Способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПЛАНАРИЗАЦИИ МИКРОРЕЛЬЕФА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Родин Георгий Федорович(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(57) Способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем, включающий формирование в кремниевой подложке -типа проводимостискрытого слоя, эпитаксиального слоя, маскирующего слоя, вытравливание канавок с вертикальными стенками при помощи литографии и реактивно-ионного травления, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках канавок и планарной поверхности подложки,противоканальноеподлегирование дна канавок, заполнение канавок слоем поликристаллического кремния химическим осаждением из газовой фазы при пониженном давлении, планаризацию осажденного слоя плазмохимическим травлением до планарности с канавкой и в изолированных областях, формирование активных и пассивных элементов интегральных схем, отличающийся тем, что поверх слоя поликристаллического кремния наносят слой жидкого стекла, толщиной над планарными поверхностями 0,25-0,35 мкм, а планаризацию проводят плазмохимическим травлением слоя жидкого стекла до вскрытия планарных поверхностей поликристаллического кремния с последующим плазмохимическим травлением слоя поликристаллического кремния в плазмообразующей смеси гексафторида серы с добавлением 60-80 об.гелия, при рабочем давлении 50-70 Па,межэлектродном расстоянии 0,9-1,5 см, плотности мощности 0,45-0,55 Вт/см 2 до вскрытия диэлектрических слоев на планарной поверхности подложки. Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов. Известен способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем 1, включающий формирование в кремниевой подложке р-типа проводимостискрытого слоя, эпитаксиального слоя, маскирующего слоя осаждением пленки фосфоро- или бо 13309 1 2010.06.30 росиликатного стекла, вытравливание канавок с вертикальными стенками при помощи литографии и реактивно-ионного травления, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках канавок и планарной поверхности подложки, противоканальное р подлегирование дна канавок, заполнение канавок слоем поликристаллического кремния химическим осаждением из газовой фазы при пониженном давлении, отжиг изготовленной структуры в инертной среде при температуре 950-1050 С в течение 20-40 мин с последующим плазмохимическим удалением легированного фосфором или бором слоя поликристаллического кремния, формирование активных и пассивных элементов интегральных схем. К недостаткам способа относятся низкий процент выхода годных интегральных схем за счет обрывов металлизации при последующем изготовлении интегральных схем из-за разновысотности слоя поликристаллического кремния по глубине в канавках до 0.6-0.8 мкм после планаризации снижение процента выхода годных интегральных схем из-за низкого уровня пробивного напряжения изоляции и наличия токов утечки вследствие низкой воспроизводимости процесса планаризации микрорельефа. Известен способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем 2, включающий формирование первого слоя нитрида кремния на поверхности кремниевой подложки, осаждение окисла кремния, окисление открытых участков кремниевой подложки, создание -канавок на участках прокисления, окружающих области элементов интегральных схем, покрытие стенок канавок слоем окисла кремния, осаждение второго слоя нитрида кремния, заполнение канавок поликристаллическим кремнием, окисление поликристаллического кремния в канавках с целью планаризации микрорельефа. К недостаткам способа относятся низкий процент выхода годных интегральных схем из-за разновысотности слоя поликристаллического кремния по глубине в канавках до 0.5-0.6 мкм вследствие влияния загрузочного эффекта при плазмохимическом травлении поликристаллического кремния,что обуславливает наличие обрывов и закороток металлизации при последующем изготовлении интегральных схем ограничение физического количества интегральных схем на пластине из-за уменьшения плотности запечатки пластин вследствие использования комбинированной изоляции канавками и локальным окислением снижение качества процесса планаризации микрорельефа из-за низкой воспроизводимости параметров процесса вследствие чрезвычайно сложной комбинированной технологии реактивно-ионного травления локального окисла, а затем монокремния. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем 3, включающий формирование в кремниевой подложке р-типа проводимостискрытого слоя, эпитаксиального слоя,маскирующего слоя, вытравливание канавок с вертикальными стенками при помощи литографии и реактивно-ионного травления, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках канавок и планарной поверхности подложки, противоканальное р подлегирование дна канавок, заполнение канавок слоем поликристаллического кремния химическим осаждением из газовой фазы при пониженном давлении, планаризацию осажденного слоя плазмохимическим травлением до планарности с канавкой и в изолированных областях, формирование активных и пассивных элементов интегральных схем. Однако и данный способ не лишен недостатков, так как наблюдаются разновысотность слоя поликристаллического кремния по глубине в канавках до 0,30,5 мкм за счет влияния загрузочного эффекта 4 при плазмохимическом травлении поликристаллического кремния снижение процента выхода годных интегральных схем из-за обрывов и закороток металлизации при последующем