半導體行業(yè)之刻蝕工藝介紹

金屬刻蝕具有良好的輪廓控制、殘余物控制，防止金屬腐蝕很重要。金屬刻蝕時鋁中如果有少量銅就會引起殘余物問題，因為CuCl2的揮發(fā)性極低且會停留在晶圓表面?？梢酝ㄟ^物理的離子轟擊將Cud?從表面移除掉，或通過化學性刻蝕在CuCl2的下方形成底切將CuCl2從表面移除。

由于CuCl2微粒和晶圓表面都因為等離子體帶負電，所以必須通過靜電力將CuCl2從表面移除。晶圓暴露于大氣之前必須先剝除光刻膠，否則沉積在PR和側(cè)壁上的殘留氯元素會和H2O發(fā)生反應形成HC1,進而造成金屬腐蝕問題。

對于HKMG工藝的先柵法，需要刻蝕介質(zhì)硬掩膜柵堆積薄膜、，多晶硅和TiN薄膜(見下圖)。刻蝕工藝與一般多晶硅柵刻蝕工藝類似，第一步為利用突破刻蝕過程圖形化介質(zhì)硬掩膜;然后為主要刻蝕工藝，使用氟等離子體去除多晶硅;金屬刻蝕過程使用Cl或HBr具有對覆蓋層有較高選擇性的TiN和高左電介質(zhì)層。

對于多晶硅柵刻蝕，可以加入氧氣以提高對二氧化硅的刻蝕選擇性。然而，對于金屬柵刻蝕，在等離子體中增加氧氣可能會導致TiN的氧化，形成二氧化鈦并導致柵金屬損失。

TiN的刻蝕也需要圖形化銅低k互連ULK介電質(zhì)的硬掩膜，如下圖所示。

去光刻膠

刻蝕結(jié)束之后，光刻膠必須被去除。去光刻膠使用濕法或干法過程。干法去除光刻膠通常使用氧氣。水蒸氣通常附加在等離子體中以提供額外的氧化劑去除光刻膠和氫自由基，從而能夠除去側(cè)壁和光刻膠中的氯元素。

對于金屬刻蝕，當晶圓暴露在潮濕空氣中之前，刻蝕之后的去光刻膠非常重要。這是因為大氣中的水汽會和側(cè)壁沉積物中的氯反應生成鹽酸，進而刻蝕鋁造成金屬腐蝕。在去光刻膠過程中使用的基本化學反應為:

下圖顯示了具有遠程等離子體源的去除光刻膠反應室示意圖。這個反應室可以和刻蝕室放在同一工作線上以便在相同的主機內(nèi)進行光刻膠去除。

干法化學刻蝕

干法化學刻蝕可以使用加熱后不穩(wěn)定的化學氣體，如XeF2和O3，或利用遠程等離子體RP（ Remote Plasma）源在遠端等離子體室中產(chǎn)生自由基，再將自由基注入反應室中。由于這些不穩(wěn)定氣體非常昂貴并難以存儲，所以IC生產(chǎn)較常使用遠程等離子體過程。

通過遠程等離子體源并利用離子轟擊產(chǎn)生的等離子體可以在晶圓表面上形成化學性強的自由基，所以干法化學刻蝕能應用在薄膜剝除刻蝕中。干法化學刻蝕優(yōu)于濕法化學刻蝕之處在于它能和另一座RIE反應室設在同一臺機器的生產(chǎn)線上，從而能夠用臨場方式處理晶圓并提高產(chǎn)量。

所謂酒杯狀接觸窗就是其中的一個例子(見下圖)。等離子體刻蝕室能和RIE反應室放置于同一個大型主機上。首先，晶圓在RP刻蝕室中進行等向性刻蝕，然后再轉(zhuǎn)移到RIE反應室中進行非等向性刻蝕。RP刻蝕的其他應用包括在LOCOS過程中的氮化硅層剝除及多晶硅緩沖層LOCOS(PBL)過程中的氮化硅和多晶硅層剝除。

審核編輯：劉清