Procedimiento de grabado selectivo de silicio.

Procedimiento para grabar una capa de silicio dispuesta sobre un sustrato, que comprende:

grabar anisótropamente un primer surco en la capa de silicio;

realizar un grabado en húmedo selectivamente anisótropo del silicio en el primer surco, comprendiendo el grabado en húmedo exponer las superficies de silicio a una composición acuosa que comprende:

un hidróxido de onio cuaternario con contenido aromático, y

una sal de fosfonio cuaternario de tetraalquilo asimétrica;

en el que el grabado en húmedo graba los planos

(110) y (100) de la capa de silicio con aproximadamente unas velocidades iguales y preferentemente con respecto al plano (111) para formar un surco ampliado que presenta una pared lateral en el plano (111).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/052856.

Solicitante: SACHEM INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 821 EAST WOODWARD AUSTIN, TX 78704 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: COLLINS,SIAN, WOJTCZAK,WILLIAM A.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Procedimientos o aparatos especialmente adaptados... > H01L21/306 (Tratamiento químico o eléctrico, p. ej. grabación electrolítica (para formar capas aislantes H01L 21/31; postratamiento de capas aislantes H01L 21/3105))

PDF original: ES-2489141_T3.pdf

 

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Procedimiento de grabado selectivo de silicio.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de grabado selectivo de silicio ANTECEDENTES

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere de un modo general a la fabricación de transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico y otros dispositivos basados en el silicio. Más específicamente, la presente invención se refiere a procedimientos para grabar selectivamente silicio para utilizar en dichos dispositivos y similares.

ANTECEDENTES

El grabado en húmedo del silicio es un procedimiento importante en la fabricación de circuitos integrados. Una aplicación específica para el grabado selectivo del silicio es la introducción de tensión en la formación de puertas en el frente de fin de línea (FEOL) en el procedimiento de construcción de transistores. Se puede depositar óxido de puerta, óxido de silicio, nitruro de silicio, silicio policristalino y otras películas sobre el silicio para formar las estructuras de puerta del transistor mediante las etapas sucesivas de deposición, modelado y grabado. Durante dicho procedimiento, mediante el enmascaramiento selectivo, se dopa la superficie de silicio con boro, fósforo, arsénico u otros elementos de polarización negativa o positiva del silicio. A continuación se calienta la superficie de silicio para dirigir los dopantes hacia el silicio. Tras ello, se graba el silicio monocristalino para crear canales entre las puertas para la deposición posterior de una aleación de silicio que provoca tensión tal como el silicio-germanio (SiGe) . Se ha descubierto que una cierta cantidad de tensión resulta beneficiosa para mejorar la movilidad de los portadores en, por ejemplo, una región de canal del transistor MOS. Aunque se han descrito diversos procedimientos de introducción de dicha tensión, se necesitan mejoras para grabar con mayor efectividad y de un modo controlado los surcos en los que se depositará la aleación de silicio, y para crear y aplicar con mayor efectividad y de un modo controlado a los canales la cantidad pretendida de tensión. La cantidad pretendida de tensión puede resultar difícil de obtener si la aleación de silicio que provoca la tensión contiene demasiadas distorsiones en la estructura cristalina, ya que las distorsiones disminuyen la tensión y/o no generan una presión suficiente cuando se depositan.

SUMARIO

Los defectos de apilamiento son defectos planos que se pueden producir en las películas epitaxiales cuando se altera la secuencia de apilamiento cristalina debido a cambios ambientales locales durante el crecimiento, por ejemplo, a causa de la rugosidad de la superficie. Los defectos se caracterizan porque el desplazamiento entre los planos a cada lado del defecto no constituye un vector de traslación cristalina perfecto para el material en cuestión. Por ejemplo, en el caso de los materiales en los que el cristal crece en la dirección (111) según la secuencia de apilamiento del empaquetamiento ABCABC, en la que A, B y C son sitios distintos de apilamiento entre los que el vector de traslación cristalina es (1/2) [110]. Una secuencia de apilamiento de ABCAB//ABC contiene un defecto entre planos "B" y "A", indicado por "//", y que se denomina defecto de apilamiento intrínseco y se puede considerar como la eliminación de un plano cristalino ("C" en este caso) . En cambio, una secuencia de apilamiento de ABCA/C/BCABC se denomina un defecto de apilamiento extrínseco y se puede considerar como la inserción de un plano adicional en la secuencia de apilamiento (en este caso "C") .

