Способ ионно-химического травления двуокиси кремния или нитрида кремния

Способ ионно-химического травления двуокиси кремния или нитрида кремния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) - (11) (51)5 Н 01 L 21/306

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

HF+e HF +2е

HF + е -Н F++ е - Н + F (21) 2762323/25 (22) 04.05.79 (46) 15.07.93. Бюл. 3Ф 26 (72) С.С.Булгаков, А.P.Êîñîïëåòêèí и

А.И.Красножон (56) Технологическая карта 490.734.346 тк изготовления СВЧ-транзисторов, Воронеж. (54)(57) СПОСОБ ИОННО-ХИМИЧЕСКОГО

ТРАВЛЕНИЯ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ ИЛИ

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии и производству полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Целью изобретения является повышение качества травления.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе ионно-химического травления двуокиси кремния или нитрида кремния путем обработки в потоке положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода, обработку проводят в потоке положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды при содержании фтористого водорода в исходном молекулярном потоке 33-99,9 об.;(».

На чертеже изображена схема получения потока положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды, Предлагаемый способ ионна-химического травления двуокиси и нитрида кремния осуществляют следующим образом.

Определенное количество раствора 1 фтористого водорода в воде, необходимое для непрерывного проведения процесса травления двуокиси или нитрида кремния

НИТРИДА КРЕМНИЯ путем обработки в потоке положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества травления, обработку проводят в потоке положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды при содержании фтористого водорода в исходном молекулярном потоке 33-99,9 об. . на кремнии, помещают в герметичный резервуар 2, помещенный в термостат 3. Пары а фтористого водорода и воды поступают через кран-дозатор 4 и вакуумпровод 5 в камеру 6, в которой под воздействием электромагнитного поля от источника энергии 7 происходит диссоциация и ионизация Я фтористого водорода и воды. При этом на выходе камеры 6 создают поток 8 положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды, который 4 дополняют потоком электронов для компен- фь сации накапливающегося на диэлектрике ф положительного заряда, Поток 8 направляют на подложку 9 со слоем 10 двуокиси или нитрида кремния 10 и маской 11, находящуюся в вакуумированном обьеме 12.

В камере 6 при начальном воздействии электронногоудара,адалееиприаэаимник 1н» соударениях ионов и нейтральных молекул и радикалов молекулы фтористого водорода и воды претерпевают ряд превращений типа

774478

HF -+ Н++ F

Н20+ е -+Н++ ОН+в

Hz0+e - Н+ОН+е

F +OH FO+ Н, образуя на выходе камеры 6 в направлении подложки 9 в соответствии с электрической составляющей поля поток положительных ионов вида; HF, H+, ОН и частично нейтральных молекул и радикалов вида HF, kz0, Но, ОНО, F, FO, концентрация которых зависит от степени диссоциации молекул фто- "5 ристого водорода и воды, т.е. от удельной мощности электромагнитного поля на единицу массы газа. Положительные ионы HF+, нейтрализованные íà поверхности подложки потоком электронов, обладающие высо- 20 кой реакционной способностью, взаимодействуют с двуокисью и нитридом кремния с образованием летучих соединений SIF4, НзО, Nz. С кремнием фтористый водород не взаимодействует.

Присутствие в потоке избытка положительных ионов водорода способствует ассоциации его со свободными радикалами фтора в потоке и тем самым определяет преимущественное попадание на поверх- 30 ность подложки ионов и молекул фтористого водорода, Изменяя удельную мощность электромагнитного поля в камере 6, изменяют концентрацию в разной степени реакционноспособных ионизированных продуктов диссоциации, фтористого водорода и воды, взаимодействующих с кремнием, и, таким образом, управляют скоростью травления кремния, доводя до нужной вели- 40 чины селективность травления $!Ог/$! или

SIGN$1.>

В качестве источника паров фтористого водорода и воды используют химически чи- 45 стую фтористоводородную кислоту с концентрацией 47-70 масс. .

Использование выпускаемой химической промышленностью фтористоводородной кислоты с концентрацией 70 и имеющей, например, при температуре испарения +10 C, давлении паров НР 90 торр и паров HzO 0,1 торр, приводит к изменению содержания фтористого водорода в исходном молекулярном потоке до 55

90/90,1-0,099, или 99,9 масс., что позволяет получить при тех же режимах процесса селективность травления SIOz/Si лучше, чем 12:1.

По мере истощения используемого раствора фтористого водорода его концентрация уменьшается до концентрации, соответствующей азеотропному составу, т.е. 38,3 масс. при нормальном атмосферном давлении.

