., 50

С помощью электрической составляющей электромагнитного поля иэ плазмы вытягивают поток положительных ионов тористого водорора и водорода, гелия или неона. 55

Нить накала, помещенная в объел в . между плазменным раэряром и погупроводниковыми структурами, эммитирует. электроны, образуюцие облако от80 6 рицагельного заряда, которо"., ей ;:алиэует положительные ионы, переводя их в атомное и молекулярное состояние„. Нейтрализация ионов, в частности, фтористогo водорода необходима для того, чтобы устранить накопление положительного заряда на диэлектрических слоях обрабатываемой структуры.

Нолекулы штористого водорора, взаимодействуя с. молекулами кремнийсорержащих диэлектрических пленок, производят интof ñèâíoå травление последних.

Режимы процесса, а также скорости травления полупроводниковых структур с диэлектрическими кремнийсодержащими пленками на кремниевых подложках с кристаллографическей ориентацией кремния в плоскости (III) B зависимости от содержания нейтральных газов (гелия или неона) и водорода в общем газовом потоке показаны в таблице.

Изменение содержания, например, гелия в газовом потоке HF + Н + Не в диапазоне от 0,1 о6.4 до 70 об.Ф приводит по сравнению с прототипом (НР + Н ) к увеличению соотношения скоростей травления, например, двуокиси кремния и кремния в 1,1

1,3 раза и изменяется в пререлах от

4,5:1 до 13,5:1.

При увеличении сорержания гелия выше 70 об.4 соотношение скоростей травления уменьшается до значения

- 4:1 — нижнего предела селективности травления, которое еще удовлетворяет требованиям технологии производства полупроворниковых приборов на основе кремния.

Аналогично изменяется селективность травления и при изменении содержания неона в потоке HF+Hz+Ne (см. таблицу)„

Применение данного способа позволяет релать сухую 4отогравировку по разновысоким слоям окисла или нитрида кремния на кремнии при том же допустимом подтравливании кремния в окнах, вскрытых на ранних стадиях одного и того же процесса ИХТ. Полученное .увеличенное соотношение скоростей травления окисла кремния и кремния в 1,3 раза позволяет во столько we увеличить разность толщин обоабатываемых слоев окисла или

1040980

ИХТ в производстве биполярных и ИДП

БИС, увеличивает процент выхода годных -приборов.

l уменьшить травление в окнах, что заметно расширяет диапазон технологических воэможностей применения

Состав, Общее об.Ф давление, Па ° 10

Ток разряда, Ip, А

Напряжение анода Ю, кВ

Скорость травления, нм/с 10

Состав, об.З

Я102 термич.

Si Ny

Si (III) Гаэ

Не+Н +НР

Не

О,!

0,1

1,5

1,4

5,2

2 3

0,1

20

10

1,5

5

12

5,8

Гаэ

Не+На+НР

3,3

3,0

3,0

Н

63

0,1 а

3

1,5

0,5

0,6

1 0

18

30 t7

5,1

Редактор Г.Берсенева Техред М.Иоргентал

Корректор M.ÀíääóLUeíêo заказ 2834 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Носква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"., г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

0,1 3,5

50 3,3

70 3,4

63 3,0

56 2,5

35 3,2

35 2,5

0,1 3,0 п,1 2,5

1О 3,0

0,1 2,5

50 3,0

70 3,2

0,5

0,5

0,6

0,6

1,5

0,8

1,4

1,0

1,8

1,0

1,4

1,4

1,4

3,5

4,3

4,1

4,!

4,1

4,3

4,5

4,6

28 !

16

31

33

41

34

6

18

14

20.