close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7368

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7368
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) H 01L 21/308
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ АНИЗОТРОПНОГО ТРАВЛЕНИЯ
КРЕМНИЯ ОРИЕНТАЦИИ (100)
(21) Номер заявки: a 20021052
(22) 2002.12.19
(43) 2003.06.30
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
республиканское унитарное предприятие "Белмикросистемы" (BY)
(72) Авторы: Белоус Анатолий Иванович; Емельянов Виктор Андреевич;
Сенько Сергей Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие "Белмикросистемы" (BY)
(56) US 3725160, 1973.
WO 01/34877 A1.
JP 60046033 A, 1985.
RU 2056672 C1, 1996.
US 4372803, 1983.
JP 55118638 A, 1980.
JP 07183288 A, 1995.
RU 1822299 C, 1995.
BY 7368 C1 2005.09.30
(57)
Травитель для анизотропного травления кремния ориентации (100), содержащий гидроксид калия и растворитель, отличающийся тем, что в качестве растворителя содержит
глицерин при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидроксид калия
2-10
глицерин
остальное.
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к технологии (химической обработки) изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем на
кремнии, и может быть использовано при изготовлении кремниевых полупроводниковых
приборов всех классов.
Химическое травление кремния является важной операцией технологического процесса изготовления полупроводниковых приборов. Обзор составов травителей для кремния
приведен в работе [1]. Согласно предложенной классификации различают травители для
изотропного и для анизотропного травления кремния. Операции анизотропного травления
кремния используют, например для формирования меток совмещения в технологическом
процессе с применением проекционной фотолитографии. При этом в качестве маскирующего покрытия наиболее широко используется термический оксид кремния SiO2. Особенностью данного покрытия является наличие микропор, обусловленных рядом факторов, и
в значительной мере определяющих качество операции травления в целом. Травитель
проникает сквозь микропоры, и в этом месте начинается травление кремния. Наличие подобных протравов крайне отрицательно сказывается на выходе годных приборов. Поэтому
требования к качеству травления кремния на данном этапе довольно жесткие. Как правило, допускается не более 1-2 протравов (в зависимости от степени сложности изготавливаемых приборов) на пластине. Одним из путей повышения качества травления кремния
является выбор состава применяемого травителя.
BY 7368 C1 2005.09.30
Наиболее широко известен травитель для анизотропного травления кремния, представляющий собой раствор гидроксида калия в воде [2]. Недостатком данного травителя
является то, что вследствие его низкой вязкости и низкой селективности травления по отношению к маскирующему оксиду кремния поры в оксиде быстро растравливаются, увеличиваются в размерах, и в этих местах начинает травиться кремний, что приводит к
ухудшению качества обрабатываемой поверхности.
Известен также травитель для кремния, представляющий собой систему: гидроксид
калия - вода - пероксид водорода [3]. Такой травитель лишь незначительно устраняет недостатки, присущие вышеуказанному аналогу. Дополнительным его недостатком является то,
что пероксид водорода, входящий в состав данного травителя, при высокой температуре
(около 80 °С), при которой проводится процесс травления, быстро разлагается, и травитель быстро теряет свои свойства. Кроме того, наличие пероксида водорода значительно
снижает скорость травления.
Наиболее близким к изобретению, его прототипом, является травитель для анизотропного травления кремния ориентации (100), содержащий раствор гидроксида калия в воде с
добавкой изопропилового спирта [4].
Основным компонентом травителя в данном случае является гидроксид калия, а вода с
изопропиловым спиртом представляют собой сложный растворитель. Использование изопропилового спирта в составе растворителя служит в основном для повышения селективности травления кремния ориентации (100) по отношению к маскирующему оксиду
кремния за счет комплексообразующих свойств спирта по отношению к ионам SiO3 + .
Образующаяся на поверхности маскирующего покрытия пленка комплексных соединений
препятствует ее травлению. Химическая активность основного компонента (KOH) по отношению к маскирующему покрытию снижается. По сравнению с указанными аналогами
данный состав обладает более высокой селективностью травления по отношению к маскирующему слою.
