65纳米铜互连工艺中超厚沟槽刻蚀配方的问题与优化课件.ppt

1,65纳米铜互连工艺中超厚沟槽刻蚀配方的问题与优化,2,目 录,铜互连工艺中的超厚沟槽 超厚沟槽刻蚀工艺的影响因素 超厚沟槽刻蚀配方的优化 总结与展望,3,一. 铜互连工艺中的超厚沟槽,1.1. 铜互连工艺介绍,先通孔(via first)双大马士革工艺流程示意图,沟槽刻蚀后的电子显微镜照片,4,1.2. 超厚沟槽刻蚀工艺,65纳米集成电路生产中，后段铜互连会运用到超厚沟槽工艺（utm, ultra-thick-metal ）。这一工艺应用于最顶层的沟槽（tm, top metal）。其沟槽深度达到33.5微米，远较中间层沟槽（im, inter metal）厚（约为0.3微米）。,2.1微米 光刻胶,0.06微米 sion,3.4微米 sio2,0.12微米 sin,刻蚀前,刻蚀后（阻挡层,sin stop layer未除去）,2.1微米 光刻胶,0.06微米 sion,3.4微米 sio2,0.12微米 sin,5,超厚沟槽刻蚀工艺流程示意图,超厚沟槽的电子显微镜照片,1.2. 超厚沟槽刻蚀工艺,6,二. 超厚沟槽刻蚀工艺的影响因素,2.1.超厚沟槽刻蚀的残留与刻穿现象,正常utm,残留,刻穿,影响超厚沟槽刻蚀工艺的三个因素： 二氧化硅层沉积厚度及刻蚀设备的刻蚀速率对工艺的影响 产品透光率大小对刻蚀工艺的影响 图形线宽大小对工艺的影响,utm,utv,im,注: utv, ultra thick via, 超厚通孔,7,二氧化硅层沉积变厚,刻蚀速率变慢,高透光率,小图形线宽区域,二氧化硅层沉积变薄,刻蚀速率变慢,低透光率,大图形线宽区域,残留,刻穿,切片方向,切片方向示意图（顶视图）,切片方向,切片方向示意图（顶视图）,2.2. 影响超厚沟槽刻蚀工艺的因素,utv,utm,utm,im,8,三. 超厚沟槽刻蚀配方的优化,3.1.新旧版本超厚沟槽刻蚀配方的比较,旧版超厚沟槽刻蚀配方,新版超厚沟槽刻蚀配方,新配方的优化主要包括2个部分： 过刻蚀步骤时间控制模式的优化：由固定时间模式更改为刻蚀终点侦测模式，可以解决薄膜厚度及刻蚀速率浮动的问题，得到相同的工艺结果； 主刻蚀步骤的气体种类的优化：由基于c4f8的配方更改为基于cf4的配方。使用碳氟比较高的气体可以在长时间的刻蚀过程中减少多聚物的沉积；此外，在同样的高透光率条件下，cf4的刻蚀速率会变快，与过刻蚀步骤中c4f6，c4f8的特性相反，这种对透光率互补的特性可以减低透光率变化对刻蚀速率的影响。,刻蚀终点侦测的光谱强度图,9,3.2.新旧版本超厚沟槽刻蚀配方工艺结果的比较,a. 刻蚀深度（etching depth),新版配方的平均刻蚀深度比旧版配方深约3000埃，换算为过刻蚀比率(over etching ratio),旧版配方的比率为14%，而新版配方的比率能够达到约23%。,超厚沟槽刻蚀深度的量测位置,10,3.2.新旧版本超厚沟槽刻蚀配方工艺结果的比较,b. 氮化硅停止层刻蚀损失量（sin loss）,新配方的氮化硅停止层刻蚀损失量能够很好的控制在400至1000埃这个范围以内，即使过刻蚀时间增加或减少50秒, 也不会出现刻穿或残留的问题。说明新配方有足够的工艺窗口（process window）,超厚沟槽氮化硅停止层刻蚀损失量的量测位置,11,3.2.新旧版本超厚沟槽刻蚀配方工艺结果的比较,c. 刻蚀轮廓（profile）,新配方的氮化硅停止层刻蚀损失量能够很好的控制在400至1000埃这个范围以内. 即使过刻蚀时间增加或减少50秒, 也不会出现刻穿或残留的问题。,超厚沟槽刻蚀轮廓,12,3.2.新旧版本超厚沟槽刻蚀配方工艺结果的比较,d. 对不同透光率产品的兼容性,在不同透光率的产品中，新版配方的刻蚀速率变化较小，其对透光率的兼容性更强，从而能够在较大的透光率变化范围内得到相同的工艺结果。,13,四. 总结与展望,超厚沟槽刻蚀工艺由于其自身结构的特点，导致这一工艺对二氧化硅层的沉积厚度，刻蚀速率的变化以及不同产品透光率等影响因素都很敏感，容易诱发如二氧化硅或氮化硅层的残留或刻穿的问题。 而在刻蚀工艺方面解决以上问题，主要的思考方向，首先是通过采用终点侦测的方式来减弱沉积厚度和刻蚀速率变化的影响，其次是对刻蚀气体的种类进行