研究并优化等离子体刻蚀工艺去静电步骤对晶片残存电荷的影响
时间：2022-03-13来源：佚名
1.1双层大马士革蚀刻工艺介绍随着半导体制造技术的发展，工艺节点不断缩减，后段铜互连技术已被广泛应用。众所周知，铜互连技术的结构基础是大马士革结构，大马士革结构的刻蚀在后段工艺中占据了重要的位置。图1所示为双层大马士革刻蚀流程，其刻蚀方式有很多类型，如先刻蚀通孔再刻蚀沟道、先刻蚀沟道再刻蚀通孔和通孔沟道同时刻蚀等。本文以先刻蚀通孔（VIA）再刻蚀沟道（Trench）的刻蚀方式即VIA优先为实验基础【1】【5】，研究并优化了 “VIA等离子体刻蚀”工艺步骤之后，去静电过程中等离子体辅助晶片去静电的工艺步骤。1.2残余静电在清洗工艺中造成铜损耗后段等离子体电介质刻蚀之后的清洗工艺，业界常用的一种做法是使用水溶性多组分有机混合物。2014年，刘焕新、王志华等人深入研究了后段等离子体刻蚀的污染和清洗技术，如图1所示，在“局部电介质层去除”步骤之后，通孔与沟道之中残存的硅、碳和铜元素等副产物，可以用清洗工艺中的水溶性多组分有机主体混合物（溶液A）去除【2】【4】。本文在上述基础之上，研究了刻蚀后带有残存电荷的晶片的铜表面在上述溶液A中的电解情况。图2为铜电解示意图，虚线部分是通孔的区域。如图2所示，等离子体刻蚀后铜线表面有部分电荷残存，在后续溶液清洗过程后，会观察到严重的铜损耗。为进一步验证清洗工艺过程造成铜损耗的原因，在之前实验的基础上，采用另一种清洗溶液(溶液B)（该溶液不易与铜金属发生氧化还原反应,有机物电解液为主体），与上述溶液A对比清洗效果。图3（a）和图（b）分别是溶液A和溶液B清洗工艺后，透射电子显微镜（TEM）对第n层金属和第n 1层金属进行元素分析的结果。比较图（a）和图（b），可以发现图（a）中金属层白色区域（A＇处）明显，表明金属层稀疏，即有严重的铜损耗，铜连线有断路的情况【9】。通过大量实验验证，使用溶液B清洗后铜金属层未出现大面积元素稀疏的情况，且因铜损耗造成的产品良率降低也未发生，由此可判断，铜损耗的主要原因是晶片表面有残存电荷，而溶液B不易与铜金属发生氧化还原反应。但因溶液B对硅、碳和铜元素残存物清洗能力较弱，且对金属层两侧电介质层有破坏性的工艺限制（使K值升高），所以无实际应用意义。在满足清洗工艺的前提下，本文通过优化刻蚀后去静电过程，来减少残存电荷，增加刻蚀工艺的可靠性。 |
