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1、目录：,简介Metal结构、成分Metal腐蚀工艺常见异常介绍,IC结构:,金属在半导体器件中，主要起导线作用。,Al-1,Al-2,Al-5,STI,PMD,IMD-1,IMD-2,STI,RTO/CVD Nitride,CVD Oxide,CMP,RPS Oxide/Nitride Strip,Spacer,(Oxide,Nitride),LP CVD,PE CVD,Polycide Gate,Centura Poly Dep,Salicide,TiSi 2,PVD Ti/RTA,Gate Oxide(RTO),n+,n+,p+,p+,P-Well,N-Well,Al-4,Al-3,IMD
2、-3,IMD-4,PMD/CMPSA BPSG/RTA-CMP,W Plug/CMP,WCVD+CMP,Al Stack,(PVD),IMD/CMP(PE/SA,HDP-CVD),Planarized PVD Al,CVD Al,EPI,Passivation,Pad Etch,Metal Etch,Via Etch,Polycide Etch,Contact Etch,Spacer Etch,Implant,EPI,Si Trench Etch,Passivation(PE CVD),AL 还有什么作用?,Metal结构：,根据工艺的不同，Metal结构也各有不同:-Al-AlCu-AlSi
3、Cu-Ti/TiN/AlCu/TiN 另外在一些工艺中,使用:-W(Plug)-Cu(Cu制程)-Ta(barrier),Metal成分：,一般AL的成分：Al-Si(1.0%)、Al-Si(0.75%)-Cu(0.5%)、Al-Cu（0.5%）为什么要用AL？电阻系数较低：2.65-cm 容易淀积,价格便宜 易腐蚀与介质层附着良好与衬底形成欧姆接触与Cu相比呢?铝膜中搀入Cu,Si的目的：防止电迁移(EM)、小丘(Hillock）、硅析出(Si Concrete)、铝刺(Al Spiking),Metal腐蚀工艺介绍,(该培训只针对AL腐蚀工艺）Metal腐蚀工艺包括湿法腐蚀和干法腐蚀，CD
4、3um一般通过干法等离子刻蚀完成的。Metal干法腐蚀主要以各向异性腐蚀为主。,干法腐蚀,湿法腐蚀,等离子腐蚀：,等离子腐蚀是依靠高频辉光放电形成的化学活性游离基与被腐蚀材料发生化学反应的一种选择性腐蚀方法。气体中总存在微量的自由电子，在外电场的作用下，电子加速运动。当电子获得足够的能量后与气体分子发生碰撞，使气体分子电离发出二次电子，二次电子进一步与气体分子发生碰撞电离，产生更多的电子和离子。当电离与复合过程达到平衡时，出现稳定的辉光放电现象，形成稳定的等离子体（PLASMA）。等离子体中包括有电子、离子、还有处于激发态的分子，原子及各种原子团（统称游离基）。游离基具有高度的化学活性，正是游
5、离基与被腐蚀材料的表面发生化学反应，形成挥发性的产物，使材料不断被腐蚀。,需要较多了解等离子体腐蚀原理的同事，请自学以下附件：,干法腐蚀反应步骤：,STEP1：气体进入腔体，在高频电场的作用下，电子/分子碰撞产生反应基团STEP2：反应基扩散到被腐蚀膜的表面STEP3：反应基被吸附在表面STEP4：发生化学反应STEP5：反应生成物解吸附发生STEP6：反应生成物扩散到反应残余气体中一起被PUMP 抽走,Metal腐蚀主要反应：,在Metal腐蚀中，主要工艺气体有：Cl2、BCl3、N2、CF4、CHF3、ArMetal腐蚀中主要用来与AL反应的物质是CL,生成物ALCL3挥发性较好。（不同与
