鋁等離子體蝕刻率的限制

引言

隨著集成電路互連線的寬度和間距接近3pm，鋁和鋁合金的等離子體蝕刻變得更有必要。為了防止蝕刻掩模下的橫向蝕刻，我們需要一個(gè)側(cè)壁鈍化機(jī)制。盡管AlCl和AlBr都具有可觀的蒸氣壓，但大多數(shù)鋁蝕刻的研究都使用Cl基蝕刻化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)在等離子體放電中分解時(shí)，CCl為還原物質(zhì)提供了來源，并用于去除表面氧化物和Cl，與下面的Al反應(yīng)。

最近一項(xiàng)通過He-BC13-C12-CHC13的化學(xué)方法對鋁蝕刻的研究表明，鋁蝕刻速率隨著氯氣流的增加而增加，并且對施加的射頻功率不敏感。英思特利用BClr CI2、SiClr C12和He-SiClClcCl2的化學(xué)方法，研究了純Al薄膜的等離子體蝕刻率行為。

實(shí)驗(yàn)與討論

本研究中使用的不銹鋼腔室直徑30厘米，高22厘米，蝕刻的切片位于較低的射頻供電電極上。兩個(gè)電極直徑15厘米，由6061硬質(zhì)陽極氧化鋁構(gòu)成。工藝氣體通過頂部“淋浴頭”模式的接地電極進(jìn)入。電極間距為4 cm，電極溫度均保持在40℃。使用針閥調(diào)整流速，并從隔離室的壓力上升速率中確定。工藝壓力使用節(jié)流閥進(jìn)行控制，并使用電容壓力計(jì)進(jìn)行測量。

圖1中看到的鋁蝕刻速率和電壓(即離子能量)之間的密切相關(guān)性與等離子體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果形成對比，后者發(fā)現(xiàn)鋁蝕刻速率與離子轟擊能量無關(guān)。這種明顯不一致的原因在于是否存在蝕刻殘留物。等離子體束實(shí)驗(yàn)使用純氯氣等離子體，不可能去除掩模殘余物。

圖1：AI蝕刻率，射頻峰峰電壓，發(fā)展降壓與總壓碳化硅

我們發(fā)現(xiàn)，總氣體流量超過200sccm導(dǎo)致了鋁蝕刻過程中Cl2消耗的問題。假設(shè)氯氣在AI上的粘附系數(shù)統(tǒng)一，最大可能的蝕刻速率等于2/3 ，Cl通量與氯氣分壓成正比。對于P（CI2）= 30fl，我們計(jì)算出最大的鋁蝕刻率為5X105A/min。參見圖2顯示，測量的蝕刻速率僅為1.5X104A/min。最大可能的蝕刻速率和實(shí)際蝕刻速率之間的差異系數(shù)為30，這進(jìn)一步證實(shí)了我們的假設(shè)，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果是無載荷蝕刻條件的特征。

圖2

結(jié)論

英思特通過使用蝕刻化學(xué)物質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究表明，Al的等離子體蝕刻速率由兩個(gè)因素決定:(1)蝕刻表面上形成的殘余物（例如si的濃度），(2)CI2的沖擊通量增加了離子的能量，從而在蝕刻表面減少了這些掩模殘留物的濃度，從而增加了蝕刻率。這些掩模殘留物的存在，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)可控蝕刻工藝的關(guān)鍵。

江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司主要從事濕法制程設(shè)備，晶圓清潔設(shè)備，RCA清洗機(jī)，KOH腐殖清洗機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)。

審核編輯：湯梓紅