干法刻蚀工艺介绍.pptx

目录：简介Metal结构、成分Metal腐蚀工艺常见异常介绍IC结构:金属在半导体器件中，主要起导线作用。Al-1Al-2Al-5STIPMDIMD-1IMD-2STIRTO/CVD Nitride CVD OxideCMP,RPS Oxide/Nitride StripSpacer (Oxide,Nitride)LP CVD,PE CVD Polycide Gate Centura Poly DepSalicide TiSi 2 PVD Ti/RTAGate Oxide(RTO)n+n+p+p+P-WellN-WellAl-4Al-3IMD-3IMD-4PMD/CMPSA BPSG/RTA-CMPW Plug/CMPWCVD+CMPAl Stack(PVD)IMD/CMP(PE/SA,HDP-CVD)Planarized PVD Al,CVD AlEPIPassivationPad EtchMetal EtchVia EtchPolycide EtchContact EtchSpacer EtchImplantEPISi Trench EtchPassivation(PE CVD)AL 还有什么作用?Metal结构：根据工艺的不同，Metal结构也各有不同:-Al -AlCu -AlSiCu -Ti/TiN/AlCu/TiN 另外在一些工艺中,使用:-W(Plug)-Cu(Cu制程)-Ta(barrier)Metal成分：一般AL的成分：Al-Si(1.0%)、Al-Si(0.75%)-Cu(0.5%)、Al-Cu（0.5%）为什么要用AL？电阻系数较低：2.65-cm 容易淀积,价格便宜 易腐蚀与介质层附着良好与衬底形成欧姆接触与Cu相比呢?铝膜中搀入Cu,Si的目的：防止电迁移(EM)、小丘(Hillock）、硅析出(Si Concrete)、铝刺(Al Spiking)Metal腐蚀工艺介绍(该培训只针对AL腐蚀工艺）Metal腐蚀工艺包括湿法腐蚀和干法腐蚀，CDBCl2+Cl*BCl3-BCl3+e Cl2-Cl*+Cl*CL*+AL*-ALCL3 各种气体在反应中的作用：各种气体在反应中的作用：CL2：AL腐蚀主要反应气体，对于AL腐蚀速率有决定性的影响；BCL3：用于腐蚀AL表面的自然氧化层，主要是通过物理的轰击作用去除；形成饱和的氯炭化合物，附着在铝条侧壁，保护铝条形貌并实现各向异性腐蚀；对于PR腐蚀速率影响较大，过多的BCL3会降低AL/PR的选择比；N2：做AL腐蚀反应的催化剂，加快AL腐蚀速率；与胶反应生产聚合物，附着在AL条侧壁，以实现AL形貌和条宽的控制；Ar:提高plasma的离解度，对于去处残留有较大的帮助；CHF3/CF4:生产聚合物保护AL形貌Metal腐蚀反应中，化学反应和物理反应同时存在Gas flowsWafer temp.RF PowerPressure(B field)PhysicalChemicalIonBombardmentAR+BCl3+ChemicalEtchCl*Chemical DepositionBCl3(+PR)Metal Etch平衡图EtchDepMetal腐蚀主要反应步骤：腐蚀主要反应步骤：Metal腐蚀菜单的主要步骤有以下几步：BTBTBTBT(Breakthrough)：利用BCl3的物理轰击及其与Al2O3反应生成可以挥发的聚合物的特性达到去除铝表面自然氧化层的目的；MEMEMEME(Main Etch)：主要反应步骤，在该步骤刻蚀掉绝大部分的AL，一般通过自动找终点方式停止该步骤；OEOEOEOE(Over Etch)：刻蚀掉ME未刻净的少量铝及阻挡层，并提供一定量的氧化层损失量，以确保无AL残留。PP PP PP PP(Purge/Pump):在反应过程中，会有少量细微的颗粒混杂到plasma中，为避免反应结束的，plasma消失而导致颗粒掉落到圆片上，在反应菜单结束后面加一步purge step。加少量的功率保持plasma不消失，同时通入一定量的气体将颗粒带走。同时也可以带走一些残余的反应生成物，确保下一片工艺时恢复到初始状态。终点控制：终点控制：Metal腐蚀的ME一般都采用自动终点控制；终点控制的优点：采用终点控制可以较精确的控制腐蚀时间，减小因为腐蚀速率以及膜厚的差异造成的时间误差，充分实现腐蚀设备的自动化。目前终点控制主要有发射光谱法、光学反射法、质谱法、探针法、阻抗监视法等，我们主要采用光谱法。