알루미늄 매트 에칭이란 무엇입니까?

칩의 연결 재료인 알루미늄 및 알루미늄 합금은 논리적 백엔드 프로세스인 구리 상호 연결 제조에 널리 사용되었습니다. 알루미늄 패드는 일반적으로 1μm 이상 또는 최대 6μm까지 더 두껍고, 상부 레이어의 포토레지스트 두께는 일반적으로 알루미늄의 1~1.5배이며 크기가 더 크고 에칭이 비교적 간단합니다. 알루미늄 패드의 사전- 및 사후- 식각 코팅 구조는 포토레지스트, 알루미늄 층 및 하지 물질을 포함하며, 알루미늄 층을 제거하고 원하는 패턴을 생성하는 작업이 포함됩니다.

에칭 공정 단계 및 매개변수

알루미늄 패드 에칭은 일반적으로 LAM-2300-Versys-Metal 챔버 내에서 수행되며 표준 에칭 가스에는 BCl₃ 및 폴리머 가스 CH₄가 포함됩니다. 에칭 공정은 크게 메인 에칭(ME)과 오버 에칭(OE)으로 나누어지며, 메인 에칭 단계의 시간은 알루미늄 신호를 검출하는 엔드 모드에 의해 제어된다. 주사전자현미경(SEM)은 알루미늄 라인의 모양과 알루미늄 패드의 측벽을 모니터링하는 데 사용됩니다.

또한, 알루미늄 패드 식각은 하드마스크 오픈 단계(BT), 메인 식각 단계(ME), 오버-에칭 1단계(OE1), 오버-에칭 2단계(OE2)로 세분화될 수 있습니다. 각 단계의 소스 전력, 전체 가스 흐름 및 프로세스 압력이 증가합니다. BT 단계는 큰 바이어스 전력과 더 높은 비율의 BCl₃를 사용하여 에칭된 알루미늄 표면의 자연 산화층(Al2O₃)을 충격시킵니다. ME 단계는 주로 공정 압력, 총 가스 유량 및 소스 전력을 증가시켜 에칭 속도를 증가시킵니다. OE1 단계는 잔여 알루미늄과 그 하부 TiN 층을 에칭하는 데 사용됩니다. OE2 단계에서는 바이어스 전력과 BCl₃ 유량 비율을 증가시켜 하부 실리콘 산화물층에 충격을 가합니다.

에칭의 과제와 부하 효과

65nm/90nm 노드 로직 기술의 공정 개발에서 패턴 밀도의 차이는 주로 매크로 및 마이크로 식각 부하로 인해 식각 공정에 문제를 야기합니다. 거시적 부하는 -알루미늄 패드 에칭 후 포토레지스트의 다양한 투과율(TR) 부식 창과 관련이 있는 반면, 미시적 부하는 알루미늄 와이어(밀도)와 알루미늄 패드(희소) 사이의 형태학적 부하와 관련이 있습니다. 낮은 투과율은 에칭에서 더 많은 폴리머를 생성하여 알루미늄 측벽을 보호하지만 마이크로 로딩 효과를 악화시켜 연결 저항이 일관되지 않게 됩니다.

투과율은 에칭 종료 시간에 강한 선형 의존성을 가지며, 투과율이 높을수록 에칭 종료 시간이 길어지고 부식 결함이 더 심각해집니다. 투과율이 70% 이하에서는 부식 불량이 없으나, 투과율이 높은 경우 폴리머 부족을 보완하기 위해 CH₄ 유량을 최적화해야 합니다.

 

공정 최적화 및 가스 선택

매크로 및 마이크로 부하 효과의 균형을 맞추려면 투과율과 CH₄ 유속의 조합을 최적화해야 합니다. CH₄ 유량을 늘리면 높은 투과율에서 누락된 폴리머가 보상되지만, 유량이 너무 높으면 측벽 폴리머가 너무 많아져 염화물을 흡착하고 수분을 흡수하여 부식 결함이 발생할 수 있습니다. 실험에 따르면 CH₄ 유속 T는 투과도가 70% 미만인 경우에 충분합니다. 투과율 96.2%의 경우 CH₄ 유량은 2.5T로 최적화됩니다.

알루미늄 와이어와 알루미늄 패드의 마이크로{0}}로딩 효과에서는 알루미늄 와이어 영역에 폴리머가 더 많고 측벽이 더 가늘어집니다. 알루미늄 패드의 측벽은 폴리머 보호 기능이 부족하여 부식되기 쉽습니다. 바이어스 전력과 BCl₃ 가스 비율을 조정하면 폴리머 증착 조건이 최적화되어 알루미늄 와이어 측벽이 더 가파르고 곧아지며 잔여물이 줄어듭니다.

다양한 차폐가스를 비교한 결과, N2와 CHF₃를 사용한 경우 측벽이 거칠고 결함이 있으며 부식되기 쉬운 것으로 나타났습니다. CH₄를 사용하면 부식 형태가 더 좋고 결함과 부식이 적습니다.

일반적인 문제 및 해결 방법

알루미늄 패드 에칭의 일반적인 문제에는 거친 알루미늄 측벽과 에칭 후 바닥의 비정상적인 잔디 형태가 포함됩니다. 측벽의 거칠기는 주로 에칭 공정 중 측벽 폴리머의 불결한 제거 또는 불균일한 폴리머 축적에 의해 발생하는데, 이는 측벽 폴리머 생성 환경을 조정하거나 에칭 공정 중 희석액에 He를 첨가하거나 Cl2유량을 증가시키는 등 폴리머를 감소시키면 해결될 수 있다. 하단의 풀-형태는 대부분 상부 알루미나가 깨끗하게 에칭되지 않았기 때문에 발생하며, 이는 알루미늄 에칭 공정에서 마스크 보호 역할을 하며, 일반적으로 해결 방법은 BT 스텝 에칭의 강도와 시간을 늘려 표면의 자연 산화막을 완전히 에칭하는 것입니다.

알루미늄 패드 에칭 기술은 패턴 밀도 변화로 인한 부하 문제에 대처하고 측벽 보호 및 에칭 품질을 보장하기 위해 투과율, 가스 유량, 전력 매개변수 및 단계 타이밍에 대한 포괄적인 조절이 필요합니다. 공정 조건과 가스 선택을 최적화함으로써 결함을 효과적으로 줄이고 칩 제조의 신뢰성과 일관성을 향상시킬 수 있습니다.