изготовлении интегральных схем. 2 13309 1 2010.06.30 Предложенное изобретение решает задачу повышения выхода годных интегральных схем, уменьшения разновысотности микрорельефа, обрывов и закороток многоуровневой металлизации. Поставленная задача решается тем, что в способе планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем, включающем формирование в кремниевой подложке ртипа проводимостискрытого слоя, эпитаксиального слоя, маскирующего слоя, вытравливание канавок с вертикальными стенками при помощи литографии и реактивно-ионного травления, формирование диэлектрических слоев на вертикальных стенках канавок и планарной поверхности подложки, противоканальное р подлегирование дна канавок, заполнение канавок слоем поликристаллического кремния химическим осаждением из газовой фазы при пониженном давлении, планаризацию осажденного слоя плазмохимическим травлением до планарности с канавкой и в изолированных областях, формирование активных и пассивных элементов интегральных микросхем, поверх слоя поликристаллического кремния наносят слой жидкого стекла, толщиной над планарными поверхностями 0,250,35 мкм, а планаризацию проводят плазмохимическим травлением слоя жидкого стекла до вскрытия планарных поверхностей поликристаллического кремния с последующим плазмохимическим травлением слоя поликристаллического кремния в плазмообразующей смеси гексафторида серы с добавлением 6080 об.гелия, при рабочем давлении 5070 Па, межэлектродном расстоянии 0,91,5 см, плотности мощности 0,450,55 Вт/см 2 до вскрытия диэлектрических слоев на планарной поверхности подложки. Сопоставительный анализ предложенного изобретения с прототипом показывает, что заявленный способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем отличается от известного решения тем, что поверх слоя поликристаллического кремния наносят слой жидкого стекла, толщиной над планарными поверхностями 0,250,35 мкм, а планаризацию проводят плазмохимическим травлением слоя жидкого стекла до вскрытия планарных поверхностей поликристаллического кремния с последующим плазмохимическим травлением слоя поликристаллического кремния в плазмообразующей смеси гексафторида серы с добавлением 6080 об.гелия, при рабочем давлении 5070 Па,межэлектродном расстоянии 0,91,5 см, плотности мощности 0,450,55 Вт/см 2 до вскрытия диэлектрических слоев на планарной поверхности подложки. Использование идентичной или сходной последовательности действий для решаемой задачи не обнаружено. Нанесение слоя жидкого стекла на центрифуге, толщиной над планарными поверхностями 0,250,35 мкм планаризует микрорельеф над канавками. Применение жидкого стекла, толщиной более 0,35 мкм нецелесообразно, так как повышения процента выхода годных интегральных схем не происходит, причем увеличивается время травления слоя стекла до вскрытия планарных поверхностей поликристаллического кремния. При снижении толщины жидкого стекла менее 0,25 мкм происходит снижение процента выхода годных интегральных схем за счет увеличения разновысотности микрорельефа и образования закороток металлизации при последующем изготовлении интегральных схем. Планаризацию проводят плазмохимическим травлением слоя жидкого стекла до вскрытия планарных поверхностей поликристаллического кремния с последующим плазмохимическим травлением слоя поликристаллического кремния. При этом селективность травления поликристаллического кремния должна быть близкой к единице по отношению к скорости травления жидкого стекла. Использование в качестве плазмообразующей смеси гексафторида серы с добавлением гелия обусловлено высокой скоростью и равномерностью травления поликристаллического кремния вследствие образования легколетучих фторидов кремния. При превышении содержания гелия более 80 об.происходит чрезмерное разбавление смеси и за счет этого происходит снижение скорости и равномерности травления поликристаллического 3 13309 1 2010.06.30 кремния, что приводит к снижению процента выхода годных интегральных схем. При уменьшении содержания гелия менее 60 об.происходит уменьшение равномерности травления поликристаллического кремния за счет снижения тепломассопереноса химически активных частиц, что приводит к уменьшению процента выхода годных интегральных схем. При увеличении рабочего давления более 70 Па происходит увеличение селективности травления поликристаллического кремния свыше единицы по отношению к скорости травления жидкого стекла за счет роста количества химически активных частиц, в результате увеличивается разновысотность микрорельефа и снижается процент выхода годных интегральных схем. При уменьшении рабочего давления менее 40 Па происходит снижение селективности травления поликристаллического кремния ниже единицы по отношению к скорости травления жидкого стекла за счет роста скорости травления жидкого стекла вследствие увеличения ионной составляющей процесса плазмохимического травления, в результате увеличивается разновысотность микрорельефа и снижается процент выхода годных интегральных схем. При увеличении межэлектродного расстояния более 1,5 см происходит увеличение селективности травления поликристаллического кремния свыше единицы по отношению к скорости травления жидкого стекла за счет снижения ионной составляющей процесса плазмохимического травления, в результате увеличивается разновысотность микрорельефа и снижается процент выхода годных интегральных схем. При снижении межэлектродного расстояния