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300mm干法刻蚀中铝金属腐蚀缺陷优化研究

作　者: 张英男
导　师: 姜国宝
学　校: 复旦大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 铝金属干法蚀刻腐蚀缺陷铝金属工艺流程
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

半导体制造在后段制程金属连线工艺的发展趋势是从铝互连制程转到铜互连制程,铜互连工艺配合10w K材料例如FSG&BD的应用,得以使器件的时间延迟降低到可接受的范围,而且有助于半导体器件的关键尺寸不断缩小。而铝线从最早半导体芯片一直沿用至今,虽然铜线的应用已经有八年历史,而且将来铜线会逐渐增加,铝线会逐渐减少；但是为了和后段封装测试工艺相匹配,铝金属联接还将长期存在而且不可或缺,在这其中,铝金属蚀刻工艺是必不可少的环节。铝金属蚀刻工艺中有两大重要缺陷：铝图案残留和铝金属腐蚀,铝图案残留这种缺陷跟干法刻蚀反映腔体硬件的洁净程度,颗粒多少直接相关,它的危害也是有限的,一般只要不造成两个相邻的铝线金属连接就不会造成良率影响,然而铝金属腐蚀就严重的多,它是铝金属刻蚀工艺的最主要和最难解的缺陷类型,一旦出现铝金属腐蚀,而且曝露在大气中,有空气中的水汽做反应媒介,腐蚀反应就会无休止进行下去,最终会把铝线掏空,表现在宏观上就是可靠性问题。本文讨论的就是在300mm(12英寸)后段铝制程中铝金属蚀刻工艺中碰到的铝金属腐蚀的缺陷,因为本人所在公司主要生产研究90nm及90nm以下的产品,所以本论文是以90nm NROM产品,90nm逻辑产品和45nm逻辑产品为研究对象,寻求以改善干法蚀刻的工艺为主要手段,通过改进整个铝金属工艺流程为辅助手段,有效改善铝金属腐蚀的缺陷的解决方案。在干法蚀刻工艺方面,研究使用甲烷(CH4)来增加侧壁聚合物的钝化程度防止氯和侧壁铝反应,甲烷的最优化流量还和产品的光照透光率,光阻厚度,铝金属层厚度直接相关,所以在90nm存储类产品,90nm逻辑类产品和45nm逻辑类产品采用了各不相同的甲烷流量搭配合适的偏置射频功率才能达到各自的最佳效果。在光刻胶去除工艺中,为了辅助氯的挥发,在90nm逻辑类产品和45nm逻辑类产品中使用了300摄氏度的chamber温度并且在每一步中都加入了400sccm(毫升/分钟)的纯水蒸气用来促进氯的挥发。在90nm存储类产品中,因为单一产品光照透光率很高：98%,用做侧壁聚合物的原反应物的光刻胶较少,所以以正正常的光刻胶去除工艺搭配干法蚀刻后工艺流程的优化就足够了。实验证实,干法蚀刻后的化学清洗使用了表面张力甩干DRYER模式能够使晶圆表面的液体残留降到最低并且在化学清洗后立刻采用250摄氏度的高温烘烤(60s或120s)可以有效促成残留氯的挥发,抑制铝金属腐蚀。这在所有3个实验对象上都有明确的体现,所以最终我们对所有这三类产品全部应用了这种新工艺流程。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
引言  7-9
第一章蚀刻的原理介绍  9-14
  第一节集成电路(IC)及集成电路制造流程简介  9-10
  第二节蚀刻技术概论  10-14
第二章铝金属腐蚀缺陷的现状和改善方案  14-22
  第一节铝金属蚀刻概述  14-15
  第二节铝金属腐蚀现状分析  15-18
  第三节课题研究方向探讨和实施计划  18-21
  第四节课题实施效果和经验总结  21-22
第三章 90nm NROM存储类产品铝金属腐蚀解决方案研究  22-32
  第一节 90nm存储类产品铝刻蚀的基本介绍  22-23
  第二节铝金属蚀刻工艺程式的优化研究-有无甲烷(CH4)的对比  23-26
  第三节铝金属蚀刻工艺程式的优化研究-甲烷CH4流量研究  26-27
  第四节优化铝刻蚀工艺flow的研究  27-32
第四章 90nm逻辑类产品铝金属腐蚀解决方案研究  32-42
  第一节 90nm逻辑类产品铝刻蚀的基本介绍  32
  第二节铝金属蚀刻工艺程式的优化研究-有无甲烷(CH4)的对比  32-34
  第三节 90nm逻辑产品的新问题-聚合物过量的解决方案  34-38
  第四节优化铝刻蚀工艺流程的研究  38-42
第五章 45nm逻辑类产品铝金属蚀刻腐蚀解决方案  42-46
  第一节 45nm逻辑类产品铝刻蚀的基本介绍  42
  第二节铝金属蚀刻工艺程式的优化研究-甲烷(CH4)流量研究  42-44
  第三节改善铝刻蚀工艺流程的实验研究  44-46
第六章总结  46-47
参考文献  47-48
致谢  48-49

300mm干法刻蚀中铝金属腐蚀缺陷优化研究

内容摘要

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