Способ плазмохимического травления пленок алюминия

Способ плазмохимического травления пленок алюминия

Реферат

 

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектроники, предназначено для изготовления полупроводниковых приборов, в частности интегральных микросхем, и касается плазмохимической обработки структур с нанесенными на них пленками алюминия. Целью изобретения является улучшение качества получаемых структур за счет снижения загрязнения этих структур и внутренних поверхностей реактора продуктами полимеризации. Цель достигается тем, что фоторезистивную маску перед процессом задубливают, нагревают поверхность реактора до температуры 135 - 83 ln(n) T_р.вн 573 (град К), где n - плотность дефектов на подложках, а хлорсодержащие газы подают в реактор нагретыми до температуры T_р.вн T_г 573 (град К). 1 табл.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, предназначено для изготовления полупроводниковых приборов, в частности интегральных микросхем, и касается плазмохимической обработки полупроводниковых структур с нанесенными на них пленками алюминия. Известен способ травления алюминия, где обработка подложки проводится при температуре 60^оС, а подложки размещаются на охлаждаемом электроде-подложкодержателе. Недостатком способа является полимеризации стенок реактора и вызванная этим повышенная дефектность процесса. Наиболее близким к предлагаемому является способ плазмохимического травления пленок алюминия через органические маски, включающий размещение подложек с пленками алюминия на электроде-подложкодержателе диодной системы и обработку их в хлорсодержащей ВЧ-плазме при температуре подложек ниже температуры деструкции органической маски, но выше температуры, вычисленной из уравнения Т T где Q расход газа, см³/мин; Р рабочее давление, Па, F площадь поверхности алюминия, подвергающаяся травлению (контакту с плазмой), м³; V скорость травления алюминия, нм/с. Недостатком данного способа является то, что подаваемые в реактор рабочие газы имеют комнатную температуру, что приводит к образованию продуктов полимеризации в объеме реактора, которые осаждаются на внутренних поверхностях реактора и обрабатываемых подложках, что повышает дефектность структур на них. Недостатком является и то, что на внутренних поверхностях реактора при травлении образуется полимерное покрытие, которое загрязняет подложки при их контакте с поверхностями реактора, вплоть до прилипания подложек к подложкодержателю. Следствием обоих недостатков является необходимость частых чисток, внутренних поверхностей реактора. Целью изобретения является улучшение качества травления пленок за счет снижения загрязнения обрабатываемых структур и внутренних поверхностей реактора продуктами полимеризации. Поставленная цель достигается тем, что подложки с пленками размещают на заземленном электроде-подложкодержателе диодной системы и проводят обработку их в хлорсодержащей плазме при температуре подложки ниже температуры деструкции органической маски, но выше вычисленной из условия T при этом, согласно изобретению, перед травлением органическую пленку подвергают задубливанию, а внутренние поверхности реактора, за исключением электрода-подложкодержателя, нагревают выше внутренней предельной температуры образования продуктов полимеризации, при этом хлорсодержащие газы подают в реактор нагретыми выше указанной верхней предельной температуры, но не превышающей температуру начала деструкции органической пленки. Отличием предложенного способа является нагрев газа, подаваемого в реактор для травления, и нагрев поверхностей реактора, за исключением электрода, на котором размещена обрабатываемая пластина до максимально возможной температуры, причем для газа эта температура выше верхней границы температуры полимеризации Т_св, но не выше нижней границы температуры деструкции органической маски Т_дн, а для поверхностей реактора выше предельной температуры полимеризации Т_вв. Температура полимеризации газа Т_с это такая температура, при нагреве выше которой полимер не образуется. Для полимеров типа метилстирола, метилметакрилата, стирола она составляет соответственно 61, 220, 310^оС при давлении 1 атм. Как известно, в плазме при травлении алюминия образуется целый ряд мономерных продуктов, каждый из которых характеризуется своей максимальной температурой полимеризации Т_с. А все вместе они имеют диапазон Т_с от минимальной (нижней) Т_сн до максимальной (верхней) Т_св. Температура стойкости (температура деструкции) органической маски (Т_д) составляет от 200 до 300^оС. При нижней границе Т_дн начинается частичное разрушение резиста, при верхней Т_дв наступает полная деструкция. При дополнительном