менее 0,9 см происходит снижение равномерности травления поликристаллического кремния за счет снижения тепломассопереноса химически активных частиц, что приводит к увеличению разновысотности микрорельефа и снижению процента выхода годных интегральных схем. При превышении плотности мощности более 0,55 Вт/см 2 происходит снижение селективности травления поликристаллического кремния ниже единицы по отношению к скорости травления жидкого стекла за счет роста скорости травления жидкого стекла вследствие увеличения ионной составляющей процесса плазмохимического травления, в результате увеличивается разновысотность микрорельефа и снижается процент выхода годных интегральных схем. При уменьшении плотности мощности менее 0,45 Вт/см 2 происходит снижение равномерности травления поликристаллического кремния за счет уменьшения химически активных частиц в плазме, в результате увеличивается разновысотность микрорельефа и снижается процент выхода годных интегральных схем. Способ планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем иллюстрируется следующими конкретными примерами формирования биполярных интегральных схем стабилизаторов напряжения положительной полярности со щелевой изоляцией канавками. На монокристаллических кремниевых подложках р-типа проводимости ориентации(100) диаметром 100 мм с выращенной эпитаксиальной структурой сскрытым слоем наносили маскирующий слой из фоторезиста 1813 и двуокиси кремния толщиной 0,1 мкм. При этом толщина эпитаксиального слоя составляла 151,5 мкм. Анизотропное травление глубоких канавок проводили в реакторе для реактивно-ионного травления с источником индуктивно связанной плазмы в пульсирующем ВЧ разряде низкого давления 5 в плазмообразующих средах на основе гексафторида серы, хладона 318 и гелия с чередованием стадий травления и полимеризации на установке -300. Канавки характеризовались шириной 1,50,1 мкм, глубиной 211,0 мкм и отвесным профилем. Затем проводили окисление боковых стенок сформированных канавок, противоканальное р подлегирование дна канавок бором с разгонкой в кислороде при 1200 С в течение 10 минут и последующим их заполнением поликристаллическим кремнием при пониженном давлении на установке Изотрон 4-150 до схлопывания поликристаллического кремния в канавках. 4 13309 1 2010.06.30 Далее поверх слоя поликристаллического кремния наносили слой жидкого стекла,толщиной над планарными поверхностями 0,15-0,45 мкм. Планаризацию проводили плазмохимическим травлением на установке 590 в плазмообразующих средах на основе смеси хладонов 218 и 23 с добавками кислорода и гелия. Контроль момента вскрытия планарных поверхностей поликристаллического кремния проводили с использованием спектрального датчика момента окончания процесса. Второй этап планаризации проводили плазмохимическим травлением на установке 490 слоя поликристаллического кремния в плазмообразующей смеси гексафторида серы с добавлением 5090 об.гелия при рабочем давлении 4080 Па, межэлектродном расстоянии 0,81,6 см, плотности мощности 0,350,65 Вт/см 2 до вскрытия диэлектрических слоев на планарной поверхности подложки. Контроль момента вскрытия диэлектрических слоев на планарной поверхности подложки проводили с использованием спектрального датчика момента окончания процесса. Дальнейшее изготовление стабилизаторов напряжения проводили по стандартному маршруту. Контроль процента закороток и обрывов металлизации тестовых структур в виде гребенок с шагом 3,00,1 мкм и змейки с размером шин металлизации 1,50,1 мкм проводили на тестере контроля статических параметров транзисторов 14 ТКС 100-001. Полученные данные сведены в таблицу, где представлены зависимости отношения выхода годных стабилизаторов напряжения КР 1180 ЕНХХ относительно прототипа, разновысотности микрорельефа, процента закороток и обрывов металлизации тестовых структур и равномерности травления от толщины слоя жидкого стекла, объемного содержания гелия в плазмообразующей смеси гексафторида серы, рабочего давления, межэлектродного расстояния и плотности мощности на обрабатываемой подложке. Сопоставительный анализ заявляемого способа планаризации микрорельефа при изготовлении интегральных схем и способа-прототипа. РазноТолРавнооб.Меж Завысотщина Раб. Плотность мер Обгелия эл. короность Вг/Вгп слоя давл. мощности ность рывов в смерасст. ток микро- отн. ед. стекла Примечание Вг/Вгп - отношение выхода годных стабилизаторов напряжения относительно прототипа. Как видно из таблицы, при использовании заявляемого способа наблюдается увеличение выхода годных стабилизаторов напряжения в 1,91-1,98 раза относительно прототипа за счет снижения разновысотности микрорельефа в 6,25-3,33 раза, предотвращения закороток и обрывов металлизации и увеличения равномерности травления в 3,16-2,26 раза. Таким образом, предлагаемый способ позволяет решить задачу повышения выхода годных, уменьшения разновысотности микрорельефа, предотвращения закороток и обрывов многоуровневой металлизации. 13309 1 2010.06.30 Источники информации 1. Патент России 1111634, МПК 01 21/76, 1996. 2. Патент России 2108638, МПК 01 21/76, 1998. 3. Патент России 2236063, МПК 01 21/762, 2004. 4./// .. - 1977.8. - . 1262-1268. 5. Шумилов А.С., Амиров И.И. Моделирование формирования глубоких канавок в кремнии в плазмохимическом циклическом процессе травление-пассивация // Микроэлектроника. - 2007. - Т. 36. -4. - С. 277-287. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6