Тем не менее, его недостатком является то, что вследствие низкой вязкости травитель
легко проникает в поры маскирующего покрытия и приводит к травлению кремния в маскируемых областях.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества обрабатываемой поверхности кремния за счет уменьшения чувствительности травителя к наличию проколов
в маскирующем оксиде кремния.
Поставленная задача решается тем, что травитель для анизотропного травления кремния ориентации (100), содержащий гидроксид калия и растворитель, в качестве растворителя содержит глицерин при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидроксид калия
2-10 %
глицерин
остальное.
Предлагаемый состав отличается от прототипа использованием в качестве растворителя вязкого трехатомного спирта - глицерина. Свойства глицерина как спирта позволяют
отказаться от использования в составе травителя изопропилового спирта. Глицерин, как и
вода, является хорошим растворителем для гидроксида калия. Это позволяет отказаться от
использования в составе травителя воды. Глицерин обладает высокой вязкостью. Это
свойство позволяет снизить чувствительность процесса травления к наличию проколов в
маскирующем оксиде кремния за счет значительного уменьшения скорости массопереноса
реагентов внутри пор в маскирующем покрытии. Массоперенос компонентов в данном
случае является лимитирующей стадией процесса травления кремния в порах. При травлении же топологических элементов процесс массопереноса не является лимитирующей
стадией, поскольку размер топологических элементов достаточно велик для свободной
конвекции травителя. Процесс травления протекает достаточно быстро.
Концентрация гидроксида калия выбрана из тех соображений, что при концентрации
менее 2 %, например 1 %, скорость травления кремния слишком мала даже при повышенной
2
BY 7368 C1 2005.09.30
температуре. Процесс травления при этом растягивается во времени. А при концентрации
более 10 %, например 15 %, заметно повышается скорость травления маскирующего оксида кремния, что приводит к ухудшению качества травления.
Глицерин является пассивным компонентом травителя и не оказывает существенного
влияния на скорость или направление химической реакции травления кремния. Его роль
заключается в том, что он является средой, в которой растворен активный компонент гидроксид калия. С его помощью осуществляется массоперенос активного компонента к
обрабатываемой поверхности полупроводниковой пластины и отток продуктов реакции.
Поэтому концентрация глицерина (остальное) выбрана из условия достижения максимальной
вязкости травителя. Гидроксид калия хорошо растворяется в глицерине и не требует введения
дополнительных ингредиентов, повышающих его растворимость. Изменение концентрации глицерина в составе травителя приводит к изменению концентрации гидроксида калия, поэтому ограничение концентрационных интервалов относится только к активному
компоненту. Теоретически возможно разбавление глицерина водой и снижение его концентрации в составе травителя. Однако это приводит к снижению вязкости травителя и,
как следствие, к повышению чувствительности к наличию проколов в маскирующем диэлектрике, что в результате приводит к ухудшению качества обрабатываемой поверхности.
Снижение чувствительности травителя для анизотропного травления кремния к наличию проколов в маскирующем оксиде кремния за счет повышения его вязкости известно и
может быть осуществлено различными путями. Одним из них является, например добавка
в состав травителя сахарида [5]. Однако такой путь приводит к многокомпонентности травителя и загрязнению его неконтролируемыми примесями, входящими в состав сахарида,
поскольку степень очистки твердых органических веществ невысока по чисто техническим
проблемам. В итоге это приводит к нестабильности состава за счет протекания побочных
химических реакций и загрязнению обрабатываемой поверхности в процессе ее травления.
Глицерин же обладает уникальным комплексом свойств (жидкий вязкий спирт высокой
степени чистоты, хорошо растворяющий гидроксид калия), позволяющим использовать
его в составе заявляемого травителя.
