Введение к работе
Дальнейшее развитие технологии микроэлектроники направлено в первую очередь на повышение эффективности применения интегральных микросхем за счет увеличения их быстродействия и степени интеграции. Это вызывает необходимость использования новых материалов, а следовательно, разработки и совершенствования новых технологических процессов.
Одним из основных технологических процессов при создании микросхем является процесс формирования межэлементной проводящей разводки и контактов. Требования, предъявляемые к проводящей разводке и контактам при создании сверхбольших интегральных схем (СБИС) (например, ДОЗУ информационной емкостью I Мегабит с минимальным размером элемента -1,2 мил, площадью кристалла - 65 тс и количеством элементов на кристалле - 10 ) по КЩЩ-технологии достаточно жесткие и часто противоречивые:
высокая проводимость (удельное сопротивление менее 10 мкОм.см);
хорошая адгезия к- полупроводникам и осажденным диэлектри- ческим пленкам;
низкоомный невыпрямлящий контакт с полупроводниками различных типов;
технологичность, т.е. пригодность к про.'лшлеяним методам нанесения и формирования, их совместимость с другими технологическими операциями;
устойчивость к электромиграции, коррозии, образованию нестабильных интермегаллпческих соединений между разными металлами и на границе с полупроводниками;
гладкая поверхность, гомогенность состава, надежное по:;рн-
4 Д
тие ступенек поверхностного рельефа;
- минимальное влияние на поверхностные свойства полупроводников в МДП-структурах, минимальная глубина контакта.
Алюминий удовлетворяет многим из перечисленных требований,' однако он глубоко внедряется в кремний, подвержен миграции, влияет на свойства МДП-структур и часто образует микротрещшш на оту-пеньках рельефа. Поэтому при переходе от больших интегральных схем (БИС) к СБИС чистый алюминий в металлизации заменяется на его двойные и тройные сплавы (например, алюминий с кремнием, или алюминий с кремнием и медью -
Первые успешные процессы вакуумно-плазменного травления (ВПТ) алюминия выполнены в 1974-76гг. Однако толчок к ускоренному развитию технология сухого травления получила в середине восьмидесятых годов, когда появилась необходимость в получении межсоединений шириной менее 3 мкм. Между тем, вопросы эффективного использования рабочих газов, прецизионности, надежности, воспроизводимости и контролируемости процессов травления алюминия и особенно его сплавов продолжают вызывать серьезные затруднения в производстве микросхем и сейчас. Это связано как с характерными особенностями, отличающими процесс ВПТ алюминия и его сплавов от процессов ВПТ других материалов., использующихся в микроэлектронике, так и с отсутствием адекватной физико-химической модели, описывающей протекание реакций в плазме и на поверхности при травлении алюминия, с отсутствием критериев выбора оптимальных операционных параметров плазмы и, как следствие, неправильному их подбору.
Таким образом, разработка эффективного, прецизионного, надежного, воспроизводимого и контролируемого процесса ВІГІ алюминия и его сплавов на основе исследования и моделирования физико-хими-
5 Д
ческих реакций, протекающих при ВПТ, является актуальной и имеющей важное научно-техническое значение проблемой. Решение этой проблемы и является целью диссертационной работы.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработка эффективного, прецизионного, надежного, воспроизводимо го и контролируемого процесса ВПТ алюминия и его сплавов на основе исследования и моделирования физико-химических реакций, протекающих при ВПТ.
