新闻资讯

NEWS

公司动态

业界动态

技术支持

大气等离子清洗机通孔蚀刻工艺参数对关键尺寸、轮廓图形及电性能的影响

关键词：

发布时间：

2020-11-17

大气等离子清洗机通孔蚀刻工艺参数对关键尺寸、轮廓图形及电性能的影响：

典型的铜通孔大气等离子清洗机蚀刻工艺的薄膜材料组成，自下而上依次为蚀刻停止层、层间介电层、硬掩膜层、抗反射涂层和光刻胶组成。

铜通孔蚀刻工艺由底部抗反射层和硬掩膜层蚀刻、主蚀刻、过蚀刻和光刻胶灰化4步组成。底部抗反射层和硬掩膜层蚀刻步骤使用的大气等离子清洗机蚀刻气体为氟基气体和氧气的组合，如CF4、CHF3、O2，共同完成对有机抗反射涂层和硬掩膜层的蚀刻。由于硬掩膜层通常是一种氧化硅材料，用CF4和CHF3共同蚀刻时会产生聚合物，并积累在保护层和层间介电层的侧壁上，如果让聚合物沉积在侧壁上，后续的主蚀刻将把这种不正常的图形传递到通孔的底部，成为一种贯穿通孔的顶部到底部的条纹，增加了通孔侧壁的粗糙度，严重影响了后续电镀铜填充的完整性，并且作为一种缺陷，容易发生电迁移(EM)进而影响电路的可靠性。因此，为避免形成这种条纹，在底部抗反射涂层蚀刻时，必须严格控制聚合物在层间保护层侧壁的沉积。孙武等通过对抗反射层蚀刻工艺参数进行了研究，其中包括大气等离子清洗机CHF3/CF4的蚀刻气体比例、等离子体的功率以及蚀刻工艺时间等，研究结果发现CHF3/CF4的比率越低，产生的条纹越少，这是由于更多的CF4减少了蚀刻气体的C/F比率，因而会减少聚合物的产生。低的等离子体功率将显著改善条纹现象，这是因为低功率可以减少等离体浓度，从而直接降低了聚合物的生成量，同时，功率的降低也减弱了大气等离子清洗机等离子体对光刻胶的物理轰击，继而减少了等离子体中的[C]的含量，从另一个角度减少了聚合物的生成量。此外，更短的蚀刻工艺时间，减少了总的聚合物的量，从而改善了条纹现象。

除此之外，还有一种可形成条纹现象的机理。通孔主蚀刻步骤通常使用高源功率和高偏置功率去蚀刻通孔，高的源功率增加等离子体的浓度，高的偏置功率产生高能的物理轰击，会加速光刻胶的消耗，尤其在图形密集区域，在高偏置功率下，光刻胶的消耗会更快。无论何时，只要在全部的通孔蚀刻工艺结束前，光刻胶消耗殆尽，大气等离子清洗机等离子体将直接轰击层间保护层和层间介电材料。随着光刻胶掩膜的逐渐减少，已经无法良好地保护下层材料时，即导致第二种条纹现象，这种条纹通常仅仅存在于通孔的顶部，差情况时可能发生通孔的桥连。

为避免第二种条纹，需要在主蚀刻步骤中产生更多的聚合物并堆积在光刻胶的表面，以减少光刻胶的损耗，即需要提高对光刻胶的选择比。因此，主蚀刻步骤通常使用C/F比率比较高的、更容易产生聚合物的蚀刻气体，如C4F8、C4F6、CH2F2等，通过对主蚀刻步骤工艺参数的研究，结果表明，CxFy/O2的比率越高，第二种条纹越轻微，这是由于CxFy的增加，将产生大量的聚合物；同时，O2用量的下降，使得反应产生的聚合物被解离、去除的比率会大大减少，这样在光刻胶表面积累的聚合物会不断增加，可以完好地保护介电材料不受到大气等离子清洗机等离子体的轰击或者化学蚀刻，从而避免了第二种条纹现象。此外，低的偏置功率/源功率的比率也可以改善第二种条纹现象，因为偏置功率主要控制的是等离子体中的离子加速度，源功率控制的是等离子体的浓度，较低的偏置功率可以减小离子的轰击能量，而高的源功率将增加大气等离子清洗机等离子体的密度，使得离子自身之间的碰撞比例增加，减弱了等离子体的方向性，同时也减弱了等离子体的物理轰击效果；同时，高的源功率亦分解出更多的[C]，将产生更多的聚合物，堆积在光刻胶表面，保护光刻胶免受等离子体的轰击。因此，更低的偏置功率和更高的源功率是减少第二种条纹的切实可行的方向，但是这种功率配比也带来了缺点，等离子体向下蚀刻的方向性被减弱，会降低通孔过蚀刻的安全工艺窗口。此外，更高的压力相当于增加了等离子体的浓度，也可以在某种程度上减少轰击，改善条纹现象。

大气等离子清洗机通孔蚀刻