×
20.11.2014
216.013.0923

СПОСОБ РЕАКТИВНОГО ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ СЛОЯ НИТРИДА ТИТАНА СЕЛЕКТИВНО К ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ, ПОЛИКРЕМНИЮ И ВОЛЬФРАМУ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структуры интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления. Сущность изобретения: слой TiN удаляется селективно к SiO, вольфраму и поликремнию при реактивном ионном травлении его в плазме O с присутствующей в зоне разряда пластинкой фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного (ВЧ) электрода, травление проводят при плотности ВЧ мощности 1-3 Вт/см, а рабочую поверхность ВЧ электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом. 1 табл.
Основные результаты: Способ реактивного ионного травления слоя нитрида титана селективно к двуокиси кремния, поликремнию и вольфраму, включающий обработку слоя нитрида титана в плазме кислорода и фторсодержащего соединения, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего соединения используется продукт разложения в кислородной плазме пластинки фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного электрода, непосредственно травление проводят при плотности высокочастотной мощности 1-3 Вт/см, а рабочую поверхность высокочастотного электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к микроэлектронике, технологии контроля и анализа структуры интегральных схем (ИС), к процессам сухого плазменного травления.

Нитрид титана (TiN) широко используется в производстве ИС для создания барьерных и антиотражающих слоев на этапе формирования металлизации. Его травление осуществляется методами плазмохимического или реактивного ионного травления либо селективно к двуокиси кремния (SiO2), когда слой TiN травится вместе с алюминием (Al), либо селективно к Al, когда он травится вместе со слоем SiO2 [1-8]. Ни один из этих способов травления TiN не обеспечивает одновременной селективности еще и к поликремнию и вольфраму. Однако при послойном анализе структуры ИС возникает необходимость удалить слой TiN селективно и к SiO2, и к вольфраму, и к поликремнию. Особенно это важно при проведении работ по препарированию ИС с целью получения полных изображений всех их топологических слоев для восстановления электрической схемы. Селективный к разным материалам процесс удаления слоя нитрида титана необходим для сохранения таких конструктивных элементов ИС, как контактные вольфрамовые столбики и поликремниевые затворы.

Известен способ травления TiN, описанный в патенте РФ №2081207 [9]. Он состоит в жидкостном травлении нитрида титана в растворе, который содержит (г/л): плавиковую кислоту (плотностью d=1,155 г/см3) - 70-100, соляную кислоту (d=1,198 г/см3) - 40-80; фосфорную кислоту (d=1,870 г/см3) - 100-290. Он предназначен для удаления слоя нитрида титана со стальных изделий и имеет низкую селективность к Al и к SiO2.

Известен другой способ травления TiN [10]. Он состоит в реактивном ионном травлении нитрида титана в плазме смеси треххлористого бора (BCl3), четыреххлористого углерода (CCl4) и кислорода (O2) при соотношении компонентов (измеренном по величине газовых потоков в см3/мин) 30:8:2, при давлении 9 Па, высокочастотной мощности 200-400 Вт. Селективность травления TiN к SiO2 в этом процессе составляет 3:1. Недостатком его является отсутствие селективности к Al, который травится в 2,5-3 раза быстрее, чем TiN. Кроме того, недотравленный слой Al, лежащий под стравленным слоем нитрида титана, после этого процесса имеет очень активную поверхность из-за отсутствия естественного защитного окисла на алюминии и чрезвычайно подвержен коррозии, особенно в присутствии хлорсодержащих продуктов травления, которые частично остаются на образце после травления.

Известен также способ, описанный в статье L.C. Zhang и др. [11]. Травление TiN по этому способу осуществляется методом реактивного ионного травления в плазме смеси четырехфтористого углерода (CF4) и 10% O2 при давлении 1 Па и высокочастотной мощности 200 Вт со скоростью 24 нм/мин. Процесс имеет очень высокую селективность к Al, поскольку Al в этой плазме не травится, происходит только незначительное распыление его под действием ионной бомбардировки. Недостатком этого способа является отсутствие селективности к слою SiO2, который травится в 5-6 раз быстрее, чем TiN.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению техническим решением является способ травления TiN, описанный в патенте РФ №2392689 [12]. Он состоит в том, что слой TiN травится методом реактивного ионного травления в плазме смеси четырехфтористого углерода и кислорода при соотношении компонентов 5:(30-40), рабочем давлении 20-30 Па и плотности высокочастотной мощности 8-16 Вт/см2, которая достигается уменьшением активной площади высокочастотного электрода путем наложения на него кварцевого кольца толщиной более 3 мм для концентрации плазмы в области обработки. Этот способ обеспечивает селективность травления TiN по отношению к SiO2 и Al, но не обеспечивает селективности по отношению к поликремнию и вольфраму.