задубливании диапазон Т_д может повышаться. Известно, что в плазме органическая маска нагревается на температуру Т за счет следующих источников тепла: выделения тепла при конденсации адсорбируемых атомов осажденного материала, преобразования в тепло кинетической энергии бомбардирующих поверхность пластин ионов и электронов, излучения из плазмы, тепловыделения при химических реакциях и теплообмена с окружающим газом при его нагреве. Однако нагрев за счет теплообмена очень незначителен, так как вакуум и реакционный газ разрежены и ими поэтому можно пренебречь. Вот почему верхний предел по температуре нагрева газа можно принять равным максимальной температуре стойкости (минимальной температуре деструкции) органической маски Т_дн. Однако нагрев должен быть не выше нижней границы температуры деструкции органической маски Т_дн, лишь незначительно превышая верхнюю границу предельной температуры полимерообразования Т_св. При повышении температуры газа до значения выше максимальной температуры полимерообразования в реакционном объеме реактора не происходит образования полимерных "фрагментов" (бирадикалов), которые обычно образуются в объеме, и соответственно не происходит их осаждения на внутренние поверхности реактора. В обычных условиях травления, в которых газ подают в камеру и откачивают из нее (проточные условия), во-первых, весь объем газа не успевает нагреться до высокой температуры, превышающей Т_с (при аналогии с нагревом подложки в плазме в обычных режимах травления она составляет порядка 100^оС), во-вторых, в момент возрождения в область плазмы газ, как правило, имеет комнатную температуру и даже менее ее из-за адиабатического расширения при входе. Поэтому в обычных условиях травления (без нагрева газа) происходит осаждение полимера как на поверхность реактора, так и на подложку. Кроме того, образование полимера непосредственно на поверхности исключено из-за высокой температуры стенок реактора, за исключением заземленного электрода (подложкодержателя), большей верхней границы диапазона предельной температуры полимерообразования Т_с. Осаждения полимера на подложке, размещенной на заземленном электроде, также не происходит несмотря на то, что он подогревается значительно меньше предельной температуры полимерообразования Т_св, вычисленной выше из формулы (1) до Т_н. Однако дополнительный нагрев из плазмы Т (см. выше) плюс температура подогрева подложек Т_п приводят к тому, что сумма этих температур превышает предельную температуру полимерообразования Т_св, что также препятствует высаживанию полимера на подложке. Конкретизируем верхнюю предельную температуру образования продуктов полимеризации и температуру деструкции фоторезистов. При этом первый параметр целесообразно представить в виде математической зависимости от плотности дефектов на подложке, связанных с образованием продуктов полимеризации. Такое представление указанного параметра является наиболее приемлемым, поскольку невозможно конкретизировать значение предельной температуры образования продуктов полимеризации, исходя из типа органического материала, состава плазмообразущей смеси, ее давления, электрического режима и конструкции реактора. С другой стороны, как было установлено, степень образования продуктов полимеризации в объеме реактора и, следовательно, уровень дефектности подложек в процессе плазменной обработки является достаточно исчерпывающим характеристическим параметром. Действительно, при прочих равных условиях адгезионная способность выше для наименее нагреваемых поверхностей, а подложки в силу ограничений, накладываемых термостойкостью органической маски фоторезиста, относятся именно к таким объектам. При установлении математической зависимости для верхней предельной температуры образования продуктов полимеризации авторы исходили из следующих предпосылок. Процесс плазмохимического травления алюминия осуществим только в реакторах диодного типа, задающих характеристический тип бомбардировки подложек, расположенных на электроде, высокоэнерге- тичными частицами неполностью фрагментированных молекул четыреххлористого углерода. В результате распыления этими частицами поверхности фоторезистивной маски в состав плазмообразующего газа добавляется целый спектр фрагментов органических молекул, обладающих собственными способностями к полимеризации. Зависимость плотности дефектов на подложке от температуры газа, подаваемого в плазменный реактор, на основании данных таблицы аппроксимируется линейной областью, крайняя правая граница которой имеет экспоненциальный характер в виде n₁ K₁e^-K2^Tnlim, где n плотность дефектов на подложке, см²; Т_{n lim} верхняя предельная температура образования