YI WEI XU ET AL: "Grabado anisótropo en húmedo mediante TMAH con tensioactivo NCW-1002 sobre una superficie de silicio cristalino", ACTAS DE LA SPIE -SOCIEDAD INTERNACIONAL DE INGENIERÃ?A ÓPTICA SPIE -SOCIEDAD INTERNACIONAL DE INGENIERÃ?A ÓPTICA EE.UU., vol. 7269, 2008, ISSN: 0277-786X da a conocer un procedimiento de grabado anisótropo selectivo de lechos en el silicio con una mezcla de un hidróxido de amonio cuaternario y un aditivo, presentando la mezcla: un grabado de selectividad reducida entre los planos (100) y (110) , y una mejora de la rugosidad de las facetas grabadas. El aditivo (NCW-1002) es un tensioactivo que pertenece a la familia de los éteres de polioxialquilalquilo.

El documento US nº 2006/289856 A1 da a conocer un procedimiento para crear tensión en una segunda capa que comprende: proporcionar una capa de silicio que presenta características espaciadoras en su superficie para crear aberturas en la misma, grabar un surco mediante grabación anisótropa de las superficies de silicio con un grabado en húmedo que comprende un hidróxido de onio cuaternario y el crecimiento epitaxial de una aleación de siliciogermanio. El propósito de dicho procedimiento es introducir tensión en el canal de los transistores.

Constituye un objetivo de la presente invención mejorar aún más el procedimiento descrito por Wei Yi Xu et al. y proporcionar un procedimiento mejorado para el grabado de una capa de silicio dispuesta sobre un sustrato. Constituye un objetivo adicional de la presente invención mejorar aún más el procedimiento descrito el documento US nº 2006/289856 A1 y proporcionar un procedimiento mejorado para introducir un esfuerzo en una capa de silicio.

Los problemas anteriores se resuelven mediante un procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, respectivamente. Otras formas de realización ventajosas constituyen el tema de las reivindicaciones subordinadas.

Los presentes inventores han descubierto que, aplicando un procedimiento y una composición para grabar selectivamente el silicio que produce poco o ningún aumento de la rugosidad de las superficies de silicio, con respecto a una superficie de silicio no tratada, se puede obtener una cantidad pretendida de tensión de un modo controlable y efectivo en la deposición posterior de la aleación de silicio que provoca la tensión. Los presentes inventores descubrieron que, puesto que cualquier rugosidad en una superficie (111) contiene algún carácter superficial (110) y puesto que las aleaciones de silicio que provocan tensión tales como las de SiGe crecen mucho más rápidamente sobre la superficie (110) con respecto a la superficie (111) , la rugosidad provoca la formación de discontinuidades (es decir, defectos de apilamiento) en la aleación de silicio que provoca tensión depositada obteniéndose distorsiones en la estructura cristalina de la aleación de silicio que provoca tensión depositada, y que utilizando un procedimiento y una composición tales como se describe en la presente memoria, se podría reducir la rugosidad. Las distorsiones o defectos de apilamiento tienen como resultado una reducción de la tensión y, de este modo, un fallo en la obtención la cantidad pretendida de tensión en el depósito que provoca la tensión pretendida. Los presentes inventores descubrieron que seleccionando una composición tal como se describe en la presente memoria para utilizar en el grabado del silicio, se podría evitar el aumento de la rugosidad, se podría obtener una superficie más lisa y se podría controlar mejor la cantidad de tensión provocada por la aleación de silicio que provoca tensión.