终点控制原理：终点控制原理：光谱法(OES)其物理理论是每一种物质受到能量激发，都会发出其特定的波长。硅片在被腐蚀的时候，腔体内维持一个稳定的反应气氛，所探测的物质波长发射密度基本不变，当硅片快要腐蚀结束时（即到达终点位置），密度会发生突变，这样经过光电信号转换，即可探测到终点位置。使用这种方法需要注意的是：所用于探测波长的物质必须要有足够的密度；必须要能够发生突变。常规腐蚀工艺终点波长常规腐蚀工艺终点波长终点控制原理：终点控制原理：UV固胶：固胶：为了增强胶在腐蚀过程中抗plasma轰击的能力，在Metal腐蚀前通常会加做UV固胶。UVUV固胶设备：固胶设备：FUSION 150FUSION 150固胶机。固胶机。UVUV固胶原理：固胶原理：采用紫外光照射和热板烘烤，改变胶的化学结构，由非交联聚合物变成交联聚合物，其化学键能得到了提高，能增强在等离子刻蚀中抗轰击能力，不至于在刻蚀过程中出现塌胶，造成刻蚀形貌的变化，以及增强光刻胶在高束流离子注入过程中的稳定性。Metal形貌定义：Metal形貌：带胶形貌带胶形貌无胶形貌无胶形貌denseopen负载效应(Microloading）：负载效应（microloading)：不同的孔尺寸或纵深比例对腐蚀速率和选择比的影响。OPEN AREADENSE ARRAYMaskMaskMaskMaskMaskEXAMPLE OF PROFILE MICROLOADING负载效应(Microloading）：EXAMPLE OF ETCH RATE MICROLOADINGMaskMaskMaskMaskDENSE ARRAYOPEN AREAAL腐蚀设备介绍：腐蚀设备介绍：TCP9600：LAM公司产品，目前F5腐蚀有6台TCP9600，均为ESC(Electrostatic Chuck)类型设备；P5K Metal：APPLIED公司产品,高压力，单功率源设备.DPS Metal：APPLIED公司产品，与TCP9600 同一代设备，工作原理一致，都是低压力，双功率源设备。TCP9600：TCP9600：TCP9600圆片传输主要有以下7个步骤：Step1 从上料片盒取出圆片；Step2 圆片自调整和找平边；Step3 圆片通过上料腔（ELL）传 到 刻 蚀 腔（Main Chamber）；Step4 从刻蚀腔中取出圆片；Step5 圆 片 在 去 胶 腔（DSQ）,去胶腔同时也是下料腔（XLL）；Step6 圆 片 在 流 水 腔（APM）中Step7 圆片传到下料片盒。TCP9600：设备特性：耦合的等离子区；独立控制的可自动调谐的双射频功率源；受控的等离子浓度、能量；低压力高速率.TCP9600：recipe：TCP9600：终点曲线：EMP5K：EMP5K：P5000 METAL共有三个腔体，其中A，B腔体为AL刻蚀腔体，D腔体为去胶腔体;圆片首先传入上料腔体，之后分别进入A，B刻蚀腔体，之后进入D腔体进行去胶EMP5K：recipeEMP5K：在EMP5K设备中，引入了磁场的设置，磁场在腐蚀工艺中的作用：利于等离子体的形成；提高腐蚀均匀性；减小等离子损伤；磁场VS E/R&UnifEMP5K：终点曲线：EMP5K：终点设置：EMDPS：DPS METAL共有四个腔体，其中A，B腔体为AL刻蚀腔体，C，D腔体为去胶腔体。Cool down ChamberASPASPDPSChamberDPSChamberLoadlock-ALoadlock-BOrienterEMDPS：recipeEMDPS：终点曲线：EMDPS：终点设置：EMDPS：各工艺参数变化的影响：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL后腐蚀（AL Post-etch Corrosion)机理：CL-+H2OOH-+HCL（1）HCl+AlAlCl3+H2 （2）Al+H2OAl(OH)3+H2Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL后腐蚀（AL Post-etch Corrosion)机理：H2OSubstrateClClH+AlO(OH)Cl-AlPRWater DropletMetal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL后腐蚀（AL Post-etch