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關(guān)鍵詞： 超臨界 CO2、光刻膠剝離、NEMS、二氧化硅蝕刻

介紹

隨著半導(dǎo)體器件不斷縮小并變得更快，將需要新的材料和工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)這一進(jìn)步。

已經(jīng)提出基于超臨界 CO2 (SCCO2) 的技術(shù)用于器件制造的各個(gè)步驟，例如清潔和沉積。SCCO2 擴(kuò)散迅速、粘度低、表面張力接近于氣體，因此可以輕松滲透到深溝槽和通孔中。它還可以在沒(méi)有圖案塌陷或粘滯的情況下進(jìn)行清潔。SCCO2 具有液體的溶劑化特性，因此可以溶解醇類和氟化烴等化學(xué)物質(zhì)，形成均質(zhì)的超臨界流體溶液。

已經(jīng)研究了基于 SCCO2 的工藝，因?yàn)樗哂袆冸x光刻膠殘留物的潛力（由于它與低 k 材料的兼容性）[1] 并且因?yàn)樗梢曰謴?fù)低 k 材料的 k 值以進(jìn)行 Cu/低 k 集成在生產(chǎn)線的后端 (BEOL) [2]。SCCO2 在超低 k 材料加工中的應(yīng)用是一項(xiàng)很有前景的未來(lái)技術(shù)。

在本文中，我們首先回顧了 SCCO2 在 BEOL 中的各種應(yīng)用，然后展示了超臨界 CO2 在半導(dǎo)體和納米電子器件制造中針對(duì)生產(chǎn)線前端 (FEOL) 的幾種應(yīng)用。

SCCO2 在 BEOL 中的應(yīng)用

圖 1 顯示了典型通孔開(kāi)孔工藝的橫截面示意圖。用光刻膠圖案化的低 k 膜通過(guò) RIE 蝕刻，然后進(jìn)行等離子灰化和濕法清洗。等離子灰化和濕法清潔會(huì)損壞低 k 膜，并且在低 k 膜的側(cè)壁上形成聚合物殘留物。然后通過(guò)RIE蝕刻銅布線上的蝕刻停止層以暴露銅布線。在這種突破性蝕刻過(guò)程中，化學(xué)副產(chǎn)品會(huì)留在銅表面。RIE中濺射的銅也可以沉積在low-k膜的側(cè)壁上，氧化過(guò)孔底部的銅。

光刻膠條

通過(guò)添加共溶劑，SCCO2 可用于剝離低 k 膜上的蝕刻后光刻膠。我們已經(jīng)成功地證明了通過(guò)選擇合適的化學(xué)添加劑在 CVD SiOC 低 k 膜 (k=2.5) 上剝離蝕刻后光刻膠，而不改變低 k 膜的結(jié)構(gòu)和介電常數(shù) [1]。具有 0.15 至 0.18 mm 直徑通孔的樣品晶片用含有 10 vol.% 共溶劑和少量其他化學(xué)添加劑的超臨界 CO2 在 50 oC、19.3 MPa 下處理 15 分鐘。圖 2 顯示了在含有共溶劑和化學(xué)添加劑的超臨界 CO2 中處理之前/之后蝕刻后通孔結(jié)構(gòu)的 SEM 圖像。光刻膠在超臨界 CO2 中完全剝離。

銅面清潔

目前，在蝕刻停止層（ESL）突破后，采用濕法清潔來(lái)清潔銅表面。隨著介電常數(shù)較低的多孔膜的引入，濕化學(xué)中低 k 膜的吸濕性變得至關(guān)重要。另一方面，已經(jīng)研究了諸如原子氫 [10] 和 hfac（六氟乙酰丙酮）氣體之類的干法技術(shù)來(lái)減少或去除氧化銅 。然而，由于這些氣體的高反應(yīng)選擇性和低物理力，這些技術(shù)不能去除不均勻的固體殘留物。

離子注入光刻膠的剝離

用于 32 納米節(jié)點(diǎn)及以上節(jié)點(diǎn)的高級(jí) CMOS 器件需要高驅(qū)動(dòng)電流和超淺結(jié)，以滿足速度和靜態(tài)泄漏所需的電路規(guī)范。在剝離用于制造源極/漏極擴(kuò)展的光刻膠時(shí)，必須找到減少結(jié)輪廓對(duì)硅凹陷程度和摻雜劑消耗的影響的方法。離子 - 例如砷、磷和硼 - 使用光刻膠掩模以各種劑量水平注入多次以形成源/漏擴(kuò)展。

去除犧牲 SiO2 層

在納米機(jī)電系統(tǒng) (NEMS) 中，硅或二氧化硅已被用作制造獨(dú)立結(jié)構(gòu)（如橫梁、懸臂梁和隔膜）的犧牲層。盡管傳統(tǒng)的 HF 水溶液由于具有成本效益而有利于蝕刻二氧化硅犧牲層，但由于水溶液的表面張力產(chǎn)生的應(yīng)力，當(dāng)結(jié)構(gòu)具有在水性蝕刻和隨后的沖洗之后干燥高縱橫比。另一方面，使用蒸氣狀HF的二氧化硅蝕刻必須在高壓和低溫下進(jìn)行以獲得高蝕刻速率。在這種情況下，當(dāng)生成的水凝結(jié)在表面時(shí)，即使是氣態(tài)的 HF 也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)粘在一起。

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