Способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНКИ СИЛИЦИДА ТИТАНА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Колос Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Трусов Виктор Леонидович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой пластины со сформированными активными и пассивными элементами структуры интегральных микросхем пленки титана и проведение твердофазной реакции титана с кремнием методом быстрой термической обработки некогерентными оптическими источниками излучения, отличающийся тем, что перед нанесением пленки титана обратную сторону полупроводниковой пластины подвергают химико-механической полировке для удаления всех ранее нанесенных технологических слоев до кремния и достижения коэффициента отражения обратной стороны полупроводниковой пластины от 42 до 45 на длине волны 420 нм. Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов и может использоваться в технологии производства кремниевых интегральных микросхем. Известен способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем 1, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой пластины со сформированными активными и пассивными элементами структуры интегральных микросхем пленки титана и проведение твердофазной реакции титана с областями кремния методом изотермического отжига. Вышеуказанный способ отличается простотой и точным поддержанием температуры реакции. Полупроводниковые пластины и другие материалы, находящиеся в реакторе изотермического отжига, прогреваются одинаково вне зависимости от типа и состава функциональных технологических слоев, входящих в структуру интегральных микросхем. Термопара, установленная в реакторе, позволяет адекватно контролировать температуру полупроводниковых пластин со структурами интегральных микросхем в процессе отжига. Вместе с тем, длительное время изотермического отжига приводит к нежелательным реакциям на поверхности пленки титана и в области реакции титана с кремнием, что приводит к увеличению удельного сопротивления, разбросов удельного сопротивления и 17953 1 2014.02.28 толщины пленки силицида титана и, как следствие, к снижению выхода годных интегральных микросхем. Известен способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем 2, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой пластины со сформированными активными и пассивными элементами структуры интегральных микросхем пленки титана и проведение твердофазной реакции титана с областями кремния методом быстрой термической обработки некогерентными оптическими источниками излучения. Данный способ позволяет улучшить морфологию поверхности и уменьшить удельное сопротивление пленки силицида титана в результате активизации твердофазной реакции,минимизации влияния окружающей среды за счет сокращения времени обработки. Вместе с тем, процесс нагрева оптическими источниками излучения и контроля температуры зависит от оптических характеристик нагреваемых объектов. В процессе изготовления интегральных микросхем на поверхности полупроводниковых пластин наносятся технологические слои диэлектриков, поликристаллического кремния и других материалов. Все указанные слои имеют естественные разбросы толщины и оптических характеристик, что приводит к отклонениям температуры полупроводниковых пластин в процессе нагрева оптическими источниками, и, соответственно, к ухудшению стабильности и воспроизводимости удельного сопротивления и толщины формируемых областей силицида титана, и,как следствие, к снижению выхода годных интегральных микросхем. Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем 3,включающий травление технологических слоев диэлектриков и поликристаллического кремния с обратной стороны полупроводниковой пластины, нанесение на поверхность полупроводниковой пластины со сформированными активными и пассивными элементами структуры интегральных микросхем пленки титана и проведение твердофазной реакции титана с областями кремния методом быстрой термической обработки некогерентными оптическими источниками излучения. Данный способ позволяет улучшить воспроизводимость температуры полупроводниковых пластин при быстрой термической обработке некогерентными оптическими источниками за счет исключения с обратной стороны полупроводниковой пластины технологических слоев диэлектриков и поликристаллического кремния, имеющих разбросы оптических характеристик. Вместе с тем, естественные разбросы толщины и структуры технологических слоев диэлектриков и поликристаллического кремния, подвергающихся стравливанию, приводят к разбросам структуры и коэффициентов отражения поверхности полупроводниковых пластин после травления, что также является источником невоспроизводимости температуры полупроводниковых пластин при быстрой термической обработке оптическими источниками, ухудшает стабильность и воспроизводимость удельного сопротивления и толщины формируемых областей силицида титана и, как следствие,снижает выход годных интегральных микросхем. Предлагаемое изобретение решает задачу повышения стабильности и воспроизводимости электрического сопротивления областей силицида титана и, как следствие, повышения выхода годных интегральных микросхем, изготовленных с его использованием. Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем, включающем нанесение на поверхность полупроводниковой пластины со сформированными активными и пассивными элементами структуры интегральных микросхем пленки титана и проведение твердофазной реакции титана с областями кремния методом быстрой термической обработки некогерентными оптическими источниками излучения, перед нанесением пленки титана обратную сторону полупроводниковой пластины подвергают химико-механической полировке для удаления всех ранее нанесенных технологических слоев до кремния и достиже 2 17953 1 2014.02.28 ния коэффициента отражения обратной стороны полупроводниковой пластины от 42 до 45 на длине волны 420 нм. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем отличается от известного тем, что перед нанесением пленки титана обратную сторону полупроводниковой пластины подвергают химико-механической полировке для удаления всех ранее нанесенных технологических слоев до кремния и достижения коэффициента отражения обратной стороны полупроводниковой пластины от 42 до 45 на длине волны 420 нм. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. Сущность изобретения заключается в следующем. В отличие от изотермического отжига в диффузионном реакторе нагрев некогерентными оптическими источниками излучения (галогенными или ксеноновыми лампами) зависит от оптических характеристик нагреваемого материала, а именно соотношения коэффициентов отражения, поглощения и пропускания материала в спектральном диапазоне источника излучения. Таким образом, температура тел, находящихся в реакторе быстрой термической обработки, различается. В этом случае, контроль температуры полупроводниковой пластины с помощью термопары, располагающейся в реакторе, не дает адекватных результатов. Для контроля температуры полупроводниковой пластины в реакторе быстрой термической обработки используются пирометры, определяющие температуру пластины по уровню оптического излучения пластины. Пирометры располагаются с обратной стороны полупроводниковой пластины (противоположной планарной стороне, где формируется микрорисунок интегральных микросхем). Предварительно пирометры калибруются по специальной калибровочной полупроводниковой пластине с закрепленной на ней термопаре. Таким образом, процедура калибровки пирометров обеспечивает идентичность измерений температуры для пластин с оптическими характеристиками, совпадающими с характеристиками калибровочной пластины. В процессе изготовления интегральных микросхем на поверхность полупроводниковой пластины наносятся пленки диэлектриков, поликристаллического кремния и других материалов. Последовательность и толщина пленки зависят от конкретной технологии изготовления интегральных микросхем. Все пленки имеют естественные разбросы толщины. На современном уровне развития промышленности эти разбросы, как правило, не превышают (3-5) . Вместе с тем, при наличии последовательности из нескольких слоев пленок с различными показателями оптических характеристик суммарные разбросы могут достигать очень больших значений. Это приводит к существенным отличиям оптических характеристик полупроводниковых пластин от характеристик калибровочной пластины и,как следствие, к ошибкам контроля и регулирования температуры пластин пирометрами в процессе быстрой термической обработки. Для решения проблемы предложено обеспечить воспроизводимость оптических характеристик поверхности обратной стороны полупроводниковой пластины перед быстрой термической обработкой методом химико-механической полировки. После химико-механической полировки спектральная характеристика коэффициента отражения обратной стороны полупроводниковых пластин приближается к характеристике идеально полированного кремния, обусловленной его физическими свойствами. Коэффициент отражения обратной стороны полупроводниковых пластин после химико-механической полировки не может быть более 45 на длине волны 420 нм в связи с физическими свойствами кремния. Коэффициент отражения в диапазоне от 42 до 45 достигается подбором состава суспензии, давления прижима, скорости и времени химико-механической полировки в зави 3 17953 1 2014.02.28 симости от комбинации технологических слоев с обратной стороны полупроводниковой пластины. При