Що таке травлення алюмінієвого килимка?

Алюміній і алюмінієві сплави, як сполучні матеріали для мікросхем, широко використовуються у виробництві мідних з’єднань як логічного основного процесу. Алюмінієва прокладка зазвичай товща, вище 1 мкм або навіть до 6 мкм, а товщина фоторезисту на верхньому шарі зазвичай в 1~1,5 рази більша, ніж у алюмінію, розмір більший, а травлення відносно просте. Структура покриття алюмінієвої подушечки попередньо{6}} та після-травлення включає фоторезист, алюмінієвий шар і основний матеріал, який передбачає видалення алюмінієвого шару та створення бажаного малюнка.

Етапи та параметри процесу травлення

Травлення алюмінієвої подушечки зазвичай виконується в камері LAM-2300-Versys-Metal, а стандартні травильні гази включають BCl₃ і полімерний газ CH4. Процес травлення в основному поділяється на основне травлення (ME) і додаткове травлення (OE), а час основного етапу травлення контролюється кінцевим режимом виявлення сигналу алюмінію. Скануюча електронна мікроскопія (SEM) використовується для контролю форми алюмінієвих ліній і бічних стінок алюмінієвих прокладок.

Крім того, травлення алюмінієвої прокладки можна розділити на відкритий етап твердої маски (BT), основний етап травлення (ME), перший етап-травлення (OE1) і другий етап-травлення (OE2). Потужність джерела, загальна витрата газу та технологічний тиск кожного етапу збільшуються. На етапі BT використовується велика потужність зсуву та більша частка BCl₃ для бомбардування шару природного оксиду (Al₂O₃) на поверхні витравленого алюмінію. Етап ME в основному збільшує швидкість травлення шляхом збільшення тиску процесу, загальної швидкості потоку газу та потужності джерела. Етап OE1 використовується для травлення залишкового алюмінію та його нижнього шару TiN; На етапі OE2 потужність зсуву та коефіцієнт потоку BCl₃ збільшуються, щоб бомбардувати нижній шар оксиду кремнію.

Проблеми та навантаження в офорті

У процесі розробки логічної технології вузлів 65 нм/90 нм різниця в щільності візерунка створює проблему для процесу травлення, головним чином через макро- та мікронавантаження травлення. Макроскопічне навантаження пов’язане з різними корозійними вікнами пропускання (TR) фоторезисту після травлення алюмінієвої подушечки, тоді як мікроскопічне навантаження пов’язане з морфологічним навантаженням між алюмінієвим дротом (щільним) і алюмінієвим прокладкою (розрідженим). Низький коефіцієнт пропускання створює більше полімеру при травленні, захищаючи алюмінієву бокову стінку, але посилюючи ефекти мікронавантаження, що призводить до непостійного опору з’єднання.

Коефіцієнт пропускання має сильну лінійну залежність від часу закінчення травлення, і чим вищий коефіцієнт пропускання, тим довший час закінчення травлення і тим серйозніший корозійний дефект. Немає корозійних дефектів, коли коефіцієнт пропускання нижче 70%, тоді як швидкість потоку CH₄ потрібно оптимізувати, щоб компенсувати відсутність полімеру у випадку високого коефіцієнта пропускання.

 

Оптимізація процесу та вибір газу

Щоб збалансувати вплив макро- та мікронавантаження, потрібно оптимізувати комбінацію коефіцієнта пропускання та швидкості потоку CH₄. Збільшення швидкості потоку CH₄ компенсує відсутність полімеру при високому коефіцієнті пропускання, але занадто висока швидкість потоку може призвести до утворення занадто великої кількості полімеру бічної стінки, який адсорбує хлорид і поглинає вологу, викликаючи корозійні дефекти. Експерименти показують, що швидкість потоку CH₄ T достатня для пропускання менше 70%. Для випадку пропускання 96,2% швидкість потоку CH₄ оптимізовано до 2,5T.

Під впливом мікро-навантаження алюмінієвого дроту та алюмінієвої прокладки в області алюмінієвого дроту більше полімерів, а бічні стінки більш звужені. Бокові стінки алюмінієвих накладок схильні до корозії через відсутність полімерного захисту. Шляхом регулювання потужності зміщення та газового співвідношення BCl₃ можна оптимізувати умови осадження полімеру, що призведе до більш крутих і прямих бічних стінок алюмінієвого дроту та зменшення залишків.

Порівняння різних захисних газів показало, що бічні стінки були шорсткими, дефектними та легко піддавалися корозії при використанні N₂ і CHF3. При використанні CH₄ морфологія корозії краща, і менше дефектів і корозії.

Поширені проблеми та рішення

Поширені проблеми з травленням алюмінієвої подушечки включають шорсткі алюмінієві бічні стінки та аномальну морфологію трави в нижній частині після травлення. Шорсткість бічної стінки в основному спричинена нечистим видаленням полімеру бічної стінки або нерівномірним накопиченням полімеру під час процесу травлення, що можна вирішити шляхом регулювання середовища генерування полімеру бічної стінки або зменшення полімеру, наприклад додавання He до розчину під час процесу травлення або збільшення швидкості потоку Cl₂. Трав’яниста-морфологія в нижній частині здебільшого пов’язана з тим, що верхня частина глинозему не протравлена ​​дочиста, що відіграє роль у захисті маски в процесі травлення алюмінію, і рішення, як правило, полягає у збільшенні інтенсивності та тривалості поетапного травлення BT для повного травлення природного оксидного шару на поверхні.

Технологія травлення алюмінієвих подушок вимагає комплексного регулювання коефіцієнта пропускання, швидкості потоку газу, параметрів потужності та синхронізації кроків, щоб впоратися з проблемами навантаження, спричиненими змінами щільності візерунка, забезпечуючи захист бічних стінок і якість травлення. Завдяки оптимізації умов процесу та вибору газу можна ефективно зменшити кількість дефектів і підвищити надійність і послідовність виробництва мікросхем.