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文档简介

1、钨刻蚀残留的改善1鸨在集成电路制造中的应用鸨(Tungsten, W)在集成电路制造中常被用来填充接触孔 (ContactHoles)或金属层之间的接触孔(ViaHoles),以形成 所谓的栓塞(Plug)来连接金属层与硅或者是不同的金属层。随 着集成电路器件特征尺寸的不断缩小,连线层之间的接触孔会变 得更小更窄。因为物理气相淀积(PhysicalVaporDeposition, PVD)铝不可能用来填充这些狭窄的接触孔而不产生空洞(Void)。 有空洞的接触孔会因为接触孔的金属横截面积较小,而引起高的 接触孔电阻和高密度电流,因而产生过多地热量进而加快损坏 IC器件。所以就发展出其他的方法。

2、在这个步骤里使用大的RF 功率,大的SF6流量,以产生高密度的F+离子,这样便可获得 较高的刻蚀速率。但是在这个步骤中等离子体对硅片表面的损伤 较大,刻蚀的面内均匀性较差。第二步、根据EPD(EndPointDetect)停止。当鸨将被刻蚀 完时,F+离子的浓度开始上升,当上升的斜率达到设定值时,这 个步骤停止,进入下一步骤。在这一步骤中RF功率和SF6流量 相对第一步较小,因而刻蚀速率和对硅片表面的损伤都较小。第三步、再刻蚀。第二步结束以后再用与第二步相同的刻蚀 速率继续刻蚀一定时间,保证硅片表面的鸨全部被刻蚀干净。4鸨刻蚀残留的影响钨刻蚀残留通常是指刻蚀后硅片表面仍有大面积的宏观钨残留,残

3、留区域的SEM照片如图1所示。这样的残留使接触孔仍连接在一起,造成电路短路、失效,情况严重时则会导致废弃硅 片。发生钨刻蚀残留时往往会同时伴随着部分区域过刻蚀的现 象,SEM照片如图2所示。栓塞损失过大而超过规格时同样也会 导致废弃硅片。5钨刻蚀残留的原因钨刻蚀残留的原因有很多,其中最主要的原因是钨薄膜淀积 的均匀性和刻蚀速率的均匀性。5.1机械手搬送位置不稳定钨CVD设备的机械手搬送位置不稳定,将硅片送入反应腔后 会有位置的偏差,造成硅片在反应腔的加热器(Heater)上不能 被很好的吸附,背面压力控制不好,背面氩气流量偏低,使硅片 表面受热不均匀,导致淀积的钨薄膜厚度均匀性差,刻蚀后会产

4、生残留。5.2机械手搬送位置不佳钨CVD设备的机械手搬送速度过快,将硅片送入反应腔后也 会引起有位置的偏差。钨CVD设备的机械手搬送位置不准确,会 造成机械手将硅片放入反应腔的位置有偏差,严重时硅片会搁置 在HEATER边缘的PURGERING上。由于purgering温度较低,因 而该位置的钨薄膜厚度会较薄,从而导致淀积的钨薄膜厚度均匀 性变差,刻蚀后会产生W残留现象。5.3加热器表面状态不好或加热不均匀加热器表面状态不好,不平整、太粗糙,也会使硅片在反应 腔的加热器上不能被很好的吸附,导致淀积的钨薄膜厚度均匀性 差,刻蚀后产生钨的残留现象。加热器加热不均匀,会造成局部 温度异常,从而影响W

5、的生长,影响均匀性,刻蚀后造成局部过 刻。5.4 Throttlevalve 状态不良W生长工艺腔通过Throttlevalve来控制压力。Throttlevalve是通过马达控制阀体的开度,从而控制腔体的压 力。控制反应腔内压力的Throttlevalve阻尼过大、反应慢,也 会使背面氩气流量偏低,导致淀积的钨薄膜厚度均匀性变差,刻 蚀后造成残留。5.5钨薄膜均匀性不好硅片上的钨薄膜中间厚周边薄,而钨刻蚀设备的刻蚀速率是 周边比中间快,两种情况叠加起来就会造成中间有钨刻蚀残留。5.6钨生长模式影响钨薄膜成长有去边模式(CMP模式)和不去边模式(Naomal 模式)。去边模式边缘区域没有钨薄膜

