УДК 621.382.002
ГОЛИШНИКОВ А.А., ПУТРЯ М.Г.
ПРИМЕНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ВЫСОКОПЛОТНОЙ ПЛАЗМЫ
ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТНЫХ ОКОН С
ИЗОТРОПНО-АНИЗОТРОПНЫМ ПРОФИЛЕМ
ГНЦ НПК Технологический центр, 103498, Москва, К-498, тел.: (095) 5329889,
fax: (095) 9132192, е-mail: putrya@techen.zgrad.su
Постоянно увеличивающийся уровень интеграции элементов, а также
разработка новых технологий создания СБИС стимулирует процесс непрерывного
повышения качества плазменных процессов. В частности, при производстве схем
сверхвысокой степени интеграции (СБИС) к процессам травления предъявляются
все возрастающие требования по однородности травления при одновременно
увеличивающимся диаметре пластин. Помимо этого, при массовом производстве,
необходимо достигнуть высоких скоростей процессов травления, повысить
избирательность их воздействия и одновременно, свести к минимуму влияние
плазмы на электрофизические параметры обрабатываемых слоев.
В связи с этим, при разработке плазменных методов формирования структур
СБИС нами были предприняты усилия по созданию специальных плазменных
реакторов и процессов, позволяющих избежать проблем, присущих классическим
РИТ методам.
Основные результаты были получены с применением источников
высокоплотной плазмы. В частности это источники ВЧ - плазмы с индуктивной
(ИСП) и трансформаторной связью (ТСП). Принципиальные схемы возбуждения
разряда в этих источниках показаны на рисунке 1.
Рис. 1. Схемы реакторов индуктивно-связанной плазмы (а) и трансформаторно-связанной плазмы
(б). 1 - ВЧ - генератор, 2 - индуктор, 3 - диэлектрическая прокладка, 4 - плазма, 5 - подложка, 6 -
подложкодержатель, 7 - ВЧ - смещение, 8 - вакуумная откачка

Данные системы травления нашли широкое применение, благодаря их
небольшим габаритам, особенно в вертикальном направлении и способности
обеспечивать плотность плазмы порядка 1011 - 1012 см-3 и высокую равномерность
плазмы. Важным преимуществом таких источников также является система ВЧ
питания с симметричным выходом, позволяющая избежать паразитных разрядов и
добиться высокой равномерности травления.
С целью выявления реальных физических параметров источника
высокоплотной плазмы с трансформаторной связью были проведены замеры
плотности ионного тока на подложку в аргоновой плазме для различных значений
подаваемой в разряд мощности и напряжения смещения. Установлено, что в
среднем плотность тока ионов на подложку (при величине их энергии 20-40 В) в
среднем на порядок выше (энергия ионов при этом в 10 -15 раз ниже) , чем для
реакторов классического РИТ и составляет j=0,4 mA/см2. Данные параметры
плазмы позволяют достичь приемлемых, с точки зрения производительности при
поштучной обработке пластин, скоростей травления.
С целью исследования влияния плазмы на состояние поверхности кремниевых
пластин были проведены эксперименты, позволяющие сопоставить уровень
остаточных загрязнений и дефектов после использования TCП источника и
стандартных обработок.
Анализ поверхностных дефектов проводился как с помощью широко
известной установки лазерной диагностики поверхностных дефектов и загрязнений
Surfscan, так и с применением методики локального анизотропного плавления
(ЛАП) и на атомно-силовом микроскопе.
Полученные
результаты
позволяют
сделать
следующие
выводы.
Представленный метод плазменной обработки кремниевых пластин
с
использованием источника трансформаторно - связанной плазмы дает лучшие
результаты по уровню остаточных загрязнений и радиационных нарушений
поверхности пластин, чем традиционные методы плазменной обработки (РИТ) и
сравнимы со стандартными методами химической очистки полупроводниковых
пластин в КАРО+ПАР.

С помощью данных плазменных источников была решена общая для многих
технологий проблема разрыва металлизации на большом рельефе. При решении
данной задачи нам удалось разработать технологический процесс, позволяющий
формировать контактные и переходные окна с изотропно - анизотропным профилем,
что полностью исключает обрыв металлизации. При этом все обработки проводятся
в едином вакуумном цикле, что значительно упрощает технологический процесс и
повышает надежность создаваемых схем.
Обычно при плазменном травлении слоев окисла кремния, носящим ярко
выраженный анизотропный характер, профиль травления получается вертикальным
или близким к вертикальному, что при толщинах слоя межслойной изоляции
порядка 1 мкм может приводить к обрыву слоя металла на рельефе контактного
окна. В связи с этим в последнее время ведущими зарубежными фирмами, такими
как Lam Research, Tegal, разработаны методы получения заданного профиля
контактного окна в межслойном диэлектрике плазменным травлением в едином
вакуумном цикле.
В нашем случае аналогичная задача была решена с помощью плазменного
источника с индуктивной связью (ИСП). Данный источник позволяет реализовать
процесс скоростного изотропного травления слоев межслойного диэлектрика, в
частности SiO2. Эксперименты проводились с принудительным нагревом подложки
при давлении несколько сот Паскаль в среде SF6 + O2. Данный выбор режимных
параметров процесса травления и газовой смеси обусловлен необходимостью
получить изотропный профиль в межслойном диэлектрике. Важным требованием
при проведении изотропной стадии процесса формирования переходного окна
является сохранение исходного размера фоторезистивной маски, поскольку при
проведении в дальнейшем анизотропной стадии травления критичным является
донный размер формируемого переходного окна.
Для проведения анизотропной стадии травления при формировании
контактных (переходных) окон использовался реактор трансформаторно-связанной
плазмы. В оптимизированных режимах травления контактных окон в первой
(изотропной) стадии получена скорость травления -2000 А/мин, неоднородность
травления по подложке 100 мм -не хуже 5% при давлении 360 Па мощности 300 Вт

и добавке О2 в SF6 в количестве 1...3 об % ; во второй (анизотропной) стадии:
равномерность травления - не хуже 97 %, скорость травления-3000 А/мин при
давлении 2 Па мощности 300 Вт и расходе С3F8 1,5л/ч. Средняя, по обеим стадиям
процесса, селективность травления к незадубленному фоторезисту - не менее 3.
Результирующий изотропно - анизотропный профиль травления представлен на
рис.2.
Рис.2. Изотропно - анизотропный профиль контактного окна, сформированный в едином
вакуумном цикле при плазменном травлении