СЕЛЕКТИВНЫЙ ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ ТИТАНАТА БАРИЯ
SELECTIVE BARIUM TITANATE ETCHANT

Изобретение относится к технологиям производства полупроводниковых интегральных схем и, более конкретно, к составам для жидкостного травления сегнетоэлектрических пленок, в частности, пленки титаната бария, над пленкой платины на кремниевой подложке. Изобретение может применяться при изготовлении энергонезависимых полупроводниковых интегральных схем методом фотолитографии.
При изготовлении интегральных схем с применением сегнетоэлектрических пленок объективной трудностью является достижение воспроизводимости топологии элементов интегральной микросхемы в процессе стравливания слоя сегнетоэлектрика.
Из SU 988854 известен травитель сегнетокерамики системы ЦТС (цирконат-титатант свинца), состоящий из концентрированной серной кислоты и сульфата аммония. Недостатком такого травителя является образование на поверхности керамики слоя нерастворимых продуктов взаимодействия и прекращение процесса травления через 15-20 с после погружения керамической пластины в травящий раствор.
В US 6656852 раскрыт травитель, предназначенный для травления титаната бария, включающий не менее 25 об. % серной кислоты, не менее 1 об. % пероксида водорода и не менее 0,005 об. % фтористоводородной кислоты. Недостатком этого состава является низкая скорость травления - не менее 10 минут для стравливаемого слоя толщиной 100 нм, причем травление происходит при температурах от 60 до 115°С.
Задачей настоящего изобретения является создание травителя, который устраняет недостатки известных травителей и обеспечивает качественное стравливание титаната бария с достижением воспроизводимости топологических размеров элементов энергонезависимых полупроводниковых интегральных схем. При этом травитель должен вписываться в маршрут изготовления интегральных схем, а именно, стравливание титаната бария не должно сопровождаться травлением монокристаллического кремния, поликристаллического кремния, пленки платины и маски фоторезиста, то есть травитель должен быть селективным.
2
2
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение воспроизводимости топологии элементов интегральной микросхемы при селективном стравливании слоя сегнетоэлектрических пленок титаната бария на кремниевой подложке над пленками SiO, PolySi, TiO, Pt и маской пленки фоторезиста со скоростью не ниже 0,6 мкм/мин при температурах не выше 60°С.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что готовят травитель, состоящий из фтористоводородной кислоты, серной кислоты, соляной кислоты и фторсодержащих поверхностно-активных веществ (ПАВ), или фтор-ПАВ. В качестве фторсодержащего ПАВ может использоваться любое из коммерчески доступных веществ, выбираемых из группы DuPont™ Capstone FS-3100, Novec™ FC-4430, Novec™ FC-4432, Novec™ FC-4434, Novec™ 4200, 3,6-Диокса-перфтор-4-трифторметилоктансульфат аммония (анионное ПАВ разработки ЗАО НПО «Пим-Инвест», аналог Novec™ 4200), а также четвертичные аммониевые соли перфтороксаалкансульфокислот, оксиэтилированные перфторспирты, перфторсульфонамидоспирты.
Слои титаната бария проявляют сегнетоэлектрические свойства при толщинах 100-700 нм. Селективному травлению подвергались пленки титаната бария указанных толщин, полученные методом высокочастотного магнетронного распыления. В качестве маски использовали пленку щелоче-проявляемого негативного и позитивного фоторезистов.
Для проверки предлагаемого состава была проведена серия экспериментов. В качестве фторсодержащего ПАВ использовалось вещество Novec™4200 (фторалкилсульфонамид аммония) - анионное поверхностно-активное вещество производства компании 3М. Последовательность проведения экспериментов следующая.
Сначала в выбранных соотношениях смешивают серную кислоту H2SO4, фтористоводородную кислоту HF, потом постепенно добавляют соляную кислоту НСl, фтор-ПАВ (Novec™4200) и деионизованную воду (Д/Н2O). Полученный раствор постепенно доводят до требуемой температуры. Получают прозрачную жидкость без осадка.
Далее подготовленную для обработки кремниевую пластину выкладывают в открытую фторопластовую кювету вместимостью 200 мл, заливают слоем травителя толщиной 1,2 см и при перемешивании выдерживают в течение времени, предварительно определенному по контрольному образцу.
По окончании травления кремниевую пластину извлекают из травителя, тщательно промывают ее под струей деионизованной воды с обеих сторон.
Тщательно отмытую кремниевую пластину сушат либо под струей осушенного воздуха или инертного газа, либо центрифугированием.
В таблице приведены результаты экспериментов по определению оптимального состава травителя.
Эксперименты показали, что при высоком содержании серной кислоты скорость травления чрезвычайно низкая (пример 4), а при малом содержании соляной кислоты на поверхности образуется нерастворимый налет (пример 1). Монокристаллический кремний, поликристаллический кремний (как основа), пленка платины и пленка фоторезиста при этом не травятся.
Эксперименты с другими фтор-ПАВ, перечисленными выше, дали аналогичные результаты.
Таким образом, оптимальным соотношением компонентов селективного травителя является следующее соотношение, об. %:
фтористоводородная кислота
10-50,
серная кислота
25-50,
соляная кислота
10-35,
фтор-ПАВ
0,01-0,5,
деионизованная вода
остальное.
Иные значения содержания компонентов, выходящие за указанные граничные пределы, не дали положительных результатов.
Селективный травитель с указанным выше оптимальным соотношением компонентов обеспечивает требуемое селективное травление со скоростью не ниже 0,6 мкм/мин при температурах не выше 60°С.