УДК 621.315.592:546.28

В.П. Бокарев, канд. хим. наук, О.П. Гущин, В.Н. Макаревич, А.Д. Просий, А.А. Трусов, Ч.П. Волк, АООТ “НИИМЭ и МИКРОН”

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ Si и SiO2 Во ФТОРСОДЕРЖАШИХ ГАЗАХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВУФ ИЗЛУЧЕНИЯ

Исследованы процессы сухого травления  и  в  и , происходящие при нормальной температуре и при атмосферном давлении под воздействием вакуумного ультрафиолетового изучения от дейтериевых ламп (длина волны 110-160 нм). Показано, что при данных условиях, скорость травления может достигать 34 нм/мин, а сам процесс травления имеет анизотропный характер

 

 

Известно, что воздействие вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ) на химические среды приводит к многочисленным фотохимическим реакциям, которые можно использовать в технологии микроэлектроники в процессах нанесения технологических слоев при низкой температуре, их травления и очистки поверхности [1]. Так, авторами работы [2] было показано, что УФ излучение в спектральном диапазоне 254 нм и менее способно инициировать реакции фотолитического травления  в газовых смесях, содержащих ,  либо . В работе [3] изучено фотолитическое травление поликристаллического кремния в атмосфере гексафторида серы под воздействием ВУФ излучения от дейтериевой лампы (-лампы).

Нами исследован процесс травления  и  в  и  при воздействии ВУФ излучения. Эксперименты проводились в герметичной реакционной камере, заполненной газовой смесью азота с гексафторэтаном либо аргона с гексафторидом серы, при нормальной температуре. Кремниевые пластины располагались на столике и подвергались ВУФ обработке в течение 1-10 мин. Источником ВУФ излучения служили -лампы с регулируемой мощностью в интервале от 50 до 450 Вт и длиной волны 110-160 нм. Поверхность пластины находилась в 1,5 мм от окна источника [4]. Эксперименты проводили на 100-миллиметровых кремниевых пластинах с термическим  толщиной 300 нм и фоторезистовой маской на основе позитивного фоторезиста S1813SP15. Кроме того, исследования проводили на кремниевых пластинах с термическим оксидом и жесткой маской из алюминия и кремниевых пластинах с фоторезистовой маской.

Вариант образцов с жесткой алюминиевой маской был выбран для получения более полной информации по анизотропии процесса травления , так как ВУФ излучение приводит к деструкции фоторезистовых масок с образованием низкоплавких компонентов [5], что отражается на профиле травления. Для повышения стойкости фоторезистовой маски к ВУФ излучению предварительно проводилась его стабилизация ультрафиолетовым излучением от ртутной лампы ( нм).

После проведения процесса фотолитического травления образцы анализировались методами оптической и растровой электронной микроскопии, а также на профилометре. Проведенные на профилометре “Alpha-step 2000” (фирма Tencor Instruments) измерения показали, что ВУФ излучение в данном спектральном диапазоне позволяет проводить травление диэлектрика при нормальной температуре. При этом скорость травления  в смеси газов  составляла 6 нм/мин при нормальной температуре и давлении в камере, близком к атмосферному. Скорость травления  в смеси газов  оказалась выше и составляла 34 нм/мин при травлении через алюминиевую маску и 15 нм/мин при травлении через фоторезистовую маску. Скорость травления  в смеси газов  через фоторезистовую маску составляла 13 нм/мин.

Уменьшение скорости травления  при травлении через фоторезистовую маску может объясняться различными причинами, например, гибелью части радикалов фтора из газовой фазы на поверхности фоторезиста в результате реакций замещения или дополнительным полимерообразованием на поверхности  за счет разлагающегося под воздействием ВУФ излучения фоторезиста.

Процесс фотолитического травления может протекать по адсорбционному механизму, когда в травлении участвуют радикалы, образующиеся при фотолизе адсорбированных на поверхности травимого вещества молекул фторсодержащих газов. В этом случае травление участков поверхности, параллельных и перпендикулярных потоку ВУФ излучения, должно происходить с разными скоростями, т.е. анизотропно. Возможно и травление радикалами, возникающими в результате фотолиза фторсодержащих газов в газовой фазе над поверхностью травимого вещества. В этом случае следует ожидать, что характер травления будет изотропным. Авторами работы [3] было показано, что скорость фотолитического травления поликремния зависит от скорости газового потока, т.е. фотовозбуждение молекул  происходит в газовой фазе, а не на поверхности поликремния. В таком случае травление  должно протекать изотропно.

Однако проведенное нами РЭМ-исследование профиля травления  через алюминиевую маску показало, что процесс фотолитического травления происходит анизотропно (рис. 1,2).

Анизотропно протекает и процесс фотолитического травления монокристаллического кремния (рис. 3). Однако в данном случае профиль травления – наклонный в соответствии с профилем фоторезистовой маски, деструктирующей под воздействием ВУФ излучения.

Рис. 1. РЭМ-снимок структуры Al/SiO2/Si до ВУФ травления

Рис. 2. РЭМ-снимок структуры Al/SiO2/Si после ВУФ травления

Рис. 3. РЭМ-снимок структуры ФРМ/Si после ВУФ травления

Таким образом, полученные нами экспериментальные данные по фотолитическому травлению кремния и двуокиси кремния свидетельствуют в пользу адсорбционного механизма фотолитического травления в.

Так как исследованный процесс фотолитического травления происходит при нормальной температуре с заметной скоростью (34 нм/мин), то он может быть использован для очистки поверхности пластин от остаточного оксида в едином вакуумном цикле, например, с процессом вскрытия контактных окон. Кроме того, данный процесс может быть использован для прецизионного травления поликремниевых затворов и подзатворного диэлектрика при изготовлении приборов с повышенной воспроизводимостью электрофизических параметров, а также для глубокой очистки поверхности перед проведением технологических операций эпитаксии и нанесения технологических слоев в едином с ними вакуумном цикле.

Список литературы

1.      Бокарев В.П., Гущин О.П., Зайцев Н.А. // Сб. трудов 1-й научно-технической конференции АООТ “НИИМЭ и Микрон”. М.: МИКРОН-ПРИНТ, 1998. С. 189-191.

2.      Gray D.С., Butterbaugh J.W., Hiatt С.F., Lawing A.S., Sawin Н.Н. // Electrochem. Soc. 1995. Vol. 142. № 11. P. 3859-3863.

3.      Selichi W., Sinjirou U., Norio N., Mikio T. // Jap. J. Appl. Phis. 1986. Pt. 2. Vol. 25. N 11. P. 881-884.

4.      Бокарев В.П., Вахрушев М.Ю., Гизатуллин М.Р., Гребеньков В.С., Попов А.П. // РАН. Приборы и техника эксперимента. 1993. № 3. С. 8.

5.      Бокарев В.П., Балыченко А.А., Вахрушев М.Ю., Гизатуллин М.Р., Гребеньков В.С., Попов А.П. // Электронная промышленность. 1993. № 4. С. 33-35.

 

 

Наверх