WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 11 Удаление фторполимерных загрязнений с поверхности кремниевых структур при обработке в потоке атомарного водорода ¶ © Е.В. Анищенко, В.А. Кагадей, Е.В. Нефёдцев, Д.И. Проскуровский, С.В. Романенко Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов, 634034 Томск, Россия Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, 634021 Томск, Россия (Получена 4 января 2005 г. Принята к печати 27 января 2005 г.) Исследована возможность эффективного удаления фторполимерных загрязнений с поверхности Si-структур с помощью обработки в потоке атомарного водорода. Установлено, что обработка образцов в направленном потоке атомарного водорода с плотностью 2 · 1015 ат. см-2с-1 при температуре 20-100C приводит к уменьшению концентрации фторуглеродных загрязнений и, в частности, CF на 5 порядков величины. Удаление фторуглеродных загрязнений осуществляется как с планарной поверхности Si-структур, так и с боковых стенок и со дна контактных отверстий диаметром от 0.3-0.25 мкм и глубиной 0.9 мкм, вскрытых с помощью реактивно-ионного травления в слое SiO2. Время обработки 2 мин достаточно для полного удаления фторполимерных загрязнений. Данный процесс „сухой“ очистки может быть рекомендован для применения в технологии изготовления микросхем с межслоевым диэлектриком с низкой диэлектрической проницаемостью.

1. Введение фторполимер с помощью бомбардировки загрязненной поверхности ионами Ar+. Однако использование выМатериалы, имеющие низкую диэлектрическую про- сокоэнергетичных и тяжелых ионов Ar+ приводит к ницаемость, например модифицированный углеродом генерации большого количества радиационных дефектов оксид кремния, рассматриваются как перспективные и паразитной зарядке поверхности. Технология сухого диэлектрики для межслоевой изоляции в интегральных плазмохимического травления характеризуется сущесхемах с размерами элементов 90 нм и менее [1–5]. Для ственно меньшим количеством привносимых дефектов вскрытия контактных окон в диэлектрических пленках и более перспективна для удаления фторуглеродных межслойной изоляции широко используется реактивное загрязнений. Кроме того, известно, что обработка в ионное травление (РИТ) в атмосфере углерод- и фторсоплазме водородсодержащих смесей, в отличие от обрадержащих газов. После вскрытия контактных окон на боботки в кислородсодержащих средах, более совместима ковых стенках и на дне контактного отверстия остается с технологией диэлектриков с низким [3–5,9]. Поэтому фторуглеродная полимерная пленка [6]. Данное фторугрядом авторов рассматриваются возможности удаления леродное загрязнение является нелетучим, химически и органических и фторуглеродных загрязнений в плазме термически стабильным веществом. Его наличие приворазличных водородсодержащих газов и смесей: NH3, дит к росту контактного сопротивления между слоями H2/N2, H2/He и H2. Так как обработка в азотсодержаметаллизации и ухудшению свойств границы раздела щей плазме NH3 или в смеси H2/N2 может приводить металл–диэлектрик. Поэтому перед осаждением металк отравлению фоторезиста [5], следует признать, что лической пленки фторуглеродные загрязнения должны обработка в чисто водородной плазме, использованная быть полностью удалены. Традиционным и достаточно в работе [9] для удаления фторуглеродных загрязнений, эффективным способом удаления фторполимера являетпредставляется весьма перспективным методом очистся обработка в кислородной плазме. Однако этот проки. Однако и этот метод имеет недостаток, который цесс плохо совместим с технологией диэлектриков с низзаключается в негативном воздействии заряженных чаким значением диэлектрической проницаемости, так как стиц на полупроводниковую структуру. Устранить это приводит к потерям углерода, изменению элементного воздействие можно, если обработку полупроводниковых состава материала и, как следствие, к росту [3–5,7].

структур проводить в среде нейтральных химически В связи с этим возникает актуальная задача по поиску и активных частиц.

разработке новых технологий удаления фторуглеродных В настоящей работе впервые показана возможость эфзагрязнений, не приводящих к деградации диэлектриков фективного удаления фторполимерных загрязнений при с низким значением.

обработке полупроводниковых структур в направленном В работе [8] предложен метод удаления фторполимера потоке нейтральных атомов водорода. Исследованы заков сверхкритическом CO2. Недостаток данного метода номерности удаления загрязнений с поверхности струксвязан с некоторой сложностью его совмещения с тур, а также со стенок и дна контактных отверстий в вакуумными процессами. Авторы работы [6] удаляли зависимости от режимов обработки в потоке атомарного ¶ E-mail: vak@lve.hcei.tsc.ru водорода (АВ).

1390 Е.В. Анищенко, В.А. Кагадей, Е.В. Нефёдцев, Д.И. Проскуровский, С.В. Романенко 2. Методика эксперимента 140 000, 100 000 и 50 000 единиц (счет-каналов) соответственно. В меньшем количестве на поверхности В экспериментах использовались структуры Si (100) присутствуют CF+ (50 а.е.м.) и C3F+ (93 а.е.м.).

