《炬丰科技-半导体工艺》多孔低k湿刻蚀

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：多孔低k湿刻蚀

编号：JFKJ-21-347

作者：炬丰科技

摘要

在本研究项目中,我们探究了"基于 HF 的"清洁型多孔低 k 积分技术和封闭孔隙方法在材料兼容性方面的表现,重点考察了不同阶段的演化过程.此外,我们还探讨其可行性,即对于 65nm 和 45nm 设计规则区,能否通过优化等离子体损坏层中的改性表面层厚度来实现 k值恢复.

关键词： 湿法清洁、BEOL、多孔低 k、稀释的氢氟酸、孔隙密封。

简介

对于45 nm及以上的技术节点而言，在制作铜互连层时采用介电常数均低于2.5的多孔材料可作为绝缘层。ULK绝缘体在整合过程中面临的孔隙率问题构成了诸多困难。

关于 CVD 有机硅玻璃 (OSGs, SiOCH) 系列的关键问题是 90nm 和 65nm 节点处表现出微孔低 k 值（k ~ 2.8-3），这些区域表现出较差的性能。值得注意的是，在多孔 ULK 材料（k ~2.2–2.6）中同样面临工艺诱导损伤的问题。特别是，在结构图案化过程中所使用的蚀刻与灰化等离子体所导致的损伤已引起广泛关注，并且最近研究还发现，在阻挡沉积前施加反应性预清洁等离子体（RPC）可能导致此类问题的发生。所有这些表面特征和技术修饰均需特别关注以确保最终产品质量

结果与讨论

在稀释HF溶液中进行湿法蚀刻工艺的时间关系呈现非线性特征。值得注意的是，在这种情况下形成的ULK（Uniformly Layered Kit）以及经等离子处理后的材料均为非均相体系。具体而言，在经等离子处理后的材料中从顶面到主体呈现出成分和孔隙率的变化梯度分布。相比之下，在未经任何修饰处理的传统ULK体系中可能存在一些局部结构性变化：如交联-网络结构、悬垂键、羰基端基团以及羟基末端单元等；这些特征可能会导致对反应活性位点的空间访问程度随着加工时间的不同而发生变化。

结论

特别强调的是，在某些特定条件下（如特定物种或应用场景中），毛孔封闭的概念并非绝对固定不变；而是在经过等离子体处理后（尤其是用于蚀刻、灰化以及孔隙密封操作），表面孔隙率部分闭合或有所减少；然而并未实现完全密封，并且整体材料特性保持不变。值得注意的是，在这一过程中溶剂吸附现象更多是由分子间作用力主导；而已经证实了一定规律的存在（尽管仍需进一步研究），这表明在65纳米及45纳米设计规则下，“k值恢复”这一目标无法完全实现；此外，在HF预处理过程中观察到了较为有限的技术窗口（即横向蚀刻所能带来的增益有限）。