Химическое травление потоком нейтральных частиц

Резист.

Материалы.

Для реализации реактивного травления необходимо обеспечить появление в ходе плазмохимических реакций на поверхности образование легколетучих компонентов, т.е. веществ с низкой температурой плавления и испарения. Такими свойствами обладают фториды, хлориды и некоторые гидратные формы полупроводниковых соединений. Именно поэтому для реактивного травления используются газообразные соединения F, Cl, Br, иногда I.

Важной материаловедческой проблемой остается сильная химическая активность реактивной плазмы и химических продуктов процесса травления. Особенно это относится к Cl содержащим газам. Их применение предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости конструкционных материалов реактора, нанесение различных пассивирующих покрытий и тщательной процедуры очистки реактора и обрабатываемых изделий от остатков процесса травления.

Одной из ключевых проблем субмикронной литографии является низкая стойкость к плазменным процессам существующих резистов. Представляя собой органические полимерные композиции они легко разрушаются в ходе плазменного травления. Кроме того, плазменная обработка сопровождается определенным нагревом обрабатываемой поверхности, что приводит к дополнительной деградации резистивного слоя. При создании структур с высоким отношением высоты линии к ширине толщина резиста не может превышать ширину линии. Это приводит к необходимости использования сложных многослойных резистов, в которых обычные полимерные композиции обеспечивают высокую экспозиционную чувствительность, тогда как другие добавляют необходимую плазмо- и термостойкость. Альтернативный подход заключается в разработке принципиально новых резистов на основе неорганических материалов, которые по своей природе имеют высокую стойкость к плазменным и термическим обработкам.

Одним из наиболее процессов травления является травление потоком химически активных но нейтральных частиц. К таким частицам относятся свободные радикалы и некоторые короткоживущие молекулярные комплексы, которые возникаю в плазме соответствующих газов. СВЧ разряд в реактивном газе возбуждается в кварцевой трубе, помещенной в волновод. За счет разницы давлений в разрядной камере и реакторе плазма распространяется по транспортной трубе в разрядную камеру. Заряженные частицы быстро рекомбинируют, тогда как радикалы достигают обрабатываемой пластины.

Основное применение такого процесса находится в технологических операциях связанных с изотропным но высоко селективным травлением. Например, при удалении резистов, при травлении маски из нитрида кремния на оксиде или поликремнии в LOCOS процессах. При применении этих процессов в комбинации с пассивирующими слоями на боковых стенках линий было достигнуто травление с высокой анизотропией, достаточной для травления структур с высоким отношением высоты к ширине линий.

Двойной «Дамасцен» Процесс

На пластину осаждается изолирующий оксид, в котором вытравливается структура под алюминиевую разводку методами реактивного ионного травления с использованием фоторезистной маски. После травления оксида и снятия резиста, структура заполняется алюминием. Оставшийся алюминий на областях, где структуры не должны оставаться, удаляется методом химико-динамической полировки, и осаждается второй изоляционный слой. С использованием Damascene-процесса, типичные для реактивного ионного травления проблемы, например недостаточная селективность фоторезиста, недостаточный контроль профиля и коррозии, можно избежать. С другой стороны, появляются проблемы с травлением оксида, заполнением узких структур алюминием и полировкой 'мягкого' алюминия.

В методике химико-динамической полировки пластина устанавливается на вращающемся подложкодержателе (рис. 6), который прижимается к вращающемуся столу с полировальником. Благодаря этим двум вращениям, поверхность пластины заземлена. Технология шлифовки химически усиливается суспензией, которая вводится на полировальник. Суспензия состоит из маленьких частиц для улучшения процесса шлифовки и травителя, реагирующего с материалом, который требуется удалить, и не реагирует с нижележащим материалом. Таким образом, возможно избирательное удаление пленок.

Рис. 6. Схема методики CMP.

Типичная последовательность технологических операций - "Двойной Дамасцен Процесс", показана на рис. 7. В первом шаге осаждается ILD оксид (рис. 7a). После литографии контактного окна (рис. 7b), оно травится реактивным ионным травлением оксида (рис. 7с). Удаляется фоторезист (рис. 7d), и проводится вторая литография для формирования рисунка металлических структур (рис. 7e). Металлические структуры вытравливаются в оксиде в фиксированном по времени RIE процессе (рис. 7f). Время травления в комбинации со скоростью травления определяют глубину структур. После удаления фоторезиста (рис. 7g), осаждается алюминий (рис. 7h). В завершении металлические структуры формируются за счет процесса CMP (рис. 7i). Последовательность заканчивается плоской поверхностью после второго осаждения оксида (рис. 7j).

В таблице 1 сравниваются технологические операции для Двойного Дамасцен процесса и последовательности RIE. Двойной Дамасцен процесс имеет на 6 технологических операций меньше чем последовательность RIE. Это приводит к уменьшению стоимости модуля на 13% и уменьшению времени процесса на 18% для 256 М DRAM [13].

Рис. 7. Последовательность Двойного Дамасцен Процесса.

Таблица 1. Сравнение последовательности RIE и «Dual Damascene».

	RIE процесс	Двойной Damascene процесс
	Осаждение оксида (USG)	Осаждение оксида (USG)
	Литография контактных окон	Литография контактных окон
	Травление контактных окон	Травление контактных окон
	Удаление фоторезиста	Удаление фоторезиста
	Осаждение Ti/TiN	Литография первого металлического слоя
	Осаждение W	Травление оксида для первого металлического слоя
	CMP W	Удаление фоторезиста
	Осаждение первого металлического слоя	Осаждение алюминия (первый металлический слой)
	Литография первого металлического слоя	CMP первого металлического слоя
	RIE первого металлического слоя	Осаждение оксида (USG)
	Удаление фоторезиста
	Отжиг
	Осаждение оксида (DFSG)
	CMP оксида
	Отжиг
	Осаждение оксида (USG)

Дата добавления: 2014-01-07