2 диаметром 150 мм, на поверхности которых сначала После обработки в потоке АВ картина существенным выращивался термический оксид Si толщиной 50 нм, образом изменяется. На рис. 1, b и d приведены изоба затем осаждались пленки Al/Ti/TiN (500/15/35 нм). ражения поверхности и поперечного сечения образцов, Последующее осаждение пленки SiO2 (900 нм) осуще- обработанных в потоке АВ в течение различного врествлялось методом плазмохимического осаждения из мени. Видно, что поверхность у образцов становится газовой фазы. Вскрытие контактных окон диаметром более гладкая, края отверстий более ровными, а види0.25-0.3мкм в пленке SiO2 проводилось через фоторе- мые фторуглеродные загрязнения отсутствуют как на стенках контактных отверстий, так и на их дне. Анализ зистивную маску (UV5) с помощью РИТ в атмосфере химического состава поверхности образцов (рис. 3, a) следующей смеси газов: Ar, CHF3, C4F8, O2, CO, N2.

показал, что концентрация фторуглеродных загрязнеЗатем пластины делились на образцы размером 3 4см ний существенно уменьшилась. Концентрация основного и загружались в вакуумную камеру экспериментальной компонента CF упала в среднем на 5 порядков величины, установки. Установка откачивалась турбомолекулярным а интенсивность пиков составляет менее 10 счет-каналов насосом. Давление остаточной атмосферы составляло (интенсивность пиков нормирована на время сбора (1-2) · 10-5 Па. Очистка образцов проводилась в наионов 2 мин). Полный масс-спектр поверхности очищенправленном потоке атомов водорода, генерируемом исного образца соответствует спектру поверхности с пленточником атомарного водорода на основе дугового разкой фоторезиста, которая в течение некоторого времени ряда низкого давления [10]. Плотность потока атомов вобыла экспонирована на воздухе. На рис. 3, b приведен дорода в зоне обработки составляла 2 · 1015 ат. см-2с-1, более подробный масс-спектр очищенного образца в средняя энергия атомов, согласно оценкам, не превыинтервале от 30.8 до 31.2 массы. Пик с массой 31, шала 1-2 эВ, степень загрязнения потока паразитными металлическими примесями не превышала 10-6%. Давление водорода в вакуумной камере во время очистки составляло 10-2 Па. Нагрев образцов осуществлялся с помощью инфракрасного нагревателя. Температура обработки образцов и время очистки варьировались в диапазоне 20-100Cи 2-40 мин соответственно. В некоторых экспериментах одновременно с обработкой в АВ поверхность образцов облучалась ультрафиолетовым (УФ) излучением с длиной волны 172 нм, генерируемым газоразрядной ксеноновой лампой [11]. После окончания обработки образцы извлекались на воздух. Анализ состава поверхности образцов до и после обработки в АВ проводили методом времяпролетной вторичной ионной масс-спектроскопии. Изображения поверхности образцов, а также их поперечного сечения получались с помощью растрового электронного микроскопа.

Рис. 1. Изображения поверхности и поперечного сечения 3. Экспериментальные результаты исходного образца до его обработки в потоке АВ (a, c) и после обработки при температуре 22C в течение 2 мин (b), и их обсуждение 20 мин (d).

На рис. 1, a и c приведены изображения поверхности и поперечного сечения исходного образца до его обработки в потоке АВ. Видно, что поверхность и края отверстий неровные, а на стенках и дне контактных отверстий присутствуют загрязнения, которые были сформированы во время вскрытия окон в диэлектрике.

Анализ химического состава поверхности исходного образца позволили установить, что эти загрязнения представляют собой фторполимерную пленку, которая по своему составу близка к политетрафторэтилену.

Основными компонентами, присутствующими в массспектре, являются C+ (12 а.е.м.), CF+ (31 а.е.м.) и CF+ (69 а.е.м.) (рис. 2). Интенсивность пиков данных ком- Рис. 2. Масс-спектр поверхности исходного образца до обрапонентов при времени сбора ионов 2 мин составляет ботки в потоке АВ; время сбора ионов 2 мин.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Удаление фторполимерных загрязнений с поверхности кремниевых структур при обработке... приводит к увеличению скорости удаления фторуглеродных загрязнений. При длительности очистки 20 мин интенсивности пиков CF+ для образца, подвергнутого комплексному воздействию (рис. 5, b), и образца, очищенного только в АВ, практически не отличаются друг от друга и лишь в 1.5 раза меньше, чем в случае одновременной обработки в АВ и УФ в течение 2 мин. По абсолютной интенсивности пики близки к минимальной величине, полученной в экспериментах по очистке в АВ при комнатной температуре (рис. 4, b).

Сравнительный анализ изображений поперечного сечения исходного образца и образца, очищенного в АВ (рис. 1, c и d), свидетельствует о том, что при обработке в АВ, помимо удаления фторполимера, происхоРис. 3. Масс-спектр поверхности образца после обработки в дит также и травление слоя фоторезиста. Двухминутная потоке АВ при температуре 22C в течение 40 мин: полный обработка в АВ утончает слой фоторезиста примерно спектр (a) и спектр в области 31 а.е.м. (b); время сбора в 2 раза. Анализ изображений поверхности образцов, ионов 10 мин.

