鎢刻蝕殘留的改善

1、鎢刻蝕殘留的改善1鴇在集成電路制造中的應用鴇(Tungsten, W)在集成電路制造中常被用來填充接觸孔 (ContactHoles)或金屬層之間的接觸孔(ViaHoles)，以形成 所謂的栓塞(Plug)來連接金屬層與硅或者是不同的金屬層。隨 著集成電路器件特征尺寸的不斷縮小，連線層之間的接觸孔會變 得更小更窄。因為物理氣相淀積(PhysicalVaporDeposition， PVD)鋁不可能用來填充這些狹窄的接觸孔而不產生空洞(Void)。 有空洞的接觸孔會因為接觸孔的金屬橫截面積較小，而引起高的 接觸孔電阻和高密度電流，因而產生過多地熱量進而加快損壞 IC器件。所以就發(fā)展出其他的方法。

2、在這個步驟里使用大的RF 功率，大的SF6流量，以產生高密度的F+離子，這樣便可獲得 較高的刻蝕速率。但是在這個步驟中等離子體對硅片表面的損傷 較大，刻蝕的面內均勻性較差。第二步、根據(jù)EPD(EndPointDetect)停止。當鴇將被刻蝕 完時，F(xiàn)+離子的濃度開始上升，當上升的斜率達到設定值時，這 個步驟停止，進入下一步驟。在這一步驟中RF功率和SF6流量 相對第一步較小，因而刻蝕速率和對硅片表面的損傷都較小。第三步、再刻蝕。第二步結束以后再用與第二步相同的刻蝕 速率繼續(xù)刻蝕一定時間，保證硅片表面的鴇全部被刻蝕干凈。4鴇刻蝕殘留的影響鎢刻蝕殘留通常是指刻蝕后硅片表面仍有大面積的宏觀鎢殘留，殘

3、留區(qū)域的SEM照片如圖1所示。這樣的殘留使接觸孔仍連接在一起，造成電路短路、失效，情況嚴重時則會導致廢棄硅 片。發(fā)生鎢刻蝕殘留時往往會同時伴隨著部分區(qū)域過刻蝕的現(xiàn) 象，SEM照片如圖2所示。栓塞損失過大而超過規(guī)格時同樣也會 導致廢棄硅片。5鎢刻蝕殘留的原因鎢刻蝕殘留的原因有很多，其中最主要的原因是鎢薄膜淀積 的均勻性和刻蝕速率的均勻性。5.1機械手搬送位置不穩(wěn)定鎢CVD設備的機械手搬送位置不穩(wěn)定，將硅片送入反應腔后 會有位置的偏差，造成硅片在反應腔的加熱器（Heater）上不能 被很好的吸附，背面壓力控制不好，背面氬氣流量偏低，使硅片 表面受熱不均勻，導致淀積的鎢薄膜厚度均勻性差，刻蝕后會產

4、生殘留。5.2機械手搬送位置不佳鎢CVD設備的機械手搬送速度過快，將硅片送入反應腔后也 會引起有位置的偏差。鎢CVD設備的機械手搬送位置不準確，會 造成機械手將硅片放入反應腔的位置有偏差，嚴重時硅片會擱置 在HEATER邊緣的PURGERING上。由于purgering溫度較低，因 而該位置的鎢薄膜厚度會較薄，從而導致淀積的鎢薄膜厚度均勻 性變差，刻蝕后會產生W殘留現(xiàn)象。5.3加熱器表面狀態(tài)不好或加熱不均勻加熱器表面狀態(tài)不好，不平整、太粗糙，也會使硅片在反應 腔的加熱器上不能被很好的吸附，導致淀積的鎢薄膜厚度均勻性 差，刻蝕后產生鎢的殘留現(xiàn)象。加熱器加熱不均勻，會造成局部 溫度異常，從而影響W

5、的生長，影響均勻性，刻蝕后造成局部過 刻。5.4 Throttlevalve 狀態(tài)不良W生長工藝腔通過Throttlevalve來控制壓力。Throttlevalve是通過馬達控制閥體的開度，從而控制腔體的壓 力?？刂品磻粌葔毫Φ腡hrottlevalve阻尼過大、反應慢，也 會使背面氬氣流量偏低，導致淀積的鎢薄膜厚度均勻性變差，刻 蝕后造成殘留。5.5鎢薄膜均勻性不好硅片上的鎢薄膜中間厚周邊薄，而鎢刻蝕設備的刻蝕速率是 周邊比中間快，兩種情況疊加起來就會造成中間有鎢刻蝕殘留。5.6鎢生長模式影響鎢薄膜成長有去邊模式（CMP模式）和不去邊模式（Naomal 模式）。去邊模式邊緣區(qū)域沒有鎢薄膜

