CC BY
216
ТЕХНОЛОГИЯ ТРАВЛЕНИЯ ПЛЕНКИ ОКИСЛА КРЕМНИЯ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ КРЕМНИЕВОГО МОЩНОГО ТРАНЗИСТОРА
Шангереева Б.А., Шахмаева А.Р.
Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
При изготовлении полупроводниковых приборов одним из основных технологических операций фотолитографии является травления пленки окисла кремния.
Скорость реакции достаточно высока, однако выделяющийся при этом газообразный четырехфтористый кремний приводит к образованию трещин в плёнке фоторезиста и его отслаиванию на границе проявленных элементов. Это приводит к появлению толстого, рваного клина и растравлению оксида под слоем фоторезиста. Поэтому для травления SiO2 часто применяют травитель буферный, в состав которого входит замедляющая добавка, например, фтористый аммоний NH4F. Процесс травления SiO2 в таком травителе происходит следующим образом:
SiO2+4HF+2NH4F ^ (NH4)2SiF6+2H2O
Рекомендуемый состав буферного травителя: плавиковая кислота (48%-ная), фторид аммония и вода в соотношении 2: 7: 1.
В производстве полупроводниковых приборов и ИМС большую часть фотолитографических процессов проводят на слое оксида кремния SiO2, который активно растворяется в плавиковой кислоте [1]:
SiO2 + 4HF2^ SiO4 T+2H2O
Качество вытравленного рельефа на различных оксидах зависит от применяемого травителя и состояния обрабатываемой поверхности. Увеличение концентрации кислоты в травителе повышает скорость травления окисла кремния (SiO2), но качество вытравленного рельефа при этом ухудшается. Увеличение концентрации фтористого аммония уменьшает скорость травления SiO2 и улучшает качество вытравленного рельефа.
Повышение температуры травильного раствора увеличивает скорость травления пленки окисла кремния, однако качество вытравленного рельефа при этом ухудшается.
о ^___
Оптимальная температура травления 20 С. При стравливании SiО2 поверхность переходит из гидрофильного в гидрофобное состояние: обнажившийся кремний не смачивается травителем. Этим осуществляется контроль травления окисла кремния.
Процесс избирательного травления материала подложки является завершающей стадией формирования топологии рисунка в фотолитографическом цикле. Основными требованиями, предъявляемыми к этому процессу, являются минимальное искажение формы и размеров переносимого рисунка и его отдельных элементов, достижение нужной глубины вытравливания профиля рисунка, полное стравливание металлических и диэлектрических пленок с поверхности подложки, не защищенных слоем фоторезиста, минимальное воздействие травителя на пленку фоторезиста.
Важной особенностью локального травления через пленку фоторезиста является то, что в процессе химической обработки происходит не только травление материала по глубине, но и подтравление его под защитной пленкой фоторезиста. В результате образуется клин травления в рельефе кремниевой пластины. Клин травления зависит как от качества химической обработки указанных факторов, так и от качества
предыдущих технологических операций (нанесения, сушки, экспонирования, проявления).
Для определения оптимальных технологических режимов травления пленки окисла кремния, для формирования топологии рисунка кремниевого транзистора проведена серия экспериментов.
При базовом технологическом процессе травления пленки окисла кремния (SÍO2), возникали сложности управления технологическим процессом и получения стабильных результатов. Новая технология позволяет достичь нужной глубины вытравливания профиля рисунка, полное стравливание окисла кремния с поверхности подложки, не защищенных слоем фоторезиста и минимальное воздействие травителя на пленку фоторезиста.
Процесс проводят на установке химической обработки (Лада-1) при комнатной температуре травителя в состав которого входят: фтористоводородная кислота и фторид аммония.
Задача состояла в том, чтобы подобрать оптимальные состав травителя окисла кремния. Для этого необходимо было провести ряд экспериментов, обработать экспериментальные результаты и выбрать оптимальный маршрут и режимы технологии, при которых обеспечивается стабильность выходных характеристик прибора, и высокий процент выхода годных кристаллов мощных транзисторов.
Как известно, для получения рельефа в пленках SiO2 широко используются травитель следующего состава: HF : NH4F :H2O=2:7:1.
10
к
S I
а> С m л
CL н .0 н
о о
CL О X
О
4
■Травитель №1 Травитель №2 Травитель №3 Травитель №4 Травитель №5
20 22 24 26 28
Температура травителя Т,С
Рис. 1. Зависимость скорости травления окисла кремния от состава и температуры травителя
8
6
2
0
Травления пленки оксида кремния осуществляется растворами, составленными на основе фтористоводородной кислоты (ОТ) и фторида аммония ЫЫИ4Р (40%-ного водного раствора), взятых в различных соотношениях. Травители при длительном хранении теряют свою активность (стареют) и скорость растворения снижается. Повышение температуры травильного раствора увеличивает скорость травления окисла кремния, однако качество вытравленного рельефа при этом ухудшается.
Основными технологическими факторами, влияющими на процесс травления пленки окисла кремния и от которых зависят, параметры получаемой структуры являются: температура раствора, время травления и скорость травления (см. рис. 1).
В результате проведения экспериментов одним из самых эффективных травителей для окисла кремния является травитель состоящий из следующих компонентов фтористого аммония (ЫЫИ4Р) и фтористоводородной кислоты (ИР) в соотношении равной 6:1 при комнатной температуре травителя.
Оптимальные режимы проведения травления пленки окисла кремния приведены в таблице 1.
Таблица 1.
№ п/п Технологический процесс Травители Соотношение компонентов Скорость процесса V, мкм/ч.
травитель №1 ИР : ЫИ4Р 3:10 7,2
травитель №2 ИР : ЫИ4Р 2:8 7,5
1. Травления пленки окисла кремния травитель №3 ИР : ЫИ4Р 1:7 7,8
травитель №4 ИР : ЫИ4Р 1:6 8,2
травитель №5 ИР : ЫИ4Р 1:5 8,7
Предполагаемый нами режим травления имеет ряд преимуществ:
- минимальное искажение формы и размеров переносимого рисунка и его отдельных элементов;
- достижение нужной глубины вытравливания профиля рисунка;
- полное стравливание пленок с поверхности подложки, не защищенных слоем фоторезиста;
- минимальное воздействие травителя на пленку фоторезиста.
Библиографический список:
1. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров./ Под редакцией В.Н. Черняев -М.: «Радио и связь», 1987, -С222.
