金属蚀刻残留物对蚀刻均匀性的影响

引言

讨论了一种高速率各向异性蚀刻工艺，适用于等离子体一次蚀刻一个晶片。结果表明，蚀刻速率主要取决于Cl浓度，而与用于驱动放电的rf功率无关。几种添加剂用于控制蚀刻过程。加入BCl以开始蚀刻，加入CHCI以控制各向异性。大量的氦有助于光致抗蚀剂的保存。已经进行了支持添加剂作用的参数研究。

高速率各向异性等离子体蚀刻工艺对于提高加工VLSI晶片器件的机器的效率非常重要。这篇论文描述了这样一种用于以高速率(> 5000埃/分钟)蚀刻铝的工艺，并且没有底切，甚至没有过蚀刻。先前已经报道了使用许多含氯化合物的等离子体在平行板反应器中对铝进行各向异性蚀刻的工艺，包括CCL、bcl和CU/BCS混合物(1-7)。然而，据报道，这些蚀刻工艺都没有同时具有高蚀刻速率(> 2500/min)和在过蚀刻过程中没有底切。

铝的蚀刻似乎包括两个过程:天然氧化铝层的去除和铝的蚀刻。据报道，使用BCS有助于去除氧化层，但是单独使用BCS蚀刻铝相对较慢。然而，铜和BCS的混合物:发现以高速率(1.2 p/min)蚀刻铝，但各向同性。各向异性蚀刻可以用这种混合物在高蚀刻速率(4000埃/分钟)下实现，然而，在这种情况下，在过蚀刻期间通常会导致底切。通过添加CHC/3等物质，各向异性蚀刻是可能的。这种添加被认为以类似于用CCLi蚀刻的方式保护侧壁，其中观察到铝的各向异性蚀刻与在蚀刻的铝边缘上形成薄膜相关。在其他系统中也提出了类似的侧壁保护促进各向异性的建议。

结果

铝蚀刻速率的测量是作为铜流速的函数进行的，铜流速随着几个工艺参数的变化而变化:BClz流速、CHC5流速和功率水平。观察到蚀刻速率在较低流速下强烈依赖于CU流速，而在可能发生饱和的较高流速下较弱依赖于CU流速。蚀刻速率对其他工艺参数的依赖性要弱得多。蚀刻速率随着CHC13流速的增加而略微降低，并且与BC*3流速无关。在低流速下，启动时间对bcl有很强的依赖性；然而，在中等流速下，启动时间与流速无关。在暴露于不含BC13的铜放电5分钟后，没有观察到铝蚀刻的开始。蚀刻速率基本上不依赖于rf功率，这与之前使用CCLt (3)的观察结果一致。在开始后，观察到在BC/3/CU的未稀释混合物中，蚀刻以与放电大致相同的蚀刻速率在大至一半的区域上继续进行，而没有放电。在没有排放物存在的情况下，从未观察到整个器皿变干净。这种影响没有详细研究，将在本文后面讨论。使用钢电极或铝电极观察到的蚀刻速率也没有实质性差异。

随着CHC1、流速和r1功率的变化，测量作为CU流速的函数的各向异性

图4。研究铝蚀刻vr所需的时间。BCIg流。其他参数包括:20 seem CU，200 seem He，200 Pa总压，1.75 W/cm*。

所有其他工艺参数保持不变。在每个研究中，观察流速和功率的阈值，高于该阈值将获得垂直剖面，但低于该阈值将发生底切。此外，当功率和CHC13流量增加到该阈值以上时，可以在较高的C/2流量下获得垂直剖面。恒定功率下电极间距的减小增加了各向同性，其方式类似于随着功率增加(恒定电极间距)所看到的；这表明体积功率密度很重要。对于大量的CHCI，放电是不稳定的，具有高强度的局部区域。从一个电极延伸到另一个电极的这些区域占据了大约19%的电极面积，并且发射强度是周围等离子体的10倍。

图6。不同CHCl下50% oYeretch与CU流量的各向异性；j流。其他参数包括:30 sccm C/3流量，250 sccm He流量，T.75 W/cmm，133 Pa压力。

讨论

本文的结果支持了铜等离子体对铝的腐蚀是一种无离子增强的化学反应的观点。这种模型将解释蚀刻速率对rf功率的不敏感性，RF功率影响离子能量和离子通量。这种纯化学反应的概念与在超高真空条件下用铜放电束(11)进行的单独工作是一致的。在该工作中，发现蚀刻速率不仅与o:I离子流量和能量无关，而且与放电的存在无关。然而，需要放电来启动蚀刻，大概是通过去除天然氧化铝表面层。没有明确的化学物种鉴定负责:自发反应已经在这项工作中。然而，蚀刻速率对铜流量的过度依赖和对射频功率的不敏感性.