Corrosion)图片：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL后腐蚀图片：After etch Before SSTAfter SST 后腐蚀 典型KLA map分布也主要分为两类：区域型区域型发散型发散型此类此类map对对应后腐蚀应后腐蚀类型主要类型主要为为AL缺损：缺损：此类此类map对对应后腐蚀应后腐蚀类型主要类型主要为为AL条边条边缘多余产缘多余产物：物：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：塌胶：1、UV固胶温度异常固胶温度异常2、AL腐蚀时冷却效果腐蚀时冷却效果不好不好可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL形貌异常：1、设备异常、设备异常:如如CL2流流量过大，量过大，bias功率异常功率异常等等2、菜单设置不合理、菜单设置不合理可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL形貌异常：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL条漂移：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：胶残留：1、设备去胶速率异常、设备去胶速率异常2、腐蚀腔、腐蚀腔Plasma异常，异常，导致胶炭化。导致胶炭化。Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL残留：1、环境颗粒、环境颗粒2、腐蚀腔掉、腐蚀腔掉polymer可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL未刻净：1、腐蚀速率异常；、腐蚀速率异常；2、提前找终点；、提前找终点；3、光刻显影不清、光刻显影不清可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：介质突起：1、AL腐蚀菜单设置不合理；腐蚀菜单设置不合理；2、产品、产品clear ratio太小；太小；3、AL腐蚀菜单与腐蚀菜单与AL溅射设溅射设备不匹配备不匹配可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL细：1、AL腐蚀菜单设置不合理；腐蚀菜单设置不合理；2、产品、产品clear ratio太大，图太大，图形布局不合理；形布局不合理；3、涂胶异常，胶太薄、涂胶异常，胶太薄可能造成原因：可能造成原因：版1 版2 版3Clear ratio:72.18%62.09%估计5060以上以上3 3种产品，种产品，ALAL条分布有明显的区别，版条分布有明显的区别，版1 1主要分布在管芯主要分布在管芯的上部的上部1/41/4处，而版处，而版3 3则均匀分布于整个管芯，则均匀分布于整个管芯，clear ratioclear ratio和分布和分布的不同，导致的不同，导致ALAL腐蚀终点时间不一样：腐蚀终点时间不一样：clear ratioclear ratio大的终点时大的终点时间比较长。间比较长。Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常不同不同clear ratio相同相同AL腐蚀菜单比较：腐蚀菜单比较：版版1 center1 center版版2 center2 center版版3 center3 centeredgeedgeedgeedgeedgeedgeMetal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：AL过腐蚀：1、AL腐蚀腐蚀overetch量太大；量太大；2、通孔腐蚀后单根、通孔腐蚀后单根AL条上条上剩余介质太薄剩余介质太薄可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：划伤：1、设备传输划伤、设备传输划伤2、菜单设置不合理，生成、菜单设置不合理，生成polymer较多，较多，polymer悬挂悬挂下划伤。下划伤。可能造成原因：可能造成原因：Metal腐蚀常见异常：腐蚀常见异常：P区打毛：1、过腐蚀量偏大。、过腐蚀量偏大。可能造成原因：可能造成原因：THANKS