6、poly、oxide腐蚀的主要反应物质是F，因为ALF3是一种低挥发性的物质，所以选择氯化物)Metal腐蚀的基本反应原理：BCl3-BCl2+Cl*BCl3-BCl3+e Cl2-Cl*+Cl*CL*+AL*-ALCL3,各种气体在反应中的作用：,CL2：AL腐蚀主要反应气体，对于AL腐蚀速率有决定性的影响；BCL3：用于腐蚀AL表面的自然氧化层，主要是通过物理的轰击作用去除；形成饱和的氯炭化合物，附着在铝条侧壁，保护铝条形貌并实现各向异性腐蚀；对于PR腐蚀速率影响较大，过多的BCL3会降低AL/PR的选择比；N2：做AL腐蚀反应的催化剂，加快AL腐蚀速率；与胶反应生产聚合物，附着在AL条侧
7、壁，以实现AL形貌和条宽的控制；Ar:提高plasma的离解度，对于去处残留有较大的帮助；CHF3/CF4:生产聚合物保护AL形貌,Metal腐蚀反应中，化学反应和物理反应同时存在,Metal Etch平衡图,Etch,Dep,Metal腐蚀主要反应步骤：,Metal腐蚀菜单的主要步骤有以下几步：BT(Breakthrough)：利用BCl3的物理轰击及其与Al2O3反应生成可以挥发的聚合物的特性达到去除铝表面自然氧化层的目的；ME(Main Etch)：主要反应步骤，在该步骤刻蚀掉绝大部分的AL，一般通过自动找终点方式停止该步骤；OE(Over Etch)：刻蚀掉ME未刻净的少量铝及阻挡层，
8、并提供一定量的氧化层损失量，以确保无AL残留。PP(Purge/Pump):在反应过程中，会有少量细微的颗粒混杂到plasma中，为避免反应结束的，plasma消失而导致颗粒掉落到圆片上，在反应菜单结束后面加一步purge step。加少量的功率保持plasma不消失，同时通入一定量的气体将颗粒带走。同时也可以带走一些残余的反应生成物，确保下一片工艺时恢复到初始状态。,终点控制：,Metal腐蚀的ME一般都采用自动终点控制；终点控制的优点：采用终点控制可以较精确的控制腐蚀时间，减小因为腐蚀速率以及膜厚的差异造成的时间误差，充分实现腐蚀设备的自动化。目前终点控制主要有发射光谱法、光学反射法、质谱
9、法、探针法、阻抗监视法等，我们主要采用光谱法。,终点控制原理：,光谱法(OES)其物理理论是每一种物质受到能量激发，都会发出其特定的波长。硅片在被腐蚀的时候，腔体内维持一个稳定的反应气氛，所探测的物质波长发射密度基本不变，当硅片快要腐蚀结束时（即到达终点位置），密度会发生突变，这样经过光电信号转换，即可探测到终点位置。使用这种方法需要注意的是：所用于探测波长的物质必须要有足够的密度；必须要能够发生突变。,常规腐蚀工艺终点波长,终点控制原理：,UV固胶：,为了增强胶在腐蚀过程中抗plasma轰击的能力，在Metal腐蚀前通常会加做UV固胶。UV固胶设备：FUSION 150固胶机。UV固胶原理：
10、采用紫外光照射和热板烘烤，改变胶的化学结构，由非交联聚合物变成交联聚合物，其化学键能得到了提高，能增强在等离子刻蚀中抗轰击能力，不至于在刻蚀过程中出现塌胶，造成刻蚀形貌的变化，以及增强光刻胶在高束流离子注入过程中的稳定性。,Metal形貌定义：,Metal形貌：,带胶形貌,无胶形貌,dense,open,负载效应(Microloading）：,负载效应（microloading)：不同的孔尺寸或纵深比例对腐蚀速率和选择比的影响。,OPEN AREA,DENSE ARRAY,Mask,Mask,Mask,Mask,Mask,EXAMPLE OF PROFILE MICROLOADING,负载效应
11、(Microloading）：,EXAMPLE OF ETCH RATE MICROLOADING,AL腐蚀设备介绍：,TCP9600：LAM公司产品，目前F5腐蚀有6台TCP9600，均为ESC(Electrostatic Chuck)类型设备；P5K Metal：APPLIED公司产品,高压力，单功率源设备.DPS Metal：APPLIED公司产品，与TCP9600 同一代设备，工作原理一致，都是低压力，双功率源设备。,TCP9600：,TCP9600：,TCP9600圆片传输主要有以下7个步骤：Step1 从上料片盒取出圆片；Step2 圆片自调整和找平边；Step3 圆片通过上料腔（
