Введение

Возросшие требования к плазменным процессам в производстве УБИС (ультрабольших интегральных схем), имеющие минимальные топологические размеры 0,25 мкм и меньше, вызваны целым рядом специфических проблем. Это связано с внедрением антиотражающих покрытий и тонких, более чувствительных к операции травления фоторезистов; возросшими аспектными соотношениями формируемых структур, дополнительными этапами травления твердой маски, которые потребовались на новых уровнях размеров и аспектных соотношениях формируемых элементов, для которых прямая литография уже не подходит, возросшими требованиями к селективности и анизотропии травления и условиями минимизации радиационного и химического воздействия на обрабатываемую поверхность. В ближайшем будущем возросшая плотность упаковки элементов и технологические ограничения предъявят еще более жесткие требования к изменению ширины линии по диаметру пластины, микрозагрузочному эффекту и привносимой дефектности. В результате системы плазменного травления для критических уровней технологии изменяются от традиционных многофункциональных систем травления в низкоплотной плазме с емкостной связью к системам со средней и высокой плотностью плазмы, использующих экзотические или сильно полимеризующиеся газовые среды, разработанные исключительно для одного типа обрабатываемой пленки.

1.1. Особенности ПРИМЕНЕНИя ПРОЦЕССОВ ПТ при создании трехмерных субмикронных микроструктур

Плазменное травление используется в производстве полупроводниковых устройств, начиная от микропроцессоров и кончая большими плоскими дисплеями. Как правило, наиболее эффективно эти процессы используются при создании структур с ультравысокой плотностью элементов, например устройств динамической памяти с произвольным доступом (Dynamic random access memory), для которых существенно требование обеспечения низкой стоимости за один бит информации. Ячейки памяти таких устройств характеризуются наличием передающего электрода, который допускает передачу заряда через канал к конденсатору, накапливающему и возвращающему его во внешнюю цепь. Этот конденсатор обычно может иметь два типа конструкций: накопительный конденсатор, который находится выше затвора и контактных уровней разводки, или щелевой конденсатор, для которого накопительный узел вытравливается прямо в подложке. Устройства логической памяти обычно не требуют больших конденсаторов. Вместо этого в них уделяется большее внимание размерам затворного электрода для увеличения их рабочей частоты. Поскольку в кристаллах логических схем используются сложные соединения элементов, то в них применяется многоуровневая металлизация, что увеличивает требования к процессам травления межслойного диэлектрика и металла. Во всех этих случаях требуется высокая точность передачи литографических размеров в структуру без заметного ухода или смещения. Это весьма важное требование, поскольку при определенном уровне изменения критических размеров (например, размеров электрода затвора) это приводит к отклонению рабочей частоты прибора. Селективность травления различных слоев по отношению друг к другу также весьма существенна. Например, чтобы протравить канавку в кремнии в качестве маски для травления следует выбрать слой окисла кремния, поскольку использование органической маски не позволит обеспечить необходимые параметры процесса. Также требуется высокая селективность травления, например, чтобы избежать «закорачивания» одного проводящего слоя с другим. Это особенно важно для УБИС схем, в которых используется многоуровневая металлизация.

Процессы травления в основном подразделяются по типу обрабатываемого материала и функциональному назначению. Классификация материалов обычно включает окисел, поликремний, металл и определенным образом специализированные резистивные приложения. Различные функции включают, в частности, прямой перенос изображения в нижележащую структуру это, например, такой процесс как планаризация. В последние годы также возрос интерес к изотропным плазменным процессам травления, как альтернативе жидкостного травления. Чтобы создать структуру щелевого конденсатора требуется более 20 операций травления, использующих определенные типы реакторов. При этом уровень требований к контролю процесса травления такой же высокий, как и при травлении затворов. Причем каждая стадия травления проводится в специализированном для конкретного слоя реакторе.

В силу быстрого темпа увеличения плотности упаковки элементов и огромной стоимости установок и резистов для литографии с высоким разрешением, для суб-0,25 мкм литографии продолжают использоваться установки, работающие на длинах волн экспонирующего излучения 248 нм, даже, несмотря на то, что эта длина волны больше, чем размер воспроизводимой линии. Поскольку качество изображения является функцией, как фокуса, так и дозы экспозиции, то такое разрешение достигается, в частности, благодаря минимизации толщины резиста и ограничению интерференции от нижележащего слоя. Тенденция к использованию более тонких резистов иллюстрируется таблицей 1.1.