Для достижения указанной цели потребовалось решить следуюцие задачи:
проанализировать обширный экспериментальный материал, наработанный в мировой практике к настоящему времени, по проблема ВПТ алюминия и особенно его сплавов через маскирующие покрытия;
выделить основные механизмы, по которым происходит удаление материалов сплавсл алюминия и создание анизотропного профиля при ВПТ;
построить физико-химическую и математическую модели наработки химически активішх частиц в плазме(совместно с ИОФ АН СССР);
по построенной математической модели рассчитать концентрацию атомарного хлора в плазме при ВПТ с различными операционными " параметрами;
- исследовать спектральный состав плазми и проверить справед
ливость проведенных расчетов;
исследовать характеристики травления алюминия и его сплавов в многокомпонентных газовых смесях и установить сзя?ь между операционными и технологическими параметрами процесса ВПТ;
разработать и экспериментально проверить методику для расчета оптимального диапазона температур пластин при проведении процесса ВПТ сплавов алюминия;
6 д
рассчитать требования к важнейшим технологическим характеристикам процесса ВПТ влшиния и его сплавов под требуемые уровни интеграции;
разработать эффективный, прецизионный технологический процесс ВПТ сплавов алюминия, внедрить его в производство, обеспечив его воспроизводимость и контролируемость.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы заключается в:
построении физико-химической феменологической модели генерации химически активных частиц в смесях активного галогеносо-держащего газа с инертным на основе конкуренции реакций диссоциативного прилипания и гарпунных реакций;
обнаружении эффективного канала генерации атомарного хлора в объеме плазменного реактора при определенных значениях операционных параметров системы ВПТ;
использовании канала гарпунных реакций для увеличения скоростей травления легирующих компонентов сплавов алюминия;
формализации критериев выбора оптимальной температуры поверхности пластины при ВПТ сплавов алюминия через органические маски.
СТЕПЕНЬ ОБОСНОВАННОСТИ научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, подтверждена экспериментальными данными, полученными при исследовании спектрального состава плазмы и исследовании характеристик травления проводящих и полупроводниковых пленок.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРОМЬШЕН-НОСТИ. Разработан технологически* процесс ВПТ сплавов алюминия через органические маски, без их предобработки, с анизотропным профилем травления, обеспечивающий удаление легирующих добавок
7 Д '
сплава со скоростями, равными скорости травления алюминия. Данный процесс более эффективно использует рабочую газовую смесь, а следовательно, более экономически выгоден и экономически безопасен. Составлены и применены методики для текущего операционного контроля. Разработанный процесс защищен двумя авторским свидетельствами. Опытно-промышленная проверка показала, что использование данного технологического процесса при изготовлении изделия І32РУ6 на п/я Г-4749 позволяет повысить выход годных кристаллов с пластина на $.
механизм гарпунных реакций генерации атомарного хлора как наиболее эффективный при создании плазм для ВПТ с повышенным содержанием ХАЧ;
результаты расчета концентраций атомарного хлора в плазме молекулярного хлора с аргоном;
результаты экспериментального исследования спектрального состава плазмы молекулярного хлора при разбавлении ее аргоном;
- экспериментальные зависимости характеристик ВПТ проводящих я полупроводниковых слоев от операционных параметров плазменной системы, подтверждающие справедливость предложенных моделей;
методика расчета оптимального диапазона температур поверхности пластины прч прове^нни пр?7"сссч ВПТ алюминия и его сплавов через органические маски;
экспериментальные данные, подтверждающие справедливость критериев выбора температуры поверхности пластины при HIT;
технологический процесс ВПТ алюминия и его сплавов, обеспечивающий травление легирующих добавок сплава со скоростям":, равными скорости травления алюминия, через органические маски без
8 Д
их предобработки, с повышенной эффективностью и экологической безопасностью, с повышенной надежностью и стойкостью к коррозионному воздействию.атыосферы;
- методики контроля и диагностики состояния установок ШТ алюминия и процессов травления.
АПРОБОЩЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы изложены в I обзоре по электронной технике, отчетах по НИР и ОКР, 4 научно-технических статьях, 2 авторских свидетельствах на изобретения. Основные положения диссертации обсуждались на совещаниях и семинарах ОНИД СТИХ ЬМЭТ, на научно-технических совещаниях и советах в НИИФП, НИИТТ, ШЮ и КАИ.
ОБЪЕЛ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 114 источников и приложения, содержащего акты подтверждающие внедрение разработанного технологического процесса на предприятиях электронной промышленности.
