Исследование и оптимизация процесса реактивно-ионного травления углублений в кремнии для формирования мелкощелевой изоляции

• Автор: Данилкин, Евгений Викторович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.

Глава 1 Введение Роль щелевых структур в изготовлении МОП транзисторов.

1.1 Процесс изготовления мелкощелевой изоляции.

1.1.1 Формирование нитридной маски.

1.1.2 Травление слоев и формирование канавки

1.1.3 Верхние углы канавки и окисление поверхности.

1.1.4 Заполнение канавки.

1.1.5 Этап химикомеханической полировки.

1.2 ДМОПтранзисторы с щелелевым затвором

1.3 Методы формирования канавок в кремнии

1.3.1 Непрерывный процесс травления
1.3.2 процесс
1.3.3 Криогенный процесс.
1.4 Анализ процессов травления i для пригодности использования в
изготовлении ИС
1.5 Рассмотрение проблемы и постановка задачи
Глава 2 Анализ объемных и гетерогенных процессов в реакторе высокоплотной плазмы при травлении i
2.1 Источник проблемы прекращения травления и определяющие его
факторы.
2.1.1 Рекомбинация атомов па поверхности.
2.1.2 Эффект распыления кварцевого окна
2.1.3 Влияние состояния стенок камеры
2.1.4 Теплопроводность плазмы
2.2 Выводы.
Глава 3 Методика экспериментов.
3.1 Описание установки травления.
3.2 Описание экспериментов.
3.2.1 Исследование плазмы 22
3.2.2 Исследование эффекта прекращения травления кремния.
3.3 Методика оптимизации процесса травления канавок в
Глава 4 Определение влияния температуры кварцевого окна на концентрацию активных частиц в плазме С2
4.1 Результаты и обсуждение.
4.2 2 Влияние стен реактора на концентрацию частиц в плазме.
4.3 Выводы
Глава 5 Определение условий окисления и образования шероховатости поверхности.
5.1 Механизм низкотемпературного окисления поверхности кремния в плазме
5.1.1 Факторы, влияющие на скорость окисления
5.1.2 Критические условия для роста слоя 8Ю2
5.2 Результаты и обсуждение.
5.2.1 Зависимость размера пятна от пот ока , давления, ВЧмощносги и температуры пластины.
5.2.2 Поверхностный анализ области прекращения травления
5.2.3 Исследование состава пассивирующего слоя в центре пластины
5.2.4 1пв1ш анализ температуры и ВЧ напряжения на пластине используя сенсорные пластины ПавтаГстр и Р1азтаУо
5.3 Выводы.
Глава 6 Оптимизация процесса травления канавок в Э
6.1 Результаты и обсуждение
6.1.1 Роль добавки азота в смесь С при реактивно ионноплазменном травлении кремния
6.1.2 Оптимизированный процесс.
6.2 Выводы.
Заключение.
Основные результаты работы и выводы
Основные положения, выносимые на защиту
Приложение.
Список литературы


Показано, что замена азота на аргон не дает образования повышенной шероховатости поверхности 8і на краю пятна и, также как и азот, не значительно влияет на потребление нитридной маски. Приведен анализ влияния параметров процесса (таких как потоки газов, давление, ВЧ-мощность и смещение на пластине) на профиль и селективность травления. По итогам проведенных исследований удалось подобрать оптимальные параметры процесса, позволившие исключить появление остановки травления при наїреве кварцевого окна. В настоящее время ведутся интенсивные исследования в целях улучшения электрических параметров изделий силовой микроэлектроники. Уделяется большое внимание разработке, . МОП (метал-окисел-полупроводник) транзисторов, обладающих высоким входным сопротивлением, низким сопротивлением в открытом состоянии, надежностью и высокой скоростью переключения. Гц). Первым, и наиболее важным этапом в технологии изготовления интегральных схем (HG) является. Первое время,, когда проектные, нормы. В связи с этим, в технологию производства транзисторов ввели изоляцию диэлектриком (обычно Si). Известно, что диэлектрическая изоляция имеет значительные преимущества. Однако, существенной, технологической проблемой в данном случае является подбор диэлектрических слоев для заполнения канавок и их толщин с целыо достижения! Существует два метода формирования диэлектрической изоляции: мелкощелсвая изоляция (STI) и локальное окисление кремния (LOCOS). LOCOS процесс широко используется в производстве с минимальными размерами >0. При дальнейшем применении этот метод достигает своих пределов, т. Рис. Это создает не преодолимые трудности для увеличения интеграции. Начиная с проектных норм 0, мкм и ниже, общепринятым является использование мелкощелевой изоляции. Мелкощелевая изоляция обладает лучшей планарностью поверхности перед следующим этапом формирования подзатворного окисла, меньшей областью изоляции, позволяющей увеличить степень интеграции, низкой емкостью р-n перехода и практически нулевой областью нарушений в кремнии. Превосходство над простой изоляцией локального окисления кремния (LOCOS) достигается ценой усложнения процесса в целом, который требует тщательной инте1рации индивидуальных шагов. Например, в работе [5] обращено внимание на влияние процессов окисления поверхности канавки, заполнение ее оксидом и химико-механической полировки (ХМП) на субпороговыс утечки в краях активной области. Рис. Схема последовательности формирования мелкощелевой изоляции показана на Рис. Первым этапом является очистка пластины перед формированием защитных слоев: поднитридного оксида (pad oxide) толщиной 6-8нм и нитрида толщиной -0нм. Следующий этап литография - нанесение антиогражающего покрытия (ЛОП) и формирование фоторезистивной маски с заданными критическими размерами. После того как маска сформирована, следует травление. Преимущественно для правления* структур для мелкощелевой изоляции используются реакторы- высоко плотной плазмы. Травление осуществляется в одном реакторе за один цикл, т. АОП, далее Si3N4, затем Si и в конце формируется канавка с наклонными боковыми стенками. Для травления каждого слоя используют разный состав газовой смеси. Оставшийся фоторезист удаляют в кислородной плазме. Далее поверхность канавки окисляют для формирования тонкого слоя- оксида (liner oxide) толщиной -нм. После этого канавка заполняется оксидом методом химического газофазного осаждения (Chemical vapor deposition (CVD)). Далее лишний-оксид нужно удалить и для этого применяют химико-механическую полировку (ХМГ1). ХМП. Н3РО4). Финальным этапом формирования мелкощелевой изоляции является планаризация поверхности, т. Жидкостное травление оксида применяется для подготовки кремниевой поверхности к формированию иодзатворного диэлектрика и поликремневого затвора. Каждый из этих процессов по-своему сложен и имеет множество проблем в осуществлении, для решения которых в технологии изготовления КМОП-транзисторов используются различные способы. Качество последующего процесса зависит от предыдущего, т. Рассмотрим подробнее все тонкости этапов процесса формирования изоляции. Рис. Схема процесса формирования мелкощелевой изоляции.