обработанных в потоке АВ и в АВ при одновременном воздействии УФ излучения (рис. 1, b и d и рис. 5), свидетельствует о том, что воздействие УФ излучения соответствующий иону CF+, имеет интенсивность на стимулирует не только удаление фторуглеродных зауровне 4 счет-каналов (интенсивность пика нормирована грязнений, но и травление слоя фоторезиста. Видно, на время сбора ионов 2 мин). Пик с более высокой что для образцов, подвергнутных комплексному возинтенсивностью, имеющий массу 31.02, соответствует действию, характерна более неоднородная поверхность, иону CH3O+. Таким образом, полученные данные сви- степень неоднородности которой растет с ростом вредетельствует о том, что в результате обработки в потоке мени обработки в АВ при одновременном воздействии АВ произошло удаление фторуглеродных загрязнений УФ излучения.

как с поверхности полупроводниковой структуры, так В работе [9], где для удаления фторполимера испольсо стенок и дна контактных отверстий. Направленное зовалась обработка в плазме водородного СВЧ-разряда движение нейтральных атомов водорода приводит к тому, что они легко проникают в окна (в том числе и в отверстия с высоким аспектным соотношением) и эффективно удаляют загрязнения со стенок и дна контактных окон.

На рис. 4 приведены зависимости концентрации CF+ на поверхности образцов от температуры и времени обработки. Видно, что при комнатной температуре образцов практически полная очистка поверхности достигается уже при длительности обработки 2 мин.

Увеличение времени обработки до 20 мин приводит лишь к двукратному снижению интенсивности пика массы (CF+), дальнейший рост времени обработки не изменяет количество CF+ на поверхности, и его конценРис. 4. Интенсивности пика CF+ для исходного образца и трация находитcя на уровне 4 счет-каналов. Зависимость образцов, очищенных в АВ, в зависимости от температуры (a) концентрации CF+ от температуры ярко не выражена.

и времени обработки (b).

Минимальное содержание CF+ на поверхности достигается при температуре обработки 50C и составляет 0.5 счет-каналов. Очистка при комнатной температуре и при 100C оставляет на поверхности несколько большее количество CF+.

На рис. 5 представлены изображения поверхности образцов, обработанных в АВ при одновременном воздействии УФ излучения в течение различного времени.

При малой длительности обработки (2мин) для образца, подвергнутого комплексному воздействию (рис. 5, a), наблюдается в 1.6 раза меньшая интенсивность пика Рис. 5. Изображения поверхности образцов после обработки 31 массы (CF+), чем для образца очищенного только в потоке АВ и одновременном воздействии УФ излучения при в АВ. Это говорит о том, что воздействие УФ излучения температуре 22C в течение 2 мин (a), 20 мин (b).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1392 Е.В. Анищенко, В.А. Кагадей, Е.В. Нефёдцев, Д.И. Проскуровский, С.В. Романенко в условиях электронного циклотронного резонанса, ав- [4] J.R. Hu, W. Uesato, P. Schoenborn. Proc. AVS First Int. Conf.

on Microelectronics and Interfaces торами было выдвинуто предположение, что удаление (http://www.ulvac.com/pdf/lsilowk.pdf) February 2000.

фторуглеродных загрязнений происходит по механизму [5] L. Peters. Semicond. International, 25 (12), 57 (2002).

ионно-стимулированных химических реакций, который [6] M. Delfino, S. Salimian, D. Hodul. J. Appl. Phys., 70 (3), реализуется при участии энергетичных ионов и хими(1991).

чески активных атомов водорода. Как показывают ре[7] A.E. Braun. Semicond. International, 22 (11), 44 (1999).

зультаты данного исследования, эффективное удаление [8] D.J. Mount, L.B. Rothman, R.J. Robey, M.K. Ali. Sol. St.

фторуглеродных загрязнений может быть реализовано Technol., 6, 103 (2002).

и при воздействии на фторполимер только химически [9] Seung-Hyun Lim, Jin-Won Park, Hwan-Kuk Yuh, активных атомов водорода со средней кинетической Euijoon Yoon, Sang In Lee. J. Korean Phys. Soc., 33 (11), энергией, не превышающей 1–2 эВ. При этом взаимоS108 (1998).

действие между фторуглеродами и АВ происходит по [10] V.A. Kagadei, D.I. Proskurovski. J. Vac. Sci. Technol. A, механизму радикального травления, по-видимому, через 16 (4), 2556 (1998).

разрушение связей С–С с последующим образованием [11] E. Arnold, M.I. Lomaev, V.S. Skakun, V.F. Tarasenko, A.N. Tkachev, D.V. Shitts, S.I. Yakovlenko. Laser Phys., 12 (5), летучих продуктов реакций. Стимулирующее действие 1 (2002).

УФ излучения, скорее всего, сводится к деструкции исходных фторуглеродных молекул на осколки и радикалы Редактор Л.В. Беляков и (или) к увеличению скорости десорбции продуктов реакции.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.