接觸孔工藝是指在 ILD 介質層上形成很多細小的垂直通孔,它是器件與第一層金屬層的連接通道。通孔的填充材料是金屬鎢(W),接觸孔材料不能用Cu,因為 Cu 很容易在氧化硅和襯底硅中擴散,Cu擴散會造成器件短路。因為淀積鎢的工藝是金屬CVD,金屬CVD具有優良的臺階覆蓋率以及對高深寬比接觸通孔無間隙的填充。
1) CT 光刻處理。通過微影技術將CT 掩膜版上的圖形轉移到晶圓上,形成CT的光刻膠圖案,非CT 區域上保留光刻膠。AA作為CT 光刻曝光對準。圖4-230所示為電路的版圖,工藝的剖面圖是沿 AA'方向,圖4-231所示為CT 光刻的剖面圖,圖4-232所示為CT 顯影的剖面圖。
2)測量 CT 光刻的關鍵尺寸。
3)測量CT光刻套刻,收集曝光之后的CT光刻與AA的套刻數據。
4) 檢查顯影后曝光的圖形。
5)CT干法刻蝕。干法刻蝕利用CHF3和CF4等氣體形成等離子體轟擊去除無光刻膠覆蓋區域的氧化物,獲得垂直的側墻形成接觸通孔,提供金屬和底層器件的連接。SiON作為刻蝕的緩沖層,終點偵查器會偵查到刻蝕氧化物的副產物銳減,刻蝕最終停在硅上面。圖4-233所示為CT 刻蝕的剖面圖。
6)去除光刻膠。通過干法刻蝕和濕法刻蝕去除光刻膠。圖4-234所示為去除光刻膠的剖面圖。
7)清洗。將晶圓放入清洗槽中清洗,得到清潔的表面。
8) 測量 CT刻蝕關鍵尺寸。
9)Ar刻蝕。PVD前用 Ar 離子濺射清潔表面。
10)淀積Ti/TIN層。利用PVD淀積200A的Ti和500A的TiN。通入氣體Ar轟擊Ti靶材,淀積Ti薄膜。通入氣體Ar 和N2轟擊Ti靶材,淀積 TiN 薄膜。Ti/TiN 層可以防止鎢與硅反應,而且有助于后續的鈣層附著在氧化層上,因為鎢與氧化物之間的粘附性很差,如果沒有 Ti/TiN的輔助,鎢層很容易脫落。圖4-235所示為淀積Ti/TiN的剖面圖。
11)退火。利用快速熱退火加熱到700°C,在N2環境中,修復刻蝕造成的硅表面晶體損傷,同時 Ti/TiN 層與硅合金化。
12)淀積鎢層。利用 WCVD的方式淀積鎢層,填充接觸孔,通人的氣體是WF6、SiH4和H2。淀積分兩個過程:首先是利用WF6和SiH4淀積一層成核的鎢籽晶層,再利用WF6和H2淀積大量的鎢。鎢生長是各向同性,生長的厚度不小于 CT 的半徑。圖4-236所示為淀積鎢層的剖面圖。
13)鎢CMP。利用CMP 除去表面的鎢和Ti/TiN層,防止不同區域的接觸孔短路,留下鎢塞填充接觸孔。氧化物是CMP的停止層,CMP終點偵察器偵查到 ILD 硅玻璃的信號,但還要考慮工藝的容忍度,防止有鎢殘留造成短路,所以偵查到終點時,還要進行一定時間的工藝。圖4-237所示為鎢CMP的剖面圖。
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原文標題:接觸孔工藝-----《集成電路制造工藝與工程應用》 溫德通 編著
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