Способ реставрации пластин с пленкой поликристаллического кремния при изготовлении интегральных микросхем

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РЕСТАВРАЦИИ ПЛАСТИН С ПЛЕНКОЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛуправляющая компания холдинга ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Кисель Анатолий Михайлович Медведева Анна Борисовна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ - управляющая компания холдинга ИНТЕГРАЛ(57) Способ реставрации пластин с пленкой поликристаллического кремния при изготовлении интегральных микросхем, при котором проводят удаление поверхностной пленки диоксида кремния в водном растворе фтористоводородной кислоты с концентрацией 2-6 мас.в течение 30-90 с, проводят плазмохимическое травление до остаточной толщины пленки поликристаллического кремния 150-300 нм, после плазмохимического травления проводят удаление углеродсодержащих остатков в кислородной плазме в течение 15-40 с, проводят очистку в перекисно-аммиачном растворе и проводят химическое травление остаточной пленки поликристаллического кремния при температуре 55-65 С в течение 10-20 мин в растворе, содержащем аммиак водный, хлористый аммоний и воду при следующем соотношении компонентов, мас.аммиак водный (в пересчете на 3) 15-80 хлористый аммоний 0,04-2,0 вода остальное. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС). В технологии изготовления интегральных микросхем пленкам поликристаллического кремния (ПКК) отводится важная роль, так как пленки поликристаллического кремния являются основным конструктивным материалом при изготовлении затвора полупроводниковых транзисторов и обкладок полупроводниковых конденсаторов. При повышении степени интеграции и уменьшении топологических размеров элементов интегральных микросхем к процессам осаждения поликристаллического кремния предъявляются особые требования в части обеспечения воспроизводимости параметров пленки ПКК (толщина,равномерность, размер зерен поликремния и т.д.). В процессе формирования пленки ПКК 18443 1 2014.08.30 на рабочих пластинах используется большое количество вспомогательных пластин балластных, контрольных, пластин-спутников. Балластные пластины предназначены для комплектования реактора при осаждении ПКК постоянным одинаковым числом пластин. Контрольные пластины необходимы для проведения контрольных процессов перед основным (рабочим) процессом. Пластиныспутники подставляются непосредственно в процесс для контроля основных параметров пленки ПКК. Так как кремниевые пластины являются дорогостоящими, то производители ИМС разрабатывают способы реставрации балластных контрольных пластин и пластинспутников с целью их многократного использования и снижения затрат на производство ИМС. Известен способ реставрации пластин 1, включающий удаление части нанесенной на кремниевую пластину пленки методом химико-механической полировки (ХМР) и стравливание оставшейся части пленки химическим методом. Этот способ имеет ряд недостатков большой разброс остаточной толщины пленки после ХМР и, как следствие, повреждение поверхности кремниевой пластины при химическом травлении остаточной толщины,большие затраты на выполнение операции ХМР. Данный способ используется для реставрации пластин с пленками нитрида кремния, диоксида кремния, алюминия, борофосфоросиликатного стекла и не предназначен для реставрации пластин с пленкой ПКК. Известен способ реставрации пластин с пленкой поликристаллического кремния 2,включающий поэтапное окисление пленки ПКК с образованием диоксида кремния (2) и стравливание 2 во фторсодержащих травителях. Недостатки этого способа состоят в том, что способ является трудоемким, не позволяет без остатков удалять пленку ПКК и после удаления остаются островки ПКК. Данным способом можно реставрировать пластины с небольшой толщиной пленки ПКК (500-8000 А), что ограничивает срок службы пластин после реставрации. Наиболее близким является способ реставрации кремниевых пластин с осажденной пленкой 3, включающий удаление части пленки методом плазмохимического травления(ПХТ), стравливание остаточной толщины пленки химическим методом, очистку в перекисно-аммиачном растворе. Основной недостаток данного способа состоит в том, что способ не позволяет полностью удалить с подложки нанесенную пленку, так как после плазмохимического травления поверхность пленки маскирована углеродсодержащим слоем. Заявляемое изобретение решает задачу улучшения качества пластин после реставрации за счет исключения остатков ПКК на поверхности пластин. Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе реставрации пластин с пленкой поликристаллического кремния при изготовлении интегральных микросхем удаление поверхностной пленки диоксида кремния проводят в водном растворе фтористоводородной кислоты с концентрацией 2-6 мас.в течение 30-90 с, проводят плазмохимическое травление до остаточной толщины пленки поликристаллического кремния 150-300 нм, после плазмохимического травления проводят удаление углеродсодержащих остатков в кислородной плазме в течение 15-40 с, проводят очистку в перекисно-аммиачном растворе и проводят химическое травление остаточной пленки поликристаллического кремния при температуре 55-65 С в течение 10-20 мин в растворе, содержащем аммиак водный,хлористый аммоний и воду при следующем соотношении компонентов, мас.