Способ аэрозольного удаления фоторезиста и полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых кремниевых пластин после плазмохимического травления

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ АЭРОЗОЛЬНОГО УДАЛЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТА И ПОЛИМЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ПОСЛЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Кисель Анатолий Михайлович Медведева Анна Борисовна Иванчиков Александр Эдуардович Трусов Виктор Леонидович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Способ аэрозольного удаления фоторезиста и полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых кремниевых пластин после плазмохимического травления поликремния, включающий обработку в смеси серной кислоты и перекиси водорода, промывку деионизованной водой, обработку в смеси аммиака, перекиси водорода и воды, промывку деионизованной водой и сушку в азоте, отличающийся тем, что обработку в смеси аммиака, перекиси водорода и воды выполняют в течение 4-7 минут при температуре воды от 80 до 90 С при объемном соотношении аммиака, перекиси водорода и воды (1,0-1,5)(1,01,5)(5-7) соответственно, а перед и после обработки в смеси аммиака, перекиси водорода и воды выполняют обработку в смеси перекиси водорода и воды при объемном соотношении (1,0-1,5)(5-7) соответственно в течение 10-30 секунд при температуре воды от 80 до 90 С. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС). Изобретение может найти применение при одновременном химическом удалении фоторезиста и полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин после плазмохимического травления через маску фоторезиста пленки поликристаллического кремния (ПКК). В современной технологии ИМС пленки поликристаллического кремния нашли широкое применение. С помощью пленок ПКК формируются затворы МОП-транзисторов, резисторы, обкладки конденсаторов, которые являются активными элементами интегральной схемы и впоследствии определяют ее основные характеристики. Формирование в пленке поликристаллического кремния активных элементов микросхемы осуществляется методом фотолитографии и плазмохимического травления. 16838 1 2013.02.28 По мере увеличения степени интеграции интегральных микросхем и уменьшении проектных топологических норм интегральных микросхем наблюдается тенденция по снижению толщины подслоя термического диоксида кремния (2), находящегося под пленкой поликристаллического кремния. Снижение толщины пленки 2 вынуждает совершенствовать процесс плазмохимического травления ПКК в части достижения очень высокой селективности по отношению к пленке диоксида кремния. Это достигается подбором смеси газов, участвующих в процессе травления. Однако решение проблемы повышения селективности по отношению к 2 приводит к нежелательному осаждению полимерной пленки. Полимерная пленка загрязняет не только боковые поверхности поликремниевых элементов, но и периметр активного элемента, маскируя при этом пленку фоторезиста. Наличие полимерных загрязнений на поликремниевых элементах отрицательно сказывается на качестве интегральной схемы, повышая дефектность и препятствуя идеальной планаризации поверхности микросхемы. Известен способ удаления полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин путем объемной химической обработки в водном растворе, содержащем серную кислоту, перекись водорода, фтористоводородную кислоту 1. Смешивание химреактивов производится в ванне, и пластины выдерживаются в объеме раствора требуемое время. Основным недостатком данного способа является то, что при объемной химической обработке пластин требуются большие расходы химреактивов. Кроме того,данным способом нельзя удалять загрязнения с поверхности поликристаллического кремния, так как во фторсодержащих растворах в присутствии окислителей происходит травление поликремния и обнаженных при плазмохимическом травлении участков диоксида кремния (2), выполняющего роль подслоя под поликремнием. Известен интенсифицированный ультрафиолетовым облучением объемный способ удаления фоторезиста и полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин в растворе, содержащем перекись водорода и воду 2. Основными недостатками данного способа являются большой расход химикатов, неспособность удалять твердые остатки полимерных загрязнений, образующихся после плазмохимического травления,высокая привнесенная дефектность. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ аэрозольного удаления фоторезиста с поверхности полупроводниковых пластин в смесях на основе неорганических химреактивов 3. Способ включает следующую последовательность операций обработка в смеси перекиси водорода и серной кислоты (смесь КАРО),промывка деионизованной водой, обработка в смеси перекиси водорода, аммиака водного и воды (ПАР), промывка деионизованной водой, сушка в азоте. Основными недостатками данного способа являются неспособность удалять твердые остатки полимерных загрязнений, образующихся после плазмохимического травления, и высокая привнесенная дефектность. Заявляемое изобретение решает задачу одновременного удаления фоторезиста и полимерных загрязнений, образующихся после плазмохимического травления поликристаллического кремния, и снижения привнесенной дефектности процесса без подтравов поликремния и диоксида кремния. Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ аэрозольного удаления фоторезиста и полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых кремниевых пластин после плазмохимического травления поликремния включает обработку в смеси серной кислоты и перекиси водорода, промывку деионизованной водой, обработку в смеси аммиака, перекиси водорода и воды, промывку деионизованной водой и сушку в азоте и отличается тем, что обработку в смеси аммиака, перекиси водорода и воды выполняют в течение 4-7 минут при температуре воды от 80 до 90 С при объемном соотношении аммиака, перекиси водорода и воды (1,0-1,5)(1,0-1,5)(5-7) соответственно, а перед и после обработки в смеси аммиака, перекиси водорода и воды выполняют обработку в смеси пе 2 16838 1 2013.02.28 рекиси водорода и воды при объемном соотношении (1,0-1,5)(5-7) соответственно в течение 10-30 секунд при температуре воды от 80 до 90 С. Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что обработку в смеси аммиака, перекиси водорода и воды выполняют в течение 4-7 минут при температуре воды от 80 до 90 С при объемном соотношении аммиака, перекиси водорода, воды (1,0-1,5)(1,0-1,5)(5-7), соответственно, а перед и после обработки в смеси аммиака, перекиси водорода и воды выполняют обработку в смеси перекиси водорода и воды при объемном соотношении перекиси водорода и воды (1,0-1,5)(5-7) соответственно в течение 10-30 секунд при температуре воды от 80 до 90 С. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. При обработке пластин в смеси аммиака, перекиси водорода и воды менее 4 минут не происходит полного удаление полимерных загрязнений с поверхности поликремния, а при обработке более 7 минут стравливается значительная толщина пленки 2, выполняющей роль подслоя под поликремнием. При температуре воды менее 80 С не происходит полного удаления полимерных загрязнений. Увеличение температуры воды более 90 С нежелательно из-за закипания ее в трубопроводах и повышения вероятности разрушения трубопроводов и узлов соединения трубопроводов. Снижение концентрации аммиака в смеси аммиака, перекиси водорода и воды менее 1,0 объемной части приводит к неполному удалению полимерных загрязнений, а увеличение концентрации аммиака более 1,5 объемных частей приводит к увеличению скорости травления пленки 2 и подтравам поликремния. Снижение концентрации перекиси водорода в смеси аммиака, перекиси водорода и воды менее 1,0 объемной части приводит к увеличению привнесенной дефектности, и наблюдаются подтравы поликремния, а увеличение концентрации перекиси водорода более 1,5 объемных частей приводит к неполному удалению полимера. Снижение концентрации воды в смеси аммиака, перекиси водорода и воды менее 5 объемных частей приводит к увеличению скорости травления пленки 2, подтравам поликремния, а увеличение концентрации воды более 7 объемных частей приводит к неполному удалению полимера. При снижении в смеси перекиси водорода и воды концентрации перекиси водорода менее 1,0 объемной части и увеличении концентрации деионизованной воды более 7 объемных частей поверхность неравномерно гидрофилизируется и наблюдаются подтравы поликремния при последующей обработке в смеси аммиака, перекиси водорода и воды. При снижении в смеси перекиси водорода и воды концентрации воды меньше 5 объемных частей с не происходит образование аэрозольного облака с одинаковой концентрацией перекиси водорода по всему объему реакционной камеры установки, что приводит к появлению подтравов поверхности поликремния при последующей обработке в смеси аммиака, перекиси водорода и воды. Увеличение в смеси перекиси водорода и воды концентрации перекиси водорода более 1,5 объемной части экономически нецелесообразно, так как при этом не наблюдается улучшения качества поверхности кремниевых пластин. При обработке пластин в смеси перекиси водорода и деионизованной воды при температуре от 80 до 90 С менее 10 секунд и при температуре воды меньше 80 С не происходит полного удаления полимерных загрязнений из-за недостаточного прогрева кремниевых пластин и снижения из-за этого эффективности обработки в смеси аммиака,перекиси водорода и воды. 16838 1 2013.02.28 Увеличение в смеси перекиси водорода и деионизованной воды температуры воды более 90 С нежелательно из-за закипания ее в трубопроводах и повышения вероятности разрушения трубопроводов и узлов соединения трубопроводов. Увеличение времени обработки более 30 секунд в смеси перекиси водорода и деионизованной воды нецелесообразно, так как не приводит к улучшению качества. Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2 и 3, где на фиг. 1 представлено значительное количество полимерных загрязнений вдоль контура активных поликремниевых элементов и на их поверхности при обработке по способу прототипа на фиг. 2 представлено незначительное количество полимерных загрязнений вдоль контура активных поликремниевых элементов и на их поверхности в случае неполного удаления полимера на фиг. 3 представлен вид поликремниевых активных элементов в случае полного и качественного удаления полимерных загрязнений при реализации заявляемого способа удаления фоторезиста и полимерных загрязнений после плазмохимического травления поликристаллического кремния. В качестве примера реализации заявленного способа были изготовлены три группы контрольных пластин, на которых оценивались а) наличие полимерных загрязнений и подтрава поверхности поли кремниевых элементов после обработки б) скорость травления пленки 2, вскрытой после плазмохимического травления поликремния в) уровень привнесенной дефектности Для контроля полимерных загрязнений, а также подтрава поликремния использовались контрольные 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 определения наличия фоторезиста,полимера, подтравов поликремния Оборудование, на котором выполнялась Наименование операции п/п операция 1. Химическая очистка пластин установка 2. Окисление термическое установка 3. Нанесение фоторезиста- 80-4. Мультипликация, слой Затвор, 2205 115. Проявление фоторезиста- 80-6. Плазмохимическое травление ПКК до 2 установка ТСР-9400 Аэрозольное удаление фоторезиста и по 7. установкалимерных загрязнений Контроль пластин на наличие полимера проводился с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) при наблюдении поликремниевых элементов сверху. Контроль пластин на наличие подтрава поликремния проводился на станции визуального контроляв светлом поле. Наличие на поверхности поликремниевых элементов областей разного цвета свидетельствовало о наличии подтрава поверхности поликремния. Для оценки скорости травления пленки 2 использовались контрольные кремниевые пластины диаметром 200 мм КДБ 12 (ТУ 100386629.151-2010), на поверхности которых была сформирована пленка термического диоксида кремния толщиной 30 нм. Толщина пленки диоксида кремния оценивалась с помощью измерителя толщин пенок 2690 до и после обработки в заявляемом способе и в способе прототипа. Расчет скорости травления 2 производился по разнице толщины до и после обработки по формуле 4 где исх - исходная толщина пленки 2, нм кон - конечная толщина пленки 2, нм тр - время обработки тр - скорость травления, нм/мин. Скорость травления 2 должна быть не более 1 нм/мин. Для оценки привнесенной дефектности использовались контрольные кремниевые пластины диаметром 200 мм КДБ 12 (ТУ 100386629.151-2010). Уровень привнесенной дефектности по частицам диаметром больше 0,2 мкм определялся с помощью лазерного анализатора поверхности -6420 до и после обработки по заявляемому способу и по способу прототипа. Уровень привнесенной дефектности должен составлять не более 20 шт./пластину. Обработка пластин по заявляемому способу и по способу прототипа проводилась на установке аэрозольной обработки. Обработка пластин в смеси серной кислоты и перекиси водорода, промывка деионизованной водой, сушка по заявляемому способу и способу прототипа выполнялись по режимам, представленным в табл. 2. Таблица 2 Режимы обработки пластин в смеси серной кислоты и перекиси водорода, промывки деионизованной водой и сушки по заявляемому способу и способу прототипаоперации 1 Очистка в КАРО состава 2422101 300 95 2 Промывка деионизованной водой 600 комнатная 3 Сушка в азоте 600 комнатная Режимы обработки на операциях в смеси аммиака, перекиси водорода и воды и в смеси перекиси водорода и воды и полученные результаты представлены в табл. 3. Таблица 3 Режимы обработки на операциях в смеси аммиака, перекиси водорода и воды и в смеси перекиси водорода и воды и полученные результаты Режимы операции обработки в смеси перекиси водорода и воды Перекись водорода,л/мин Темпе- Привнесенная Наличие Растрав Время, с ратура дефектность полимера ПКК С шт./пластину 1,2- наличие полимера и растрава поликремния- отсутствие полимера и растрава поликремния. оптимальный состав смеси аммиака, перекиси водорода и воды при следующем расходе компонентов (л/мин) - аммиакперекись водородавода 0,250,251,5 оптимальный состав смеси перекиси водорода и воды при следующем расходе компонентов (л/мин) - перекись водородавода 0,251,5 при составлении таблицы за единицу взят расход 0,25 л/мин. Режимы операции обработки в смеси аммиака, перекиси водорода и воды 16838 1 2013.02.28 Таким образом, заявляемый способ аэрозольного удаления фоторезиста и полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых кремниевых пластин после плазмохимического травления позволяет достичь поставленной цели удалить одновременно в едином процессе фторезистивные и полимерные загрязнения,образующиеся после плазмохимического травления поликристаллического кремния без подтравов поликремния и диоксида кремния, и снизить уровень привнесенной дефектности процесса. Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет решить задачу одновременного удаления фоторезиста и полимерных загрязнений, образующихся после плазмохимического травления поликристаллического кремния, и снижения в 2-3 раза привнесенной дефектности процесса без подтравов поликремния и диоксида кремния. Источники информации 1.6 584 989, 2003. 2.6 848 455, 2005. 3.7 592 264 2, 2009. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.