6、,直到1.6mm处钨薄膜厚 度才和不去边模式的相当;而不去边模式的边缘钨薄膜厚度和中 间相同。亥I蚀钨时,周边的刻蚀速率比中间快,再加上不去边模 式边缘没有钨薄膜,TiN薄膜直接暴露在外面,所以去边模式比 不去边模式更容易边缘过刻,中间残留。而且去边模式的钨刻蚀速率比不去边模式的钨刻蚀速率快8%-14%。因此对于钨回刻工艺来说,钨薄膜成长的去边模式相对于不去边模式Margin缩小 了。5.7钨刻蚀不充分钨刻蚀是将endpoint检查点装在刻蚀腔的边缘。当边缘的 钨被刻蚀干净时endpoint就会检测到,但是由于硅片中间的刻 蚀速率比边缘慢,所以这时中间的钨还没有被完全刻蚀干净,还 需要一个再刻

7、蚀(overetch)的步骤。如果再刻蚀时间不充分, 则中间仍会有W残留。但是再刻蚀的时间也不能太长,否则边缘 会有过大的插塞损失。所以再刻蚀时间要调整在既不存在钨残 留,也不造成过大的插塞损失的适当范围内。5.8切换温度的影响钨薄膜生长温度根据不同的工艺需要可分为425C、450C 和475C。当两批采用不同钨淀积温度的产品需要在一个机台作 业时,需要机台由一个温度切换为另一个温度。由于刚切换后温 度不是很稳定,会造成切换温度后作业的那批产品有钨刻蚀残 留。6钨刻蚀残留的改善根据以上的可能原因,我们提出了以下的改善方案:(1)监控钨CVD设备的机械手搬送位置的稳定性,定期对 机械手进行hom

8、e。Home就是让机械手找到homesensor,回到 homesensor位置处。如果机械手位置有偏移就需要确认机械手零点位置。方法是让机械手找到HOME位置后,回到零点位置, 用专门的工具确认机械手零点,如果零点有偏差,那么就要进行 调整。如果还不能解决机械手不稳定的问题,就需要对机械手进 行大修,更换换新的机械手和马达。(2)降低钨CVD设备的机械手的搬送速度。一定要确认好机械手送硅片进工艺腔的 位置,为可靠起见,一般需要两个人共同确认搬送位置。在工艺 腔进行定期维护后,要在高温下进行机械手送硅片进工艺腔的位 置调整,尽量减少误差,保证硅片放在工艺腔加热器的中间位置。(3)发现加热器表面

9、粗糙或温度不均匀,对加热器进行研 磨,改善加热器表面状况。若加热器表面恶化则更换新的加热器。(4)定期对Throttlevalve进行检查,一旦阻尼过大的话, 对阀进行清洁处理,或进行检修,以改善Throttlevalve的状况。(5)由于钨刻蚀设备很难改变刻蚀速率周边比中间快的特 性,经研究发现,只有适当的将钨薄膜调整为周边比中间膜厚厚 一些,可以改善钨刻蚀的残留现象。(6)钨回刻蚀工艺的产品尽量不在去边模式的钨CVD设备 作业,而在没有去边的设备作业。(7)在保障插塞在规范内的前提下,增加再刻蚀时间。在 每个产品上做过刻蚀时间的实验,找出最佳的过刻蚀时间,并且 确认好每个过刻蚀时间有2秒钟的余量(margin)。(8)在做温度切换前先做25枚切换温度的假片,温度稳定 后再做产品。在生产监视控制系统GPC中增加监视温度的项目。使用软件来监控背压和背面氩气流量,及时发现问题,避免异常 扩大。7结语在华虹宏力,由于钨刻蚀残留而导致的废弃硅片数占了所有 钨生长装置废弃硅片数的一半以上,所以如何减少钨刻蚀残留现 象的产生对于我们来说是一个挑战。通过长期的实验和深入研 究,我们总结了一系列的改善方案并成功的将这些改善方案运用 到生产实践中,通过这一系列的改善措施后,钨刻蚀残留而导致 的产品硅片废弃有了明显的减少。钨刻蚀残留改善过程是

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