Задачей, на решение которой направлено это изобретение, является увеличение селективности травления слоя нитрида титана по отношению к поликремнию и вольфраму при сохранении высокой селективности травления по отношению к SiO2.

Поставленная задача решается в способе, включающем реактивное ионное травление слоя нитрида титана до двуокиси кремния, вольфрама и поликремния, включающем обработку слоя нитрида титана в плазме кислорода и фторсодержащего соединения, отличающимся тем, что в качестве фторсодержащего соединения используется продукт разложения в кислородной плазме пластинки фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного электрода, непосредственно травление проводят при плотности высокочастотной мощности 1-3 Вт/см2, а рабочую поверхность высокочастотного электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются: состав плазмы, применение покрытия электрода, поглощающего фтор, диапазон плотности мощности.

Данная совокупность признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении селективности травления TiN по отношению к поликремнию до (1,2-1,5):1, к вольфраму до (1,5-2,0):1, к SiO2 до (3-4):1 при сохранении высокой селективности травления по отношению к алюминию.

Для обоснования выбранных диапазонов параметров процесса по предлагаемому способу травления TiN приведем экспериментальные результаты.

Таблица 1
Зависимость скоростей травления конструкционных материалов интегральных схем от условий травления (нм/мин)
Параметры/Материал TiN SiO2 Si∗ W
CF4(1%)+O2(99%), без покрытия электрода, 2 Вт/см2 100 70 180 170
CF4(1%)+O2(99%), с покрытием электрода кремнием 70 50 80 80
O2+фторопласт (2% Sэ), без покрытия, 2 Вт/см2 30 10 30 30
O2+фторопласт (2% Sэ), с покрытием Si, 2 Вт/см 30 10 20 10
O2+фторопласт (20% Sэ), без покрытия, 2 Вт/см2 50 20 50 50
O2+фторопласт (20% Sэ), с покрытием Si, 2 Вт/см2 40 10 30 30
O2+фторопласт (10% Sэ), с покрытием Si, 1 Вт/см2 20 5 10 10
O2+фторопласт (10% Sэ), с покрытием Si, 3 Вт/см2 40 10 30 20

Изменение соотношения компонентов плазмы четырехфтористого углерода и кислорода во всем доступном регулированию диапазоне не приводит к положительным результатам. Выделяющийся в большом количестве свободный фтор активно травит поликремний и вольфрам. Даже применение покрытий электрода, поглощающих фтор, существенно не улучшает ситуацию, поскольку фтор непрерывно в большом количестве генерируется из свежих порций газа, поступающего в реактор.

Поскольку для травления TiN необходимы ионы, содержащие фтор, для их получения была выбрана кислородная плазма с присутствующей в ней пластинкой фторопласта, который является полимером и который под действием кислородной плазмы разлагается в основном с образованием COF2. Чтобы образующийся при разложении фторопласта в небольшом количестве свободный фтор не накапливался в реакторе, применяется покрытие электрода, поглощающее фтор.

Ионы активно травят TiN в широком диапазоне плотности мощности 1-3 Вт/см2. При плотности мощности менее 1 Вт/см2 время травления слоя TiN значительно возрастает, но это не создает никаких дополнительных положительных эффектов, поэтому нерационально. При плотности мощности более 3 Вт/см2 селективность травления снижается, происходит более глубокое разложение молекул фторопласта и образуется больше фтора.

Давление в реакторе мало сказывается на процессе, поэтому был выбран диапазон давлений, как в прототипе, чтобы не перенастраивать оборудование при смене процесса.

Размер кусочка фторопласта существенной роли не играет, но при его площади менее 2% Sэ скорость травления сильно снижается, а при площади более 20% Sэ снижается селективность травления из-за уменьшения площади покрытия, поглощающего фтор и увеличения выделения фтора с большей площади фторопласта.