продуктов полимеризации, град К; К₁ 5 [см^-2] эмпирическая постоянная, соответствующая плотности дефектов при 0 К; К₂ 0,012 [град ^-1К] эмпирическая постоянная, характеризующая способность к объемной полимеризации многокомпонентного плазмообразующего газа. В результате получают зависимость предельной температуры образования продуктов полимеризации T_{n lim} где Т_{n lim} верхняя предельная температура образования продуктов полимеризации. Что же касается конкретного выражения необходимого диапазона температуры деструкции фоторезиста, то в описании такой диапазон указан и составляет 473-573 К. Эти данные подтверждены экспериментальным путем и хорошо согласуются с литературными данными. Таким образом, согласно изложенному выше, температура нагрева внутренних поверхностей реактора должна быть задана следующим выражением: T_{n lim} Т _р.вн. 573, где T_{n lim} где Т_{n lim} верхняя предельная температура образования продуктов полимеризации, град К; Т_р.вн температура нагрева внутренних поверхностей реактора, град К; n плотность дефектов на подложке, см^-2; К₁ 5 [см^-2] эмпирическая постоянная, соответствующая плотности дефектов при 0 К; К₂ 0,012 [град ^-1К] эмпирическая постоянная, характеризующая способность к объемной полимеризации многокомпонентного плазмообразующего газа. Отсюда T_{n lim}< 135-83 ln n и 135 83 ln (n) Т_р.вн 573. Анализ патентно-информационных источников показал отсутствие в них сведений, касающихся нагрева подаваемых в реактор для плазмохимического травления газов и внутренних поверхностей реактора. На основании изложенного выявленные отличия в сравнении с прототипом следует считать существенными. П р и м е р. На кремниевую подложку со сформированными в ней структурами МДП-транзисторов наносят магнетронным распылением пленку состава 99% Al + Si на установке "Оратория 2М". Формируют на подложке фоторезистивную маску нанесением фоторезиста ФП-051 МК на установке "Лада 150", экспонируют ее на установке "ЭМ-584" и проявляют на установке "Лада 150". Проводят задубливание фоторезистивной маски путем обработки в кислород-хладоновой (О₂ CF₄) плазме на установке "Плазма НД 125" и термообработке при 200^оС в течение 40-60 мин. На установке "Плазма НД 125ПМ" в газовой среде, состоящей на 50% CCl₄ и 50% N₂ по объему, проводят плазмохимическое травление алюминиевой пленки. Предварительное давление перед процессом составляет 2-3 Па, суммарный расход газов 80 см³/мин, плотность ВЧ-мощности 0,4 Вт/см². Площадь алюминия, подвергаемого травлению, составляет 200-260 см². Остальные параметры и результаты травления приведены в таблице. Датчик рабочего давления установлен непосредственно на реакторе установки "Плазма НД 125 ПМ". Температура подложкодержателя составляет 100-120^оС и ограничена температурой деструкции органической маски фоторезиста ФП-051 МК, начинающего разрушаться при температуре 220-250^оС (которая и получается за счет подогрева подложкодержателя и нагрева из плазмы). Нагрев смеси газов осуществляется в системе газонапуска после регулятора расхода газа путем пропускания через систему капиллярных трубок диаметром 0,8 мм. Введение в способ операции задубливания органической маски перед травлением, а также нагрев внутренней поверхности реактора за исключением электрода-подложкодержателя и реакционных газов приводит к снижению загрязнений внутренних поверхностей реактора и обрабатываемых структур продуктами полимеризации, что позволяет повысить выход годных структур в сравнении с прототипом до 35-40% а также сократить число периодических чисток реактора.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ ПЛЕНОК АЛЮМИНИЯ, включающий размещение подложек со сформированной фоторезистивной маской на заземленном электроде-подложкодержателе и обработку в хлорсодержащей ВЧ-плазме при температуре подложек ниже температуры деструкции фоторезиста, но выше температуры, вычисленной по формуле где Q - расход газа, см³/мин; P - рабочее давление, Па; F - площадь поверхности алюминия, м²; V - скорость травления алюминия, нм/с, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества получаемых структур за счет снижения загрязнения этих структур и внутренних поверхностей реактора продуктами полимеризации, перед травлением фоторезистивную маску подвергают задубливанию, внутренние поверхности реактора нагревают до температур 135-83 ln (n) < T_р.вн < 573, где T_р.вн - температура нагрева внутренних поверхностей реактора, К; n - плотность дефектов на подложках, см^-2, а хлорсодержащие газы подают в реактор нагретыми до температуры T_р.вн T_r 573, где T_г - температура подаваемых в реактор газов, К.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000