коэффициенте отражения менее 42 на длине волны 420 нм увеличиваются разбросы сопротивления силицида титана. Обеспечение воспроизводимости оптических характеристик только обратной стороны полупроводниковой пластины со сформированными на планарной стороне активными и пассивными элементами структуры интегральных микросхем является достаточной по двум причинам. Во-первых, контроль температуры пластины пирометрами осуществляется с обратной стороны пластины, как указывалось выше. Во-вторых, быстрые термические обработки некогерентными оптическими источниками излучения (галогенными или ксеноновыми лампами) проводятся в режиме теплового баланса 4, где градиенты температуры по толщине пластины отсутствуют. Таким образом, температура и излучение обратной стороны адекватны температуре полупроводниковой пластины в целом. Реализация предлагаемого способа формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем подтверждается следующими конкретными примерами. Структуры интегральных микросхем КМОП СОЗУ с проектными нормами 0,35 мкм изготавливались на полупроводниковых пластинах фирмы МЕМС со шлифованотравленой обратной стороной диаметром 200 мм. На этапе формирования пленки силицида титана на обратной стороне полупроводниковых пластин находились пленки 2 толщиной 600 нм, поликристаллического кремния толщиной 250 нм, 2 толщиной 200 нм, 2 толщиной 40 нм, 34 толщиной 60 нм. Перед нанесением пленоктолщиной 30 нм итолщиной 50 нм пленки с обратной стороны полупроводниковых пластин удалялись в двух вариантах-химико-механической полировкой (ХМП) на установкес использованием суспензии 3050 (по предложенному способу). После плазмохимического травления технологических пленок шлифовано-травленая поверхность обратной стороны полупроводниковых пластин остается матовой с низким коэффициентом отражения от 4,5 до 8 на длине волны 420 нм (разброс коэффициентов отражения 26,9 ). Коэффициенты отражения обратной стороны пластин после плазмохимического травления показаны на фиг. 1. Увеличение времени избыточного травления не позволяет уменьшить разбросы коэффициентов отражения пластин. Коэффициенты отражения обратной стороны полупроводниковых пластин после химико-механической полировки показаны на фиг. 2. Коэффициент отражения на длине волны 420 нм находится в пределах от 42 до 44(разброс коэффициентов отражения 2,3 ). Твердофазная реакция титана с кремнием проводилась на установке быстрой термической обработки 8108 облучением галогенными лампами при температуре 650 С. Результаты исследования процесса формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем представлены в таблице. Выборка составляла не менее 12 пластин в каждом варианте изготовления. В таблице показан процент выхода годных на этапе контроля функционирования кристаллов интегральных микросхем на пластине. Как видно из таблицы, предлагаемый способ формирования пленки силицида титана для производства интегральных микросхем позволяет снизить разбросы удельного сопротивления силицида титана в 2,3 раза и увеличить процент выхода годных интегральных микросхем в 1,46 раза. Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет решить задачу повышения стабильности и воспроизводимости электрического сопротивления областей 17953 1 2014.02.28 силицида титана и, как следствие, повышения выхода годных интегральных микросхем,изготовленных с его использованием. Кроме того, вместо многостадийных процессов плазмохимического или химического удаления пленок с обратной стороны пластин, требующих различные реагенты для разного типа пленок, процесс химико-механической полировки позволяет одновременно удалять все слои диэлектриков и поликристаллического кремния, что существенно ускоряет производственный цикл изготовления интегральных микросхем. Метод удаления пленок с обратной стороны полупроводниковых пластин Диапазон коэффициентов отражения обратной стороны пластин на длине волны 420 нм,Без удаления Химико-механическая полировка перед нанесением пленки титана (по предлагаемому способу) до кремния Химико-механическая полировка перед нанесением пленки титана (с остатками нанесенных слоев на кремнии) 8,6 0,16 после формирования силицида титана Прототип 4,5-8 3,4 1,00- спектральная характеристика носит синусоидальный характер с нерегулярным периодом и амплитудой и не может быть достоверно описана- отношение выхода годных к выходу годных прототипа. Источники информации 1. Пилипенко В.А. Быстрые термообработки в технологии СБИС. - Минск Изд. центр БГУ, 2004. - 531 с. 2.. .//,4 . -2005. - 125 . 3..// .. -1998. - . 77. 4. Борисенко В.Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве. - Минск Наука и техника, 1992. - 248 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6