12、ELL）传到刻蚀腔（Main Chamber）；Step4 从刻蚀腔中取出圆片；Step5 圆片在去胶腔（DSQ）,去胶腔同时也是下料腔（XLL）；Step6 圆片在流水腔（APM）中Step7 圆片传到下料片盒。,TCP9600：,设备特性：耦合的等离子区；独立控制的可自动调谐的双射频功率源；受控的等离子浓度、能量；低压力高速率.,TCP9600：,recipe：,TCP9600：,终点曲线：,EMP5K：,EMP5K：,P5000 METAL共有三个腔体，其中A，B腔体为AL刻蚀腔体，D腔体为去胶腔体;圆片首先传入上料腔体，之后分别进入A，B刻蚀腔体，之后进入D腔体进行去胶,EMP5K：,
13、recipe,EMP5K：,在EMP5K设备中，引入了磁场的设置，磁场在腐蚀工艺中的作用：利于等离子体的形成；提高腐蚀均匀性；减小等离子损伤；,磁场VS E/R&Unif,EMP5K：,终点曲线：,EMP5K：,终点设置：,EMDPS：,DPS METAL共有四个腔体，其中A，B腔体为AL刻蚀腔体，C，D腔体为去胶腔体。,EMDPS：,recipe,EMDPS：,终点曲线：,EMDPS：,终点设置：,EMDPS：,各工艺参数变化的影响：,Metal腐蚀常见异常：,AL后腐蚀（AL Post-etch Corrosion)机理：,Metal腐蚀常见异常：,AL后腐蚀（AL Post-etch C
14、orrosion)机理：,H2O,Metal腐蚀常见异常：,AL后腐蚀（AL Post-etch Corrosion)图片：,Metal腐蚀常见异常：,AL后腐蚀图片：,After etch Before SST,After SST,后腐蚀 典型KLA map分布也主要分为两类：,区域型,发散型,此类map对应后腐蚀类型主要为AL缺损：,此类map对应后腐蚀类型主要为AL条边缘多余产物：,Metal腐蚀常见异常：,Metal腐蚀常见异常：,塌胶：,1、UV固胶温度异常2、AL腐蚀时冷却效果不好,可能造成原因：,Metal腐蚀常见异常：,AL形貌异常：,1、设备异常:如CL2流量过大，bias功
15、率异常等2、菜单设置不合理,可能造成原因：,Metal腐蚀常见异常：,AL形貌异常：,Metal腐蚀常见异常：,AL条漂移：,Metal腐蚀常见异常：,胶残留：,1、设备去胶速率异常2、腐蚀腔Plasma异常，导致胶炭化。,Metal腐蚀常见异常：,AL残留：,1、环境颗粒2、腐蚀腔掉polymer,可能造成原因：,Metal腐蚀常见异常：,AL未刻净：,1、腐蚀速率异常；2、提前找终点；3、光刻显影不清,可能造成原因：,Metal腐蚀常见异常：,介质突起：,1、AL腐蚀菜单设置不合理；2、产品clear ratio太小；3、AL腐蚀菜单与AL溅射设备不匹配,可能造成原因：,Metal腐蚀常见
16、异常：,AL细：,1、AL腐蚀菜单设置不合理；2、产品clear ratio太大，图形布局不合理；3、涂胶异常，胶太薄,可能造成原因：,版1 版2 版3Clear ratio:72.18%62.09%估计5060,以上3种产品，AL条分布有明显的区别，版1主要分布在管芯的上部1/4处，而版3则均匀分布于整个管芯，clear ratio和分布的不同，导致AL腐蚀终点时间不一样：clear ratio大的终点时间比较长。,Metal腐蚀常见异常：,不同clear ratio相同AL腐蚀菜单比较：,版1 center,版2 center,版3 center,edge,edge,edge,Metal腐蚀常见异常：,Metal腐蚀常见异常：,AL过腐蚀：,1、AL腐蚀overetch量太大；2、通孔腐蚀后单根AL条上剩余介质太薄,可能造成原因：,Metal腐蚀常见异常：,划伤：,1、设备传输划伤2、菜单设置不合理，生成polymer较多，polymer悬挂下划伤。,可能造成原因：,Metal腐蚀常见异常：,P区打毛：,1、过腐蚀量偏大。,可能造成原因：,THANKS,
