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摘要

? ? ? 等離子體蝕刻工藝的均勻性和晶片到晶片的再現(xiàn)性通常與等離子體蝕刻室壁的調(diào)節(jié)有關(guān)。對(duì)于先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造，使用了許多金屬，這些金屬可能在蝕刻過程中沉積在室壁上，并且由于這些金屬不總是容易去除，因此會(huì)發(fā)生工藝不穩(wěn)定。這是因?yàn)槭冶谏显臃N類的復(fù)合在一定程度上決定了等離子體的組成。因此，本文研究了金屬蝕刻殘留物，特別是鈦和鉭殘留物對(duì)等離子體成分和均勻性的影響。通過x射線光電子能譜分析所謂的漂浮樣品來分析室壁，并且通過光發(fā)射光譜法來監(jiān)測(cè)Cl2、HBr、O2和SF6等離子體中Cl、Br、O和F的密度。通過測(cè)量300毫米硅片上的蝕刻速率來檢查等離子體均勻性。發(fā)現(xiàn)氯和溴在金屬上的復(fù)合概率與在陽極氧化鋁上的復(fù)合概率相似。然而，氟和氧的復(fù)合受到金屬殘留物的強(qiáng)烈影響。因此，對(duì)于基于氟和氧的等離子體，金屬殘留物顯示出對(duì)等離子體均勻性有影響。

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介紹

? ? ? 為了制造最先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件，需要開發(fā)高精度蝕刻工藝。需要蝕刻的結(jié)構(gòu)尺寸小于幾十納米，并且在300毫米晶片上蝕刻數(shù)百萬個(gè)特征的目標(biāo)線寬的偏差公差僅為幾納米。這通常需要增加蝕刻步驟和增加蝕刻工藝的復(fù)雜性。復(fù)合是如此有效，以至于對(duì)于某些等離子體物質(zhì)來說，它變成了比泵送這些物質(zhì)大得多的損耗機(jī)制，因此它對(duì)等離子體中的總物質(zhì)密度有顯著的影響。此外，除了整體物種密度之外等離子體中蝕刻物質(zhì)的均勻性會(huì)受到損害。然而，如今隨著新材料(主要是金屬)的引入，除了硅或碳之外，在蝕刻室壁上可以形成更多種類的沉積物。這些沉積物每一種都需要特殊的清潔化學(xué)物質(zhì)或策略，因此評(píng)估金屬沉積物(如鈦或鉭)對(duì)不同蝕刻等離子體的影響被認(rèn)為是重要的。特別關(guān)注鉭沉積物，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)的無晶片自動(dòng)清洗工藝SF6氧氣中，穩(wěn)定的氧化鉭不會(huì)從室壁上去除。因此鉭沉積物是最容易影響蝕刻室再現(xiàn)性的物質(zhì)之一。

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實(shí)驗(yàn)

? ? ??針對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)，分析了等離子體刻蝕室中刻蝕物質(zhì)的均勻性。在第一種方法中，在基于SF6的等離子體中，非晶硅的掩蔽層被蝕刻，暴露面積為3%。在第二組實(shí)驗(yàn)中，在基于O2的等離子體中橫向蝕刻修整約80納米寬的光致抗蝕劑線。

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圖1?反映不同處理后蝕刻室壁狀況的浮動(dòng)晶圓片的XPS分析

結(jié)果

? ? ? 結(jié)果分為三部分。首先，結(jié)果顯示了蝕刻室壁的成分，通過XPS對(duì)清潔壁和預(yù)污染壁進(jìn)行了測(cè)量。其次，討論了室壁成分對(duì)物種密度的影響。這些數(shù)據(jù)基于標(biāo)準(zhǔn)化的光發(fā)射光譜測(cè)量。最后，結(jié)果顯示了腔室壁成分對(duì)基于SF6和基于O2的等離子體的均勻性的影響。

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圖?2.a在不同蝕刻室壁條件下的相對(duì)Cl808nm強(qiáng)度。b不同蝕刻室壁條件下的相對(duì)Br834nm強(qiáng)度

討論 ?略

總結(jié)

? ? ? 本文研究了室壁成分對(duì)刻蝕速率均勻性的影響。重點(diǎn)放在金屬污染對(duì)等離子體均勻性的影響，因?yàn)橐恍┙饘偃缪趸g不容易用標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝從室壁上去除。一般來說，具有低復(fù)合概率的反應(yīng)器壁將在整個(gè)反應(yīng)器中產(chǎn)生最均勻的中性粒子分布。對(duì)于氯和溴，與陽極氧化鋁相比，觀察到鈦和鉭氧化物上類似的復(fù)合概率。對(duì)于氟和氧，與陽極氧化鋁相比，我們分別觀察到金屬氧化物的復(fù)合概率較低和較高。因此，金屬蝕刻殘留物會(huì)影響氟和氧基等離子體中的蝕刻速率均勻性。

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