Способ травления пленки диоксида кремния при аэрозольной химической очистке полупроводниковых пластин

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ПРИ АЭРОЗОЛЬНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Кисель Анатолий Михайлович Медведева Анна Борисовна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Способ травления пленки диоксида кремния при аэрозольной химической очистке полупроводниковых пластин, включающий травление пластин в разбавленной плавиковой кислоте, промывку в деионизованной воде, сушку в горячем азоте, отличающийся тем,что перед травлением выполняют термостабилизацию поверхности пластин путем подачи деионизованной воды комнатной температуры в течение 3-7 мин при вращении пластин со скоростью 20-200 об./мин и сброса воды с пластин при вращении со скоростью 350-450 об./мин в течение 10-25 с. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных микросхем (ИМС) и полупроводниковых приборов. Одним из главных путей обеспечения роста степени интеграции при изготовлении полупроводниковых приборов является уменьшение линейных размеров элементов схем,которые в течение нескольких десятилетий снизились от уровня сотен микрон при изготовлении первых дискретных приборов до уровня менее одного микрона при изготовлении сверхбольших интегральных схем (СБИС). Для реализации субмикронных размеров элементов СБИС необходимо обеспечить высокую точность не только при формировании рисунка, но и при последующем травлении маскирующего слоя диэлектрика, что обуславливает выполнение требований к стабильности и воспроизводимости скорости травления диэлектрика, в качестве которого используется, как правило, диоксид кремния (2). Известен поштучный способ травления пленки диоксида кремния 1. По данному способу пластина размещается на вращающемся столике, на который подается вначале раствор фтористоводородной кислоты , затем вода, после чего производится сушка путем вращения пластины на том же столике. Недостатками данного способа являются маленькая производительность, остатки загрязнений на пластинах в виде водных пятен,так как трудно регулировать сброс воды с пластин, большой разброс скорости травления и, как следствие, снижениевыхода годных ИМС. Известен групповой иммерсионный способ травления пленки диоксида кремния 2. По данному способу группа пластин погружается в ванну с раствором фтористоводородной кислоты и выдерживается там необходимое время. Затем пластины переносятся в 17333 1 2013.08.30 ванну с водой и промываются, после чего переносятся в центрифугу и сушатся. Недостатками данного способа являются возможность попадания на пластины загрязнений при переносе пластин от одной позиции к другой накопление загрязнений в ванне травления и переосаждение их на пластины в процессе обработки большой расход химикатов большой разброс скорости травления и, как следствие, снижениевыхода годных ИМС. Наиболее близким к заявляемому способу является аэрозольный способ травления пленки диоксида 3, включающий травление в , промывку в деионизованной воде, сушку в горячем азоте. При этом все операции (травление, промывка, сушка) выполняются в одной реакционной камере. При травлении диоксида кремния аэрозольным способом трудно поддерживать постоянную комнатную температуру в процессе травления. Это связано с тем, что при сушке пластин нагретым азотом происходит нагрев всех элементов реакционной камеры(стенки камеры, карусель, поверхность крышки) и при травлении следующей партии пластин температура в камере может значительно отличаться от комнатной. Это приводит как к увеличению скорости травления, т.е. отклонению от номинала и снижению стабильности, так и к большому разбросу скорости травления между процессами и, соответственно, к снижениювыхода годных ИМС. В настоящее время из-за высокой производительности и относительной дешевизны способ аэрозольной обработки находит широкое применение в технологии изготовления полупроводниковых приборов, поэтому проблема снижения разброса скорости травления пленки 2 при аэрозольном травлении стоит особенно остро. Цель изобретения - снижение разброса, увеличение стабильности скорости травления пленки диоксида кремния при аэрозольной очистке полупроводниковых пластин и, соответственно, увеличениевыхода годных в процессе производства интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Эта цель достигается тем, что в способе травления пленки диоксида кремния при аэрозольной очистке полупроводниковых пластин, включающем травление пластин в разбавленной плавиковой кислоте, промывку в деионизованной воде, сушку в горячем азоте,перед травлением выполняют термостабилизацию поверхности пластин путем подачи деионизованной воды комнатной температуры в течение 3-7 мин при вращении пластин со скоростью 20-200 об./мин и сброса воды с пластин при вращении со скоростью 350450 об./мин в течение 10-25 с. Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед травлением выполняют термостабилизацию поверхности пластин путем подачи деионизованной воды комнатной температуры в течение 3-7 мин при вращении пластин со скоростью 20-200 об./мин и сброса воды с пластин при вращении со скоростью 350-450 об./мин в течение 10-25 с. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. При проведении перед травлением пленки диоксида кремния термостабилизации поверхности пластин путем подачи деионизованной воды комнатной температуры менее 3 мин наблюдается большой разброс скорости травления. При подаче деионизованной воды комнатной температуры более 7 мин не наблюдается улучшения результата. При скорости вращении пластин во время подачи воды менее 20 об./мин наблюдается большой разброс скорости травления. При скорости вращении пластин во время подачи воды более 200 об./мин наблюдается неравномерность травления. При сбросе воды с поверхности пластин менее 10 с и скорости вращения карусели менее 350 об./мин наблюдается снижение скорости травления 2 ниже предела технологического допуска, что приводит к нестабильности скорости травления. 2 17333 1 2013.08.30 При сбросе воды с поверхности пластин больше 25 с и при скорости вращения больше 450 об./мин ухудшается равномерность травления. В качестве примера реализации заявленного способа была изготовлена группа контрольных пластин, на которых оценивались скорость и разброс скорости травления пленки 2. Для изготовления контрольных пластин использовались пластины диаметром 200 мм КДБ 12 (ТУ 100386629.151-2010), на которых были выполнены технологические операции в соответствии с табл. 1. Таблица 1 Порядок изготовления контрольных пластин для оценки скорости травления пленки 2 п/п Химическая очистка пластин Окисление термическое с получением пленки 2 толщиной 100 нм Оборудование, на котором выполнялась операция установкаустановка Процессы травления контрольных пластин выполнялись на установке аэрозольной обработкипо заявляемому способу и прототипу. Толщину пленки диоксида кремния измеряли с помощью измерителя толщин пленок - 2690 в пяти точках на пластине. Для каждого режима термостабилизации выполнено по 5 процессов травления в смеси 2150 в течение 6 мин через интервалы времени, прошедшего от окончания предыдущего процесса до начала следующего 5 мин, 10 мин, 30 мин, 60 мин,300 мин. В каждом процессе травления использовалась 1 контрольная пластина. Скорость травления определяли как,исх.тр. где исх. - исходная толщина пленки 2, нм кон. - конечная толщина пленки 2, нм тр. - время травления, мин.- скорость травления, нм/мин Для каждой пластины рассчитывали среднюю скорость травления по пяти измерениям на пластине. По пяти процессам, выполненным через промежутки времени, рассчитывали среднюю скорость травления, разброс скорости травления между процессами и среднеквадратичное отклонение. Разброс скорости травления между процессами вопределяли как макс между пр.мин между пр.между пр.между пр.- размах между между пр. 2 процессами, а макс между пр., мин между пр. - максимальное и минимальное среднее значениемежду 5 процессами, амежду пр. - среднее значениемежду 5-ю процессами. Для процессов жидкостного травления диоксида кремния в микроэлектронике скорость травления для раствора 2150 должна составлять 5,010 нм/мин. В процессе работы также определяли равномерность травления. Равномерность травления оценивалась по наличию или отсутствию радиальных полос на поверхности пленки 2, видимых невооруженным глазом после травления. Полученные данные представлены в табл. 2, где примеры 2-4 выполнены по заявленному способу, примеры 1, 5 - с режимами, выходящими за пределы, указанные в формуле,пример 6 - по способу прототипа. 3 Таблица 2 Данные по контролю скорости травления пленки 2 Средне г.и./г.протот. Средняя Размах Разброс неСредняя скорость травления скорость между Равномежду квадрат мерность Режимы подачи Режимы сброса воды пленки 2 по пластине для раз- между процеспроцес- ичное личных интервалов времени,процесса- сами травления воды на пластины с пластин сами откломи нм отн.ед. Скорость Скорость Время, враще 10 30 60 300 Время, с вращения, 5 мин мин ния,мин мин мин мин об/мин. об/мин. 1 2 10 5 300 4,8 4,5 4,3 4,0 4,0 4,3 0,4 9,3 0,34 1,1 2 3 20 10 350 5,2 5,2 5,1 5,1 5,0 5,12 0,1 2,0 0,08 1,25 3 5 100 20 400 5,2 5,1 5,1 5,1 5,0 5,1 од 2,0 0,07 1,25 4 7 200 25 450 5,0 5,0 5,1 5,0 5,0 5,02 0,05 1,0 0,04 1,3 5 9 250 30 500 5,3 5,1 5,1 5,1 5,0 5,12 0,15 2,9 0,1 17333 1 2013.08.30 Как следует из табл. 2 (примеры 2-4), введение термостабилизации поверхности пластин путем подачи деионизованной воды комнатной температуры в течение 3-7 мин при вращении пластин со скоростью 20-200 об./мин и сброса воды с пластин при вращении со скоростью 350-450 об./мин в течение 10-25 с позволяет снизить разброс и стабилизировать скорость травления пленки диоксида кремния при аэрозольной очистке полупроводниковых пластин и, соответственно, увеличитьвыхода годных в процессе производства интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Таким образом, предлагаемый способ травления пленки диоксида кремния при аэрозольной химической очистке полупроводниковых пластин позволяет решить поставленную задачу. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.