Según una forma de realización de la presente invención, se proporcionan un procedimiento y una composición grabar silicio selectivamente. En el procedimiento de grabado, el silicio se graba selectivamente en los planos (110) y (100) , hasta el plano (111) , y se obtiene una superficie muy lisa. Según la presente invención, los planos (110) y (100) se graban con aproximadamente la misma velocidad relativa entre sí, pero dichos planos se graban preferentemente hasta el plano (111) , que se graba a una velocidad significativamente inferior. La selectividad mejorada, pero controlada, proporciona una superficie de silicio mejorado para la deposición epitaxial posterior de una aleación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para grabar una capa de silicio dispuesta sobre un sustrato, que comprende:

grabar anisótropamente un primer surco en la capa de silicio; realizar un grabado en húmedo selectivamente anisótropo del silicio en el primer surco, comprendiendo el grabado en húmedo exponer las superficies de silicio a una composición acuosa que comprende:

un hidróxido de onio cuaternario con contenido aromático, y una sal de fosfonio cuaternario de tetraalquilo asimétrica; en el que el grabado en húmedo graba los planos (110) y (100) de la capa de silicio con aproximadamente unas velocidades iguales y preferentemente con respecto al plano (111) para formar un surco ampliado que presenta una pared lateral en el plano (111) .

2. Procedimiento para introducir un esfuerzo en una capa de silicio, que comprende:

proporcionar una capa de silicio dispuesta sobre un sustrato, presentando la capa de silicio una pluralidad de características espaciadoras dispuestas sobre la misma para crear aberturas en la capa de silicio; a través de las aberturas, grabar anisótropamente un primer surco en la capa de silicio; realizar un grabado en húmedo selectivamente anisótropo del silicio en el primer surco, comprendiendo el grabado en húmedo exponer las superficies de silicio a una composición acuosa que comprende:

un hidróxido de onio cuaternario de trialquilo (inferior) aromático, y una sal de fosfonio cuaternario de tetraalquilo asimétrica; en el que el grabado en húmedo graba los planos (110) y (100) de la capa de silicio con aproximadamente unos velocidades iguales y preferentemente con respecto al plano (111) para formar un surco ampliado que presenta unas paredes laterales en el plano (111) ; y depositar epitáxicamente una aleación de silicio sobre una superficie de silicio en por lo menos una parte del surco ampliado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la aleación de silicio introduce el esfuerzo en por lo menos una parte de la capa de silicio.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en el que la aleación de silicio comprende siliciogermanio o silicio-carbono.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la capa de silicio presenta sobre la misma una pluralidad de estructuras dispuestas para crear aberturas que expongan la capa de silicio, y se realiza el grabado anisótropo mediante las aberturas.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 o 5, en el que el grabado en húmedo selectivamente anisótropo rebaja parcialmente cada una de la pluralidad de estructuras y el surco ampliado comprende dos paredes laterales en el plano (111) .

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el hidróxido de onio cuaternario con contenido aromático comprende un amonio o un fosfonio o una combinación de los mismos.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el hidróxido de onio cuaternario con contenido aromático comprende independientemente, además del grupo aromático, tres grupos con un número de átomos de carbono comprendido entre 1 y aproximadamente 4.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en el hidróxido de onio cuaternario de trialquilo (inferior) aromático, el grupo aromático es un grupo bencilo o un grupo fenilo y cada alquilo inferior es independientemente metilo o etilo.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la sal de fosfonio cuaternario de tetraalquilo asimétrica comprende un grupo alquilo que presenta entre aproximadamente ocho y aproximadamente 18 átomos de carbono y comprende además uno o más grupos alquilo inferiores que contienen de independientemente entre 1 y aproximadamente 4 átomos de carbono.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el hidróxido de onio cuaternario se encuentra presente en una concentración comprendida entre aproximadamente el 0, 1% en peso y aproximadamente el 20% en peso y la sal de fosfonio cuaternario se encuentra presente en una concentración comprendida entre aproximadamente el 0, 1% en peso y aproximadamente el 20% en peso.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición acuosa comprende además un glicol, un alcohol, un éter de glicol o una combinación de cualquiera de dos o más de los mismos.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el glicol, el alcohol y/o el éter de glicol se encuentran 5 presentes en una concentración de hasta aproximadamente el 5% en peso.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el surco ampliado comprende superficies de silicio expuestas que presentan una rugosidad Ra comprendida entre aproximadamente 0, 340 nm y aproximadamente 0, 450 nm, cuando se determina con el microscopio de fuerza atómica (AFM) .

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el grabado anisótropo es un grabado en seco.