半导体工艺之介电蚀刻工艺中等离子体的蚀刻处理

摘要

本文主要研究了从接触刻蚀、沟槽刻蚀到一体刻蚀的介质刻蚀工艺中的刻蚀后处理。优化正电子发射断层扫描步骤，不仅可以有效地去除蚀刻过程中在接触通孔的侧壁底部形成的副产物，还可以消除包含特征的蚀刻金属的表面腐蚀。此外，我们还利用聚对苯二甲酸乙二 醇酯(PET)通过将薄膜从亲水改性为疏水来修复低k损伤和防止薄膜表面氧化膜的形成，特别是对于低k、超低k介电工艺。结果表明，聚酯在可靠性性能方面的实际效果高度依赖于特定的蚀刻配方、湿法清洗条件和生产线后端(BEOL)的衬底材料。我们还讨论了预蚀刻处理，以有效降低接触蚀刻中光刻胶浮渣的影响。简而言之，基于等离子体的蚀刻处理对于延长收紧的工艺窗口余量是必要的。

介绍

先进的互补金属氧化物半导体技术的持续扩展推动了BEOL对前端线(FEOL)NiSi和低k电介质/铜金属化的需求，以减少RC延迟。NiSi被广 泛用作65纳米和40纳米技术节点上器件的金属触点。与其他硅化物相比，NiSi具 有更低的电阻和更低的硅消耗。然而，NiSi更容易 被氧化。在接触刻蚀过程中以及湿法刻蚀之前的排队时间内，由于接触孔暴露在空气中，可能会在NiSi表面形成一层自然氧化层。这将导致更高的接触电阻。同时，由于长时间暴露于空气中的湿气，接触孔底部的蚀刻副产物变得太粘而不能用湿清洁法去除。尽管积极的湿法清洗I艺可以去除NiSi表面的氧化层，但它往往会影响接触孔轮廓，从而降低可靠性性能。NiSi的氧化机理与接触O+ 02或纯02分子的NiSi表面完全不同。因此，我们提供了一个强大的解决方案，通过聚酯结合软湿清洁工艺来去除蚀刻副产物，同时防止Nisi界面被氧化。

实验和讨论

A.接触刻蚀工艺中刻蚀处理工艺的评估

湿法清洁工艺是传统的硫酸加SC1工艺,用于聚合物去除和颗粒减少。成品率故障位计数被选择作为评估等离子体蚀刻处理对干蚀刻和湿清洁工艺之间的排队时间延迟的影响的标准。本节研究了聚酯的”氧化" 和“还原” 过程。低温(< 50°C) CCP(电容耦合等离子体)反应器和高温。分别采用(300°C)远程等离子体ICP(电感耦合等离子体)反应器评价氧化和还原PET的影响。氧化聚对苯二甲酸乙二酯因其活性氧自由基能有效去除蚀刻副产物。然而，与O2远程等离子体相比，CC02 PET提供了更好的故障位计数性能。图2是上述性能差异的可能机制示意图。到目前为止,氧化聚酯和还原聚酯在平衡聚合物去除和排队时间的工艺窗口增强方面都有弱点。

B.超低介电常数介质制造中的刻蚀处理I艺评估

在这项工作中，金属硬掩模为基础的一体化低k蚀刻工艺进行了检查。低k介电工艺中的湿法清洗始终是柔软的，以避免对低k介电膜和/或铜的可能损坏。也就是说，从蚀刻副产物去除的角度来看，PET在低k基BEOL势在必行，以弥补弱清洁的弱点。二氧化碳聚对苯二甲酸乙二 醇酯曾被泛用于低钾材料的制造

图6显示，N2/H2条件仅比纯N2PET条件稍差。原因是从干燥蚀刻-湿清洁到金属化的排队时间严格控制在1小时以内。如果我们故意使干蚀刻湿清洁和金属化之间的队列时间延迟超过3小时，纯N2PET提供的性能比N2/H2PET提供的性能更好。

我们选择N2 PET来检查应力迁移可靠性性能。结果表明，与没有聚醋性能的相同蚀刻相比，N2聚酯可以将SM可靠性提高30%。铜界面微结构质量是影响SM性能的关键因素。干法刻蚀工艺后，由温和的湿法清洗，一些微小的刻蚀副产物残留物总是残留在界面上。 由于残留物非常微小，我们用常温WAT测试也找不到任何异常痕迹。然而，在较高的温度SM和1 68小时烘烤过程中，微小的残留物可能成为空位的种子。当然，CuO残基也可以是空位种子。PVD反应清洁(氢基)也可以提高SM的可靠性。一旦种子空位形成，空位形成速度将变快。如何去除微小残留物是SM可靠性的关键。与CO2和N2H2聚酯相比，纯N2聚酯由于在等离子体中的分解速率较低，因此聚合物去除能力较弱。然而，N2不会氧化铜界面，也不会导致低k亲水性(N2H2 PET)。因此，随着N2聚酯工艺时间的延长，我们可以得到有希望的短消息可靠性结果。

结论

综述了FEOL和BEOL工艺中的等离子体刻蚀处理。在接触刻蚀工艺中，我们比较了CCP和微波等离子体反应器上“氧化”和“还原”PETs的性能。 结果表明，H2基聚酯与较高的温度相结合，可以减少工艺和环境对镍钛表面的影响。此外，提出了IET工艺来显著增强对干蚀刻和湿剥离之间的排队时间延迟的工艺免疫力。在BEOL工艺中，纯N2聚酯被证明比其他聚酯性能优越，因为纯N2能抑制水分吸附，在超低k孔中形成硅氮碳氨氢键。Si-OH键的形成被认为是超低k降解的根本原因。