В качестве примера рассмотрим применение способа при травлении барьерного слоя нитрида титана толщиной 0,08 мкм на слое SiO2, нанесенного на кремниевую подложку (чип) размерами 3,1×3,3 мм. В слое SiO2 (под слоем нитрида титана) имеются контактные окна к нижележащему слою алюминия, заполненные вольфрамом, который образует контактные столбики. Этот образец помещается на центральную область высокочастотного электрода установки RIE-1C фирмы SAMCO, на котором расположена кремниевая пластина, накрытая кварцевым кольцом толщиной 4 мм, закрывающим электрод и края пластины кроме ее центральной области диаметром 90 мм. Рядом с образцом на кремниевой пластине располагается пластинка фторопласта диаметром 36 мм. Образец обрабатывается в плазме O2 при рабочем давлении 25 Па, высокочастотной мощности 100 Вт (плотность мощности 1,6 Вт/см2) в течение 180 секунд. За это время полностью стравливается слой нитрида титана (0,08 мкм), происходит утонение лежащего вокруг областей TiN слоя SiO2 на 0,03 мкм и практически не видно на электронном микроскопе изменения высоты вольфрамовых контактных столбиков, т.к. после удаления слоя TiN время воздействия плазмы на них было небольшим.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обладает дополнительным преимуществом. При сохранении одинаковой селективности травления нитрида титана к алюминию данный способ обладает более высокой селективностью по отношению к SiO2 и селективностью по отношению к вольфраму и поликремнию, чем не обладает прототип. Это позволяет использовать предлагаемый процесс для удаления барьерного слоя нитрида титана после жидкостного удаления вышележащего слоя алюминия с сохранением вольфрамовых контактных столбиков и поликремниевых затворов. Применение процесса, выбранного прототипом, для этой цели невозможно, т.к. при малейшем избыточном времени травления происходит очень быстрое вытравливание вольфрамовых контактных столбиков и поликремниевых затворов, когда столбики осуществляют контакт к поликремнию. Приходилось использовать жидкостное травление нитрида титана способом [9] и дополнительную шлифовку поверхности для выравнивания рельефа после значительного заглубления в SiO2. Новый процесс упрощает операцию удаления барьерного слоя и повышает качество ее выполнения.

Источники информации:

1. Патент США №5,207,868.

2. Патент США №5,827,436.

3. Патент США №5,976,986.

4. Патент США №5,846,880.

5. Патент США №5,399,237.

6. Патент США №6,531,404.

7. Патент США №7,244,682.

8. Патент США №7,276,450.

9. Патент РФ №2081207.

10. Сейдман Л.А. Реактивное травление в вакууме слоев нитрида титана и применение их в системах контактной металлизации полупроводниковых приборов / Л.А. Сейдман // Обзоры по ЭТ. Серия 2. Полупроводниковые приборы. - 1988 г., - Вып.6 (1366), - 58 с.

11. Zhang L.C. Thermal stability and barrier height enhancement for refractory metal nitride contacts on GaAs / L.C. Zhang, S.K. Cheung, C.L. Liaug, N.W. Cheung // Appl. Phys. Lett. - 1987. - V.50, -N8. - P.445-447.

12. Патент РФ №2392689.

Способ реактивного ионного травления слоя нитрида титана селективно к двуокиси кремния, поликремнию и вольфраму, включающий обработку слоя нитрида титана в плазме кислорода и фторсодержащего соединения, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего соединения используется продукт разложения в кислородной плазме пластинки фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного электрода, непосредственно травление проводят при плотности высокочастотной мощности 1-3 Вт/см, а рабочую поверхность высокочастотного электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 23 items.
10.01.2013
№216.012.17dd

Керамический флюс

Изобретение может быть использовано при механизированной наплавке и сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей с использованием керамических флюсов. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: карбонат кальция 20-25, плавиковый шпат 50-60, глинозем 10-20, полевой шпат 3-6,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471601
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.10.2013
№216.012.765f

Способ получения пористого анодного оксида титана

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области наноэлектроники. Способ включает формирование слоя пористого анодного оксида анодным окислением титанового образца в потенциостатическом режиме в электролите на неводной основе, при этом после формирования слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495963
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.11.2013
№216.012.8010

Трехколлекторный биполярный магнитотранзистор

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, к полупроводниковым приборам с биполярной структурой, обладающим чувствительностью к воздействию магнитного поля. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности к магнитному полю, направленному параллельно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498457
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.07.2014
№216.012.e24c

Нанокомпозитная газопоглощающая структура и способ ее получения

Изобретение относится к вакуумной технике и представляет собой нанокомпозитную газопоглощающую структуру и способ ее получения, предназначенную для поддержания вакуума в различных приборах, в том числе микроэлектромеханических системах. Нанокомпозитная газопоглощающая структура представляет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523718
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea03