Использование 38,37-ного раствора фтористого водорода в воде, соответствующего азеотропному составу при нормальном атмосферном давлении, при испарении его в условиях повышенного давления в резервуаре приводит к тому, что, в соответствии со вторым законом Вревского, состав нераздельно кипящей смеси при увеличении общего давления изменяется в сторону уменьшения содержания компоненты с меньшей дифференциальной теплотой парообразования, т.е. HF, и составляет в исходном молекулярном потоке примерно 33 масс,% при давлении в резервуаре примерно 3 атм, Способ иллюстрируется примерами его осуществления при оптимальном и граничных значениях.

Пример 1. Помещают 100 мл 47 раствора фтористого водорода в воде во фтороппастовый герметичный резервуар 2, поддерживаемый в термостате при температуре 20 — 50 С, при этом общее давление паров насыщения изменяют от 2 до 20 торр (260 Па — 2,6 кПа). По вакуумпроводу из полиэтилена через кран-дозатор полученные пары поступают в источник ионов "Радикал", в котором поток паров, проходя через зазор со скрещенными электрическими и магнитными полями, претерпевает ионизацию и частичную диссоциацию. На выходе источника ионов при ускоряющем напряжении 0,5-5 кВ и токе источника ионов 60-400 мА получают поток положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды. Используя термоэпектронную эмиссию компенсируют положительный заряд, образующийся на поверхности диэлектрика на подложке 9.

При давлении 10 торр, ускоряющем напряжении 2 кВ и токе 300 мА получают соотношение скоростей травления термически выращенного SIOz u Si $-10:1. При давлении5 10 торр,ускоряющемнапряжении4 кВ и токе 400 мА получают соотношение

$!Ог!$! S=8:1, дпя SI384/Si $=4:1.

Пример 2. Помещают 100 мл 70 масс. раствора фтористого водорода в воде во фторопластовый герметичный резервуар 2, поддерживаемый в термостате при температуре 5-50 С. По вакуумпроводу через кран-дозатор полученные пары поступают в источник ионов "Радикал", в котором поток паров, проходя через зазор со скре774478

Составитель П.Петров

Техред M. Моргентал Корректор M.Àíäðóøåíêo

Редактор Г.Берсенева

Заказ 2833 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент-", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 щенными электрическими и магнитными полями, претерпевает ионизацию и частичную диссоциацию.

На выходе источника ионов при ускоряющем напряжении 0 5-5 кВ и токе источни-. 5 ка ионов 50-500 мА получают поток положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды. Используя термоэлектронную эмиссию, компенсируют положительный заряд, образующийся на 10 поверхности диэлектрика на подложке 9.

При давлении 10 торр, ускоряющем напряжении 1,5 кВ и токе 500 мА получают соотношение скоростей травления термически выращенного SI0z и Sl $=12:1, для Я!зМ4 15 и Si $-4

Пример 3. Помещают 200 мл 38,5 масс,(, раствора фтористого водорода в воде во фторопластовый герметичный резервуар 2, поддерживаемый в термостате при 20 температуре 50-140 С. По вакуумпроводу через кран-дозатор полученные пары поступают в источник ионов "Радикал".

На выходе источников ионов при ускоряющем напряжении 0,5 — 5 кВ и токе источ- 25 ника 50-400 мА получают поток положительных ионов продуктов диссоциации фтористого водорода и воды.

Используя термоэлектронную эмиссию, . компенсируют положительный заряд, обра- 30 зующийся на поверхности диэлектрика на по

При давлении 5 .10 торр, ускоряющем напряжении 3,5 кВ и токе 440 мА получают соотношение скоростей травления термически выращенного SIOz и $! S-6:1, для Я!зй4 и Sl $=3:1.

Предлагаемый способ отличается высокой по сравнению с известными ионноплазменными способами, селективностью процесса травления двуокиси и нитрида кремния по отношению к кремнию. Это качество позволяет использовать его при проведении операции сухой фотолитографии по диэлектрическим пленкам $10z и $!зй4 на кремнии взамен применяемых способов.

Например, при селективности $-12:1 при одновременном травлении разновысокого окисла толщиной 0,8 и 0,3 мкм до кремния за время от вскрытия окисла 0,3 мкм до вскрытия окисла 0,8 мкм кремний протра0,8 — 0,3 0,5 вится на глубину — 0,04

12 12 мкм=400 А, что гораздо меньше глубины рп-переходов, в том числе и эмиттерных.

Применение предлагаемого способа дает значительный технико-экономический эффект эа счет экономии дорогостоящих химических реактивов, повышения выхода годных приборов благодаря улучшению качества фотолитографического рисунка высокого разрешения (0,5-1 мкм), улучшения