6、，直到1.6mm處鎢薄膜厚 度才和不去邊模式的相當；而不去邊模式的邊緣鎢薄膜厚度和中 間相同。亥I蝕鎢時，周邊的刻蝕速率比中間快，再加上不去邊模 式邊緣沒有鎢薄膜，TiN薄膜直接暴露在外面，所以去邊模式比 不去邊模式更容易邊緣過刻，中間殘留。而且去邊模式的鎢刻蝕速率比不去邊模式的鎢刻蝕速率快8%-14%。因此對于鎢回刻工藝來說，鎢薄膜成長的去邊模式相對于不去邊模式Margin縮小 了。5.7鎢刻蝕不充分鎢刻蝕是將endpoint檢查點裝在刻蝕腔的邊緣。當邊緣的 鎢被刻蝕干凈時endpoint就會檢測到，但是由于硅片中間的刻 蝕速率比邊緣慢，所以這時中間的鎢還沒有被完全刻蝕干凈，還 需要一個再刻

7、蝕(overetch)的步驟。如果再刻蝕時間不充分， 則中間仍會有W殘留。但是再刻蝕的時間也不能太長，否則邊緣 會有過大的插塞損失。所以再刻蝕時間要調整在既不存在鎢殘 留，也不造成過大的插塞損失的適當范圍內。5.8切換溫度的影響鎢薄膜生長溫度根據(jù)不同的工藝需要可分為425C、450C 和475C。當兩批采用不同鎢淀積溫度的產品需要在一個機臺作 業(yè)時，需要機臺由一個溫度切換為另一個溫度。由于剛切換后溫 度不是很穩(wěn)定，會造成切換溫度后作業(yè)的那批產品有鎢刻蝕殘 留。6鎢刻蝕殘留的改善根據(jù)以上的可能原因，我們提出了以下的改善方案：(1)監(jiān)控鎢CVD設備的機械手搬送位置的穩(wěn)定性，定期對 機械手進行hom

8、e。Home就是讓機械手找到homesensor，回到 homesensor位置處。如果機械手位置有偏移就需要確認機械手零點位置。方法是讓機械手找到HOME位置后，回到零點位置， 用專門的工具確認機械手零點，如果零點有偏差，那么就要進行 調整。如果還不能解決機械手不穩(wěn)定的問題，就需要對機械手進 行大修，更換換新的機械手和馬達。（2）降低鎢CVD設備的機械手的搬送速度。一定要確認好機械手送硅片進工藝腔的 位置，為可靠起見，一般需要兩個人共同確認搬送位置。在工藝 腔進行定期維護后，要在高溫下進行機械手送硅片進工藝腔的位 置調整，盡量減少誤差，保證硅片放在工藝腔加熱器的中間位置。（3）發(fā)現(xiàn)加熱器表面

9、粗糙或溫度不均勻，對加熱器進行研 磨，改善加熱器表面狀況。若加熱器表面惡化則更換新的加熱器。（4）定期對Throttlevalve進行檢查，一旦阻尼過大的話， 對閥進行清潔處理，或進行檢修，以改善Throttlevalve的狀況。（5）由于鎢刻蝕設備很難改變刻蝕速率周邊比中間快的特 性，經研究發(fā)現(xiàn)，只有適當?shù)膶㈡u薄膜調整為周邊比中間膜厚厚 一些，可以改善鎢刻蝕的殘留現(xiàn)象。（6）鎢回刻蝕工藝的產品盡量不在去邊模式的鎢CVD設備 作業(yè)，而在沒有去邊的設備作業(yè)。（7）在保障插塞在規(guī)范內的前提下，增加再刻蝕時間。在 每個產品上做過刻蝕時間的實驗，找出最佳的過刻蝕時間，并且 確認好每個過刻蝕時間有2秒鐘的余量（margin）。（8）在做溫度切換前先做25枚切換溫度的假片，溫度穩(wěn)定 后再做產品。在生產監(jiān)視控制系統(tǒng)GPC中增加監(jiān)視溫度的項目。使用軟件來監(jiān)控背壓和背面氬氣流量，及時發(fā)現(xiàn)問題，避免異常 擴大。7結語在華虹宏力，由于鎢刻蝕殘留而導致的廢棄硅片數(shù)占了所有 鎢生長裝置廢棄硅片數(shù)的一半以上，所以如何減少鎢刻蝕殘留現(xiàn) 象的產生對于我們來說是一個挑戰(zhàn)。通過長期的實驗和深入研 究，我們總結了一系列的改善方案并成功的將這些改善方案運用 到生產實踐中，通過這一系列的改善措施后，鎢刻蝕殘留而導致 的產品硅片廢棄有了明顯的減少。鎢刻蝕殘留改善過程是