Способ сборки чувствительного элемента микромеханического датчика

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов, применяемых при изготовлении микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525715
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.11.2014
№216.013.06a0

Способ контроля ширины элементов топологии

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для проверки топологии фотошаблонов, печатных плат, микросхем на наличие дефектов. Техническим результатом является повышение точности контроля ширины элементов и изоляционных промежутков. Способ содержит этапы, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533097
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bfd

Способ получения нанопорошков

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанопорошка. Порошкообразное сырье в виде микрогранул с размером 20-60 мкм, состоящих из частиц сырья с размером 0,1-3 мкм и связующего компонента, имеющего температуру испарения не более 300°C, в количестве 5-25 мас.%,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534477
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ce9

Жидкостный наносветовод

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к устройствам для передачи лазерного излучения. Устройство содержит полый наносветовод, сердцевина которого заполнена водой или водным раствором с показателем преломления, большим показателя преломления оболочки. На торцах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534722
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.01.2015
№216.013.2083

Способ изготовления сверхпроводникового детектора

Использование: для получения высокотемпературных сверхпроводников и изготовления высокочувствительных приемников электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование пленки из высокотемпературного сверхпроводящего материала, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539771
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.2222

Солнечный коллектор

Изобретение направлено на повышение прочности и производительности солнечного коллектора. В солнечном коллекторе содержатся два боковых профиля, каждый из которых выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей на концах утолщения с направляющими пазами, перпендикулярными стенке, прозрачное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540191
Дата охранного документа: 10.02.2015
Showing 1-10 of 31 items.
20.10.2013
№216.012.765f

Способ получения пористого анодного оксида титана

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области наноэлектроники. Способ включает формирование слоя пористого анодного оксида анодным окислением титанового образца в потенциостатическом режиме в электролите на неводной основе, при этом после формирования слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495963
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.11.2013
№216.012.8010

Трехколлекторный биполярный магнитотранзистор

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, к полупроводниковым приборам с биполярной структурой, обладающим чувствительностью к воздействию магнитного поля. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности к магнитному полю, направленному параллельно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498457
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.07.2014
№216.012.e24c

Нанокомпозитная газопоглощающая структура и способ ее получения

Изобретение относится к вакуумной технике и представляет собой нанокомпозитную газопоглощающую структуру и способ ее получения, предназначенную для поддержания вакуума в различных приборах, в том числе микроэлектромеханических системах. Нанокомпозитная газопоглощающая структура представляет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523718
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea03

Способ сборки чувствительного элемента микромеханического датчика

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов, применяемых при изготовлении микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525715
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.11.2014
№216.013.06a0

Способ контроля ширины элементов топологии

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для проверки топологии фотошаблонов, печатных плат, микросхем на наличие дефектов. Техническим результатом является повышение точности контроля ширины элементов и изоляционных промежутков. Способ содержит этапы, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533097
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bfd

Способ получения нанопорошков

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанопорошка. Порошкообразное сырье в виде микрогранул с размером 20-60 мкм, состоящих из частиц сырья с размером 0,1-3 мкм и связующего компонента, имеющего температуру испарения не более 300°C, в количестве 5-25 мас.%,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534477
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ce9

Жидкостный наносветовод

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к устройствам для передачи лазерного излучения. Устройство содержит полый наносветовод, сердцевина которого заполнена водой или водным раствором с показателем преломления, большим показателя преломления оболочки. На торцах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534722
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.01.2015
№216.013.2083

Способ изготовления сверхпроводникового детектора

Использование: для получения высокотемпературных сверхпроводников и изготовления высокочувствительных приемников электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование пленки из высокотемпературного сверхпроводящего материала, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539771
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.2222

Солнечный коллектор

Изобретение направлено на повышение прочности и производительности солнечного коллектора. В солнечном коллекторе содержатся два боковых профиля, каждый из которых выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей на концах утолщения с направляющими пазами, перпендикулярными стенке, прозрачное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540191
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.248f

Способ информационного обмена в системе телемеханики

Изобретение относится к способам формирования информационных сообщений в системе телемеханики. Технический результат заключается в повышении информативности и оперативности системы телемеханики. Для этого предложен способ информационного обмена в системе телемеханики, в котором любое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540812
Дата охранного документа: 10.02.2015
+ добавить свой РИД