аммиак водный (в пересчете на 3) 15-80 хлорид аммония 0,04-2,0 вода остальное. Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед плазмохимическим травлением проводят удаление поверхностной пленки диоксида кремния в водном растворе фтористоводородной кислоты с концентрацией 2,0-6,0 мас.в течение 30-90 с, плазмохимическое травление проводят до остаточной толщины пленки 150-300 нм, после плазмохимического 2 18443 1 2014.08.30 травления проводят удаление углеродсодержащих остатков в кислородной плазме в течение 15-40 с, очистку в перекисно-аммиачном растворе проводят перед химическим травлением, химическое травление остаточной толщины пленки проводят при температуре 5565 С в течение 10-20 мин в растворе, содержащем аммиак водный, хлористый аммоний и воду при следующем соотношении компонентов, мас.аммиак водный (в пересчете на 3) 15-80 хлорид аммония 0,04-2,0 вода остальное. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. Снижение концентрации фтористоводородной кислоты меньше 2 и времени обработки меньше 30 с приводит к наличию остатков поликристаллического кремния на поверхности кремниевой пластины. Увеличение концентрации фтористоводородной кислоты больше 6 и времени обработки больше 90 с приводит к подтраву поверхности кремниевой пластины. Снижение остаточной толщины пленки ПКК меньше 150 нм приводит к подтраву поверхности кремниевой пластины. Увеличение остаточной толщины пленки ПКК больше 300 нм приводит к наличию остатков поликристаллического кремния на поверхности кремниевой пластины. Снижение температуры раствора при химическом травлении ниже 55 С и времени травления меньше 10 мин приводит к наличию остатков поликристаллического кремния на поверхности кремниевой пластины. Увеличение температуры раствора при химическом травлении выше 65 С и времени травления больше 20 мин приводит к подтраву поверхности кремниевой пластины. Снижение концентрации аммиака водного меньше 15 и хлористого аммония меньше 0,04 приводит к наличию остатков поликристаллического кремния на поверхности кремниевой пластины. Увеличение концентрации аммиака водного больше 80 и хлористого аммония больше 2,0 приводит к подтраву поверхности кремниевой пластины. В качестве примера реализации заявленного изобретения были изготовлены кремниевые пластины диаметром 150 мм с пленкой поликристаллического кремния толщиной 600 нм,осажденной на пленку термического диоксида кремния толщиной 42,5 нм. Пленка термического диоксида кремния получена методом термического окисления на установке Оксид 3 ПО. Пленка поликристаллического кремния получена методом химического газофазного осаждения при пониженном давлении из моносилана на установке Изотрон - 4-150. Изготовленные контрольные пластины реставрировали по заявленному способу и прототипу. При проведении реставрации плазмохимическое травление пленки ПКК проводили на установке -490 в газовой смеси, содержащей гелий и хлор, до остаточной толщины 100-400 нм. Химическую очистку в перекисно-аммиачном растворе состава(422211,57) проводили при температуре (70-80) С в течение 10 мин на установке КУБОК. Удаление поверхностной пленки диоксида кремния в водном растворе фтористоводородной кислоты и химическое травление остаточной толщины пленки ПКК проводили на установке КУБОК в соответствии с режимами, представленными в таблице. Удаление углеродсодержащих остатков в кислородной плазме проводили на установке Лада-35 в соответствии с режимами, представленными в таблице. После реставрации пластины контролировали на наличие остатков поликристаллического кремния и подтрава поверхности кремния. Контроль выполняли под источником сфокусированного света. Наличие на поверхности пластин областей разного цвета свидетельствовало о наличии остатков ПКК, наличие на поверхности пластин матовых пятен свидетельствовало о наличии подтрава на поверхности кремния. Полученные результаты контроля представлены в таблице. 3 18443 1 2014.08.30 Режимы реставрации пластин с пленкой ПКК и полученные результаты по контролю качества пластинпримера Примечания- время обработки Т - температура 3 - концентрация фтористоводородной кислоты 3 - концентрация аммиака 4 - концентрация хлористого аммония- наличие остатков ПКК и подтравов кремния(-) - отсутствие остатков ПКК и подтравов кремния. Примеры 2-4 иллюстрируют предлагаемое решение, пример 6 - по способу прототипа,примеры 1, 5 выходят за пределы, указанные в формуле изобретения. При выходе за указанные пределы на пластинах видны остатки ПКК и подтравы кремниевой подложки. При обработке по способу прототипа на пластинах также видны остатки ПКК и подтравы кремниевой подложки. Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет решить задачу улучшения качества пластин после реставрации за счет исключения остатков нанесенной пленки поликристаллического кремния на поверхности пластин. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4