Способ удаления полимера в контактных окнах при изготовлении интегральных микросхем

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПОЛИМЕРА В КОНТАКТНЫХ ОКНАХ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Кисель Анатолий Михайлович Медведева Анна Борисовна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Способ удаления полимера в контактных окнах при изготовлении интегральных микросхем, включающий обработку в растворе серной кислоты и пероксида водорода и промывку в деионизованной воде, отличающийся тем, что обработку проводят на установке объемного типа с мегазвуком частотой 500-1000 кГц в течение 10-30 мин при температуре 60-100 С и следующем соотношении компонентов раствора, мас.серная кислота 0,5-5,0 пероксид водорода 1-30 деионизованная вода остальное,промывку проводят в стоп-ванне с расходом воды не менее 20 л в минуту в течение 4-7 мин при кратности циклов слива и заполнения ванны водой не менее 3 и в течение 5-10 мин в ванне с протоком воды. Изобретение относится к электронной технике и может использоваться на предприятиях-изготовителях полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС). Заявляемое изобретение решает задачу удаления полимера в контактных окнах при освоении и производстве новых изделий субмикронного уровня со сложной системой межсоединений, формируемой глубокими контактами и активными пленками силицидов металлов на дне контактов. По мере увеличения степени интеграции ИМС применение метода жидкостного травления становится малоприемлемым из-за его низкой степени анизотропности. Получение безуходного вертикального профиля при плазмохимическом травлении возможно благодаря защите боковых стенок создаваемого рисунка пленкой полимера, которая образуется в процессе травления. В то же время полимерная пленка является нежелательным остаточным загрязнением на боковых стенках и на дне сформированных элементов после окончания процесса травления. Особенно нежелательно наличие полимера на дне контактных окон, так как это приводит 17503 1 2013.08.30 а) к локальному отсутствию контакта металл-полупроводник б) к ухудшению степени заполнения контактных окон металлом в) к уменьшению эффективной площади контакта. Проблема удаления полимера в контактных окнах особенно усложняется при освоении и производстве новых изделий субмикронного уровня со сложной системой межсоединений, формируемой глубокими контактами и активными пленками силицидов металлов на дне контактов. Известен способ удаления полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин в смеси серной кислоты, пероксида водорода и фторида аммония 1. Основным недостатком данного способа является корродирующее воздействие на поверхность контактных окон с пленкой силицида титана , приводящее к повреждению поверхности, высокому контактному сопротивлению или полному отсутствию контакта между слоями металл-полупроводник. Известен способ удаления полимерных загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин в смеси серной кислоты и пероксида водорода, интенсифицированный озоновой плазмой 2. Основными недостатками данного способа является то, что способ не позволяет полностью удалять полимер с глубоких отверстий контактных окон и под воздействием озона происходит подкисление пленки силицида титана, что приводит к высокому контактному сопротивлению или полному отсутствию контакта между слоями металл-полупроводник. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ удаления полимера в растворе серной кислоты и пероксида водорода. Основным недостатком данного способа является неполное удаление полимера с глубоких отверстий контактных окон, так как для того чтобы удалить полимер его необходимо отслоить от поверхности либо механическим, либо химическим воздействием и далее растворить. Данный способ удаления не позволяет отслоить и удалить полимер с боковой поверхности и дна глубоких контактных отверстий. Кроме того, при обработке по данному способу наблюдаются локальные подтравы пленки силицида титана. Остатки полимера и подтрав пленки силицида титана приводят к увеличению контактного сопротивления системы металл-полупроводник или полному отсутствию контакта и снижению процента выхода годных ИМС. Заявляемое изобретение решает задачу увеличения эффективности удаления полимера с глубоких отверстий малоразмерных контактных окон, сформированных на поверхности кремниевых пластин, к активным областям с силицидом титана без повреждения поверхности силицида титана и снижения за счет этого контактного сопротивления между слоями металл-полупроводник. Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ удаления полимера в контактных окнах при изготовлении интегральных микросхем, включающий обработку в растворе серной кислоты и пероксида водорода и промывку в деионизованной воде, отличается тем, что обработку проводят на установке объемного типа с мегазвуком частотой 500-1000 Кгц в течение 10-30 мин при температуре 60-100 С и следующем соотношении компонентов раствора, мас.серная кислота 0,5-5,0 перекись водорода 1-30 деионизованная вода остальное,промывку проводят в стоп-ванне с расходом воды не менее 20 л в минуту в течение 4-7 мин при кратности циклов слива и заполнения ванны водой не менее 3 и в течение 5-10 мин в ванне с протоком воды. Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что обработку проводят на установке объемного типа с мегазвуком частотой 500-1000 кГц в течение 10-30 мин при температуре 60,0-100,0 С и следующем соотношении компонентов раствора, мас.2 17503 1 2013.08.30 серная кислота 0,5-5,0 перекись водорода 1-30 деионизованная вода остальное,промывку проводят в стоп-ванне с расходом воды не менее 20 л в минуту в течение 4-7 мин при кратности циклов слива и заполнения ванны водой не менее 3 и в течение 5-10 мин в ванне с протоком воды. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. При частоте мегазвука менее 500 кГц наблюдаются остатки полимера в контактных окнах. При частоте мегазвука выше 1000 кГц наблюдается отслаивание и растрав силицида титана в контактных окнах. При обработке в течение времени менее 10 мин наблюдаются остатки полимера в контактных окнах. При обработке в течение времени более 30 мин наблюдается растрав силицида титана. При температуре менее 60 С наблюдаются остатки полимера в контактных окнах. При температуре выше 100 С наблюдается растрав силицида титана. При концентрации серной кислоты менее 0,5 и пероксида водорода менее 1,0 наблюдаются остатки полимера в контактных окнах. При концентрации серной кислоты выше 5,0 и пероксида водорода выше 30,0 наблюдается подкисление пленки силицида титана. При промывке деионизованной водой в стоп-ванне с расходом менее 20 л в минуту,кратности слива и заполнения ванны водой менее 3 и времени промывки менее 4 мин наблюдаются остатки полимера в контактных окнах. При промывке деионизованной водой в стоп-ванне более 7 мин происходит подкисление поверхности силицида титана. При промывке деионизованной водой в ванне с протоком в течение времени менее 5 мин наблюдаются остатки полимера. При промывке деионизованной водой в ванне с протоком в течение времени более 10 мин происходит подкисление поверхности силицида титана. Наличие полимера, растрав силицида титана, подкисление пленки силицида титана приводят к повышению контактного сопротивления системы металл-полупроводник. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3, где на фиг. 1 представлено наличие полимерных остатков в контактных окнах при очистке контактных окон по прототипу в процессе изготовления кремниевых интегральных микросхем на фиг. 2 представлено отсутствие полимерных остатков в контактных окнах при изготовлении кремниевых интегральных микросхем без растрава силицида титана, полученное при реализации заявленного способа обработки на фиг. 3 представлен растрав пленки силицида титана при очистке контактных окон по прототипу в процессе изготовления кремниевых интегральных микросхем. В качестве примера реализации заявленного способа была изготовлена группа контрольных пластин, на которых оценивались а) наличие или отсутствие полимерных загрязнений в контактных окнах после обработки б) наличие или отсутствие подтрава поверхности силицида титана в контактных окнах. 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. 17503 1 2013.08.30 Таблица 1 Порядок изготовления контрольных пластин для контроля полимерных загрязнений и подтрава слоя силицида титана Оборудование, на котором выполнялась операция Установка химобработки Освежение в раствореУстановка напыления пленок Напыление -,(303) нм(505) нмБыстрый термический отжиг 650 С, 30 с 8108 Травление / в растворе ,(705) С, Установка химобработки-82015 мин Быстрый термический отжиг 850 С, 30 с 8108 Осаждение ,(20010) нм Установка осаждения Осаждение 2 ПХ ТЭОС,пленок -2(0,60,05) мкмПХ ТЭОС(1,40,07) мкм Наименование операции Установка нанесения фоторезиста -80 Установка совмещения и экспонированияУстановка плазмохимического травленияУстановка плазмохимического удаления фоторезиста 3010 Установка плазмохимического травления Удаление полимера по заявляемому способу и способу прототипа выполняли на установке химической обработки 820. Для контроля полимерных остатков и подтрава силицида титана в контактных окнах использовался растровый электронный микроскоп (РЭМ) фирмы . Наличие или отсутствие полимерных остатков и растрава силицида титана, зафиксированное с помощью РЭМ, представлено на фиг. 1-3. Для оценки контактного сопротивления с использованием заявленного способа и прототипа были изготовлены пять групп (по 4 пластины в группе) опытных пластин микросхемы 1635 РУ 21 У. На всех пластинах выполнен контроль вольтамперных характеристик(ВАХ) на установке ИПТС. Контроль ВАХ включал измерение контактного сопротивления в 13 точках на пластине между слоем алюминия и активными областями ИМС -,-р, -ПКК. Контактное сопротивление измерялось на цепочке из 1000 контактов. Для каждой группы пластин рассчитывали минимальное значение , максимальное значениеи размахконтактного сопротивления. Размах представляет собой разницу между максимальным и минимальным значением в каждой группе пластин. Режимы удаления полимера и полученные результаты представлены в табл. 2, где примеры 2-4 иллюстрируют предлагаемое техническое решение, пример 6 - способ прототипа, примеры 1, 5 выходят за пределы, указанные в формуле изобретения. Как видно из табл. 2 (примеры 2-4), при изготовлении интегральных микросхем оптимальным является способ удаления полимера на установке объемного типа при выполне 4 17503 1 2013.08.30 нии обработки в растворе серной кислоты и пероксида водорода с мегазвуком частотой 500-1000 кГц в течение 10-30 мин при температуре 60-100 С и соотношении компонентов, мас.серная кислота 0,5-5,0 перекись водорода 1-30 деионизованная вода остальное,при выполнении промывки в стоп-ванне с расходом воды не менее 20 л в минуту в течение 4-7 мин при кратности циклов слива и заполнения ванны водой не менее 3 и в течение 5-10 мин в ванне с протоком воды. Таблица 2 Режимы удаления полимера и полученные результаты Частота мегазвука, Кгц Расход воды в стоп-ванне, л/мин Результаты контроля Контактное сопротивление, к Ом Режимы операции химической Режимы операции промывки в деионизованной воде очистки 17503 1 2013.08.30 Таким образом, заявляемое решение по сравнению с прототипом позволяет решить задачу увеличения эффективности удаления полимера с глубоких отверстий малоразмерных контактных окон, сформированных на поверхности кремниевых пластин, к активным областям с силицидом титана без повреждения поверхности силицида титана и снижения за счет этого контактного сопротивления системы металл-полупроводник изготавливаемых ИМС. Источники информации 1. Патент США 6 887 655, 2005. 2. Патент США 6 833 081, 2004. 3. Патент США 5 780 363, 1998. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.