金屬蝕刻殘留物對(duì)對(duì)等離子體成分和均勻性的影響

本文研究了金屬蝕刻殘留物，尤其是鈦和鉭殘留物對(duì)等離子體成分和均勻性的影響。通過所謂的漂浮樣品的x射線光電子能譜分析來分析室壁，并且通過光發(fā)射光譜來監(jiān)測(cè)Cl2、HBr、O2和SF6等離子體中的Cl、Br、O和F的密度，測(cè)量300毫米硅片的蝕刻速率來檢查等離子體的均勻性，發(fā)現(xiàn)氯和溴在金屬上的復(fù)合概率與在陽(yáng)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。

在蝕刻任何襯底的過程中，蝕刻副產(chǎn)物會(huì)沉積在反應(yīng)器中，如果沒有適當(dāng)?shù)那鍧嵅呗?，這些沉積物會(huì)影響隨后的蝕刻過程，為了在實(shí)驗(yàn)中模擬這些副產(chǎn)物的沉積，用高偏壓功率inCl2 /HBr/O2等離子體蝕刻晶片，圖1中分別示出了未經(jīng)等離子體處理的晶片、SF6 /O2等離子體后的清潔室、涂有SiO2的室、被鈦污染的室和被鉭污染的室的XPS結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)是在不同壓力下進(jìn)行的，但目的不是比較不同壓力下的結(jié)果，因?yàn)榈入x子體的電子溫度隨壓力變化，OES結(jié)果可能不可靠，因此，當(dāng)蝕刻室壁改變時(shí)，數(shù)據(jù)反映了物種密度的差異，Cl2和HBr等離子體中Cl和Br密度的結(jié)果如圖2所示。

從這些圖中可以發(fā)現(xiàn)，氯和溴在復(fù)合方面表現(xiàn)出相似的行為，此外，當(dāng)金屬沉積在腔室中時(shí)，Cl和Br物種密度似乎幾乎不受影響。在繪制了O2和F6等離子體的相對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)中，對(duì)于SF6等離子體，沒有提供二氧化硅涂覆室的數(shù)據(jù)，因?yàn)榉徛g刻二氧化硅，所以發(fā)射光譜中的強(qiáng)度差異不可能僅與復(fù)合有關(guān)。當(dāng)金屬如鈦和鉭沉積在腔壁上時(shí)，氧和氟的復(fù)合似乎確實(shí)發(fā)生了顯著的變化，當(dāng)有金屬存在時(shí)，氟的密度增加，而當(dāng)有金屬污染時(shí)，氧的密度降低，這意味著金屬沉積物在壁上產(chǎn)生了使氟的復(fù)合率減少，并增加了氧的復(fù)合率。

在圖4中，顯示了清潔和鉭污染蝕刻室的六氟化硫等離子體中非晶硅的蝕刻速率，從圖4中還可以清楚地看到室壁對(duì)等離子體均勻性的影響，在清潔室中，蝕刻速率在中心-高蝕刻速率中較高，而對(duì)于鉭污染室，可以觀察到中心-低蝕刻速率。令人驚訝的是，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的整體均勻性幾乎相同。

在O2等離子體中橫向蝕刻或修整80 nm光致抗蝕劑線，可以在干凈的和被鉭污染的室內(nèi)完成，潔凈室中的總微調(diào)率要高得多，在這兩種情況下，都觀察到中間高的修整率，但是在潔凈室條件下獲得了更好的均勻性，以秒計(jì)。

晶片上基團(tuán)的不均勻性可能源于不同的現(xiàn)象，然而基本上它總是起源于這樣一個(gè)事實(shí)，即自由基在反應(yīng)器中沒有均勻地產(chǎn)生或消失，中性氣體被注入反應(yīng)器的中心，并通過電子碰撞離解而離解，分子也可以通過原子的重組在反應(yīng)器壁上產(chǎn)生。

因此，中性粒子在等離子體中的均勻性將取決于中性分子從入口或壁注入等離子體的速度，以及原子和分子在等離子體中擴(kuò)散以補(bǔ)償濃度梯度的速度，對(duì)于質(zhì)量大、直徑大的分子和高壓過程，擴(kuò)散較慢，因此，低壓過程應(yīng)該具有最均勻的中性分布，當(dāng)需要高氣流時(shí)，這必然會(huì)導(dǎo)致中心低的蝕刻速率分布，尤其是含有重分子的氣體，如SF6。氣體以高速射向晶片，不會(huì)因擴(kuò)散而分解或混合，這個(gè)問題的解決方案是調(diào)節(jié)氣體的注入，例如，通過在反應(yīng)器的邊緣注入一部分氣體。

對(duì)于鉭污染室中的SF6等離子體，觀察到中心低的蝕刻速率，從標(biāo)準(zhǔn)化的OES數(shù)據(jù)中，了解到氟在鉭上具有低復(fù)合概率，因此在室壁上損失的氟更少，這應(yīng)該提供最均勻的過程，通過中心注入的“重”SF6在到達(dá)鍋爐時(shí)不能很好地混合，結(jié)果是中心低蝕刻速率，在潔凈室中，復(fù)合概率更高，并且中心注入的效果被完全抵消，這導(dǎo)致中心高蝕刻速率，這對(duì)于具有高復(fù)合概率的壁的反應(yīng)器來說是典型的，在O2等離子體的情況下，沒有觀察到氣體注入的影響，可能是因?yàn)镺2分子的質(zhì)量較小。

本文研究了室壁成分對(duì)刻蝕速率均勻性的影響。特別關(guān)注金屬污染對(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)堆壁將在整個(gè)反應(yīng)堆中產(chǎn)生最均勻的中性粒子分布，對(duì)于氯和溴，與陽(yáng)極氧化鋁相比，在鈦和鉭氧化物上觀察到類似的復(fù)合概率，對(duì)于氟和氧，我們觀察到，與陽(yáng)極氧化鋁相比，金屬氧化物的再結(jié)合幾率分別較低和較高，因此，金屬蝕刻殘留物會(huì)影響氟基和氧基等離子體中的蝕刻速率均勻性。

　審核編輯：湯梓紅