Глицерин - (1,2,3-пропантриол) бесцветная вязкая жидкость сладкого вкуса без запаха,
химическая формула CH2OHCHOHCH2OH, молекулярная масса 92,09, температура кипения 290 °С (со слабым разложением), плотность 1,260 г/см3, коэффициент преломления
1,474, вязкость 1450 мПа с, температура вспышки 193 °С, температура самовоспламенения 362 °С. Смешивается в любых соотношениях с водой, этанолом, ацетоном. Обладает
химическими свойствами спиртов. Используется для производства нитроглицерина, алкидных смол, а также как мягчитель для тканей, кожи, бумаги, компонент эмульгаторов,
антифризов, кремов для обуви, в производстве лекарств, ликеров, кондитерских изделий и
др. Производство глицерина в США в 1979 году составило около 159 тысяч тонн, в Японии - около 70 тысяч тонн [6]. Приведенные данные свидетельствуют о доступности данного компонента, его широком использовании, отработанной технологии получения в
промышленных масштабах и различных категорий качества.
Для травления был приготовлен ряд травителей, состав которых указан в таблице. Для
приготовления заявляемого травителя в качестве растворителя использовали глицерин.
Травители готовили непосредственно во фторопластовой ванне установки химической обработки ЩЦМ3.240.212 путем смешивания расчетных количеств гидроксида калия и глицерина. В ванну при комнатной температуре засыпали взвешенное количество гидроксида
калия, а затем заливали отмеренное количество глицерина. Перемешивание осуществляли
с помощью захвата и пустой кассеты для полупроводниковых пластин. Затем полученный
раствор нагревали до рабочей температуры, поддерживаемой установкой автоматически с
точностью ± 5 °С. Травители использовались для травления кремниевых пластин ориентации (100) с защитной маской оксида кремния толщиной 0,1 мкм. Защитная маска формировалась во всех случаях путем термического окисления кремния в сухом кислороде
3
BY 7368 C1 2005.09.30
при температуре 1000 °С. Рисунок меток совмещения формировали методом стандартной
проекционной фотолитографии с использованием жидкостного травления маскирующего
покрытия в буферном растворе плавиковой кислоты. Глубина травления кремния во всех
случаях составила 5,6 мкм (самоостанавливающийся на плоскости (111) процесс формирования меток совмещения). Травление проводили при температуре 70 °С. Качество поверхности травленых пластин контролировали с помощью микроскопа ММУ-3 при
увеличении от 100x до 250х по всей площади пластин. Параметром качества травления
пластин считали количество протравов кремния на маскируемых участках. Результаты
контроля приведены в таблице.
Концентрация
Количество Общее коСреднее количегидроксида калия, обработан- личество
№ п/п
ство протравов на Примечание
мас. % (остальное ных плапротравов,
пластине, штук
глицерин)
стин, штук
штук
Время травНе контролирова1
1,0
10
ления более
лось
0,5 ч
2
2,0
120
35
0,3
3
5,0
119
34
0,3
4
10,0
118
34
0,3
5
15,0
48
43
0,9
6
Прототип
24
29
1,2
Из приведенных данных видно, что предлагаемый травитель по сравнению с прототипом позволяет снизить количество протравов с 1,2 штук на пластине до 0,3 штук на пластине.
Таким образом, использование глицерина в качестве растворителя при заявленном соотношении компонентов позволяет снизить чувствительность травителя к наличию проколов в маскирующем оксиде кремния за счет повышения вязкости травителя. В
результате качество обрабатываемой поверхности возрастает за счет уменьшения количества протравов кремния на маскируемых участках.
Источники информации:
1. Моро У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. В двух частях. Ч. 2 /
Пер. с англ. - M.: Мир. 1990. - С. 881-885.
2. Bean К.Е. Anisotropic Etching of Silicon. IEEE Trans. Electron Devices. - 1978. - V. ED-25. № 10. - P. 1185-1193.
3. Карантиров Н.Ф., Михайлов Ю.А., Быстрицкий А.В., Клюбина З.Д., Носков А.И.
Качество микрорельефа при анизотропном травлении кремниевых пластин ориентации
[100]. Электронная техника. Сер. 6. Материалы, 1979. Вып. 10. - C. 68-74.
4. Патент США 3.725.160, НКИ 156-17, 1973 (прототип).
5. А.с. ЧССР 227475, МПК H 01L 21/306, 1984.
6. Дьяконов И.А. Глицерин. Химическая энциклопедия. Т. 1. - M.: Советская энциклопедия, 1988. - С. 585.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
87 Кб
Теги
by7368, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа