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關鍵詞： 超臨界 CO2、光刻膠剝離、NEMS、二氧化硅蝕刻

介紹

隨著半導體器件不斷縮小并變得更快，將需要新的材料和工藝來實現(xiàn)這一進步。

已經(jīng)提出基于超臨界 CO2 (SCCO2) 的技術用于器件制造的各個步驟，例如清潔和沉積。SCCO2 擴散迅速、粘度低、表面張力接近于氣體，因此可以輕松滲透到深溝槽和通孔中。它還可以在沒有圖案塌陷或粘滯的情況下進行清潔。SCCO2 具有液體的溶劑化特性，因此可以溶解醇類和氟化烴等化學物質(zhì)，形成均質(zhì)的超臨界流體溶液。

已經(jīng)研究了基于 SCCO2 的工藝，因為它具有剝離光刻膠殘留物的潛力（由于它與低 k 材料的兼容性）[1] 并且因為它可以恢復低 k 材料的 k 值以進行 Cu/低 k 集成在生產(chǎn)線的后端 (BEOL) [2]。SCCO2 在超低 k 材料加工中的應用是一項很有前景的未來技術。

在本文中，我們首先回顧了 SCCO2 在 BEOL 中的各種應用，然后展示了超臨界 CO2 在半導體和納米電子器件制造中針對生產(chǎn)線前端 (FEOL) 的幾種應用。

SCCO2 在 BEOL 中的應用

圖 1 顯示了典型通孔開孔工藝的橫截面示意圖。用光刻膠圖案化的低 k 膜通過 RIE 蝕刻，然后進行等離子灰化和濕法清洗。等離子灰化和濕法清潔會損壞低 k 膜，并且在低 k 膜的側(cè)壁上形成聚合物殘留物。然后通過RIE蝕刻銅布線上的蝕刻停止層以暴露銅布線。在這種突破性蝕刻過程中，化學副產(chǎn)品會留在銅表面。RIE中濺射的銅也可以沉積在low-k膜的側(cè)壁上，氧化過孔底部的銅。

光刻膠條

通過添加共溶劑，SCCO2 可用于剝離低 k 膜上的蝕刻后光刻膠。我們已經(jīng)成功地證明了通過選擇合適的化學添加劑在 CVD SiOC 低 k 膜 (k=2.5) 上剝離蝕刻后光刻膠，而不改變低 k 膜的結(jié)構和介電常數(shù) [1]。具有 0.15 至 0.18 mm 直徑通孔的樣品晶片用含有 10 vol.% 共溶劑和少量其他化學添加劑的超臨界 CO2 在 50 oC、19.3 MPa 下處理 15 分鐘。圖 2 顯示了在含有共溶劑和化學添加劑的超臨界 CO2 中處理之前/之后蝕刻后通孔結(jié)構的 SEM 圖像。光刻膠在超臨界 CO2 中完全剝離。

銅面清潔

目前，在蝕刻停止層（ESL）突破后，采用濕法清潔來清潔銅表面。隨著介電常數(shù)較低的多孔膜的引入，濕化學中低 k 膜的吸濕性變得至關重要。另一方面，已經(jīng)研究了諸如原子氫 [10] 和 hfac（六氟乙酰丙酮）氣體之類的干法技術來減少或去除氧化銅 。然而，由于這些氣體的高反應選擇性和低物理力，這些技術不能去除不均勻的固體殘留物。

離子注入光刻膠的剝離

用于 32 納米節(jié)點及以上節(jié)點的高級 CMOS 器件需要高驅(qū)動電流和超淺結(jié)，以滿足速度和靜態(tài)泄漏所需的電路規(guī)范。在剝離用于制造源極/漏極擴展的光刻膠時，必須找到減少結(jié)輪廓對硅凹陷程度和摻雜劑消耗的影響的方法。離子 - 例如砷、磷和硼 - 使用光刻膠掩模以各種劑量水平注入多次以形成源/漏擴展。

去除犧牲 SiO2 層

在納米機電系統(tǒng) (NEMS) 中，硅或二氧化硅已被用作制造獨立結(jié)構（如橫梁、懸臂梁和隔膜）的犧牲層。盡管傳統(tǒng)的 HF 水溶液由于具有成本效益而有利于蝕刻二氧化硅犧牲層，但由于水溶液的表面張力產(chǎn)生的應力，當結(jié)構具有在水性蝕刻和隨后的沖洗之后干燥高縱橫比。另一方面，使用蒸氣狀HF的二氧化硅蝕刻必須在高壓和低溫下進行以獲得高蝕刻速率。在這種情況下，當生成的水凝結(jié)在表面時，即使是氣態(tài)的 HF 也會導致結(jié)構粘在一起。

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