《华林科纳-半导体工艺》金属蚀刻残留物对蚀刻均匀性的影响

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：金属蚀刻残留物对蚀刻均匀性的影响

编号：JFKJ-21-665

作者：华林科纳

摘要

等离子体蚀刻工艺的均匀性和晶片到晶片的再现性通常与等离子体蚀刻室壁的调节有关。对于先进的互补金属氧化物半导体制造，使用了许多金属，这些金属可能在蚀刻过程中沉积在室壁上，并且由于这些金属不总是容易去除，因此会发生工艺不稳定。这是因为室壁上原子种类的复合在一定程度上决定了等离子体的组成。因此，本文研究了金属蚀刻残留物，特别是钛和钽残留物对等离子体成分和均匀性的影响。通过x射线光电子能谱分析所谓的漂浮样品来分析室壁，并且通过光发射光谱法来监测Cl2、HBr、O2和SF6等离子体中Cl、Br、O和F的密度。通过测量300毫米硅片上的蚀刻速率来检查等离子体均匀性。发现氯和溴在金属上的复合概率与在阳极氧化铝上的复合概率相似。然而，氟和氧的复合受到金属残留物的强烈影响。因此，对于基于氟和氧的等离子体，金属残留物显示出对等离子体均匀性有影响。中的蚀刻速率均匀性。

介绍

为了制造最先进的互补金属氧化物半导体器件，需要开发高精度蚀刻工艺。需要蚀刻的结构尺寸小于几十纳米，并且在300毫米晶片上蚀刻数百万个特征的目标线宽的偏差公差仅为几纳米。这通常需要增加蚀刻步骤和增加蚀刻工艺的复杂性。复合是如此有效，以至于对于某些等离子体物质来说，它变成了比泵送这些物质大得多的损耗机制，因此它对等离子体中的总物质密度有显著的影响。此外，除了整体物种密度之外等离子体中蚀刻物质的均匀性会受到损害。然而，如今随着新材料(主要是金属)的引入，除了硅或碳之外，在蚀刻室壁上可以形成更多种类的沉积物。这些沉积物每一种都需要特殊的清洁化学物质或策略，因此评估金属沉积物(如钛或钽)对不同蚀刻等离子体的影响被认为是重要的。特别关注钽沉积物，因为在标准的无晶片自动清洗工艺SF6氧气中，稳定的氧化钽不会从室壁上去除。因此钽沉积物是最容易影响蚀刻室再现性的物质之一。

实验

针对两种实验，分析了等离子体刻蚀室中刻蚀物质的均匀性。在第一种方法中，在基于SF6的等离子体中，非晶硅的掩蔽层被蚀刻，暴露面积为3%。在第二组实验中，在基于O2的等离子体中横向蚀刻修整约80纳米宽的光致抗蚀剂线。

结果

结果分为三部分。首先，结果显示了蚀刻室壁的成分，通过XPS对清洁壁和预污染壁进行了测量。其次，讨论了室壁成分对物种密度的影响。这些数据基于标准化的光发射光谱测量。最后，结果显示了腔室壁成分对基于SF6和基于O2的等离子体的均匀性的影响。

总结

本文研究了室壁成分对刻蚀速率均匀性的影响。重点放在金属污染对等离子体均匀性的影响，因为一些金属如氧化钽不容易用标准清洗工艺从室壁上去除。一般来说，具有低复合概率的反应器壁将在整个反应器中产生最均匀的中性粒子分布。对于氯和溴，与阳极氧化铝相比，观察到钛和钽氧化物上类似的复合概率。对于氟和氧，与阳极氧化铝相比，我们分别观察到金属氧化物的复合概率较低和较高。因此，金属蚀刻残留物会影响氟和氧基等离子体中的蚀刻速率均匀性。