Čo je hliníkové matné leptanie?

Hliník a zliatiny hliníka, ako spojovacie materiály pre čipy, boli široko používané pri výrobe medeného prepojenia ako logického backendového procesu. Hliníková podložka je zvyčajne hrubšia, nad 1 μm alebo dokonca až do 6 μm, a hrúbka fotorezistu na hornej vrstve je vo všeobecnosti 1 až 1,5-násobok hrúbky hliníka a veľkosť je väčšia a leptanie je relatívne jednoduché. Pred- a po-naleptanie povlakovej štruktúry hliníkovej podložky zahŕňa fotorezist, hliníkovú vrstvu a podkladový materiál, čo zahŕňa odstránenie hliníkovej vrstvy a vytvorenie požadovaného vzoru.

Kroky a parametre procesu leptania

Leptanie hliníkovej podložky sa zvyčajne vykonáva v komore LAM-2300-Versys-Metal a štandardné leptacie plyny zahŕňajú BCI3 a polymérny plyn CH4. Proces leptania je rozdelený hlavne na hlavné leptanie (ME) a ​​nadmerné leptanie (OE) a čas hlavného leptacieho kroku je riadený koncovým režimom detekcie hliníkového signálu. Skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) sa používa na sledovanie tvaru hliníkových čiar a bočných stien hliníkových podložiek.

Okrem toho možno leptanie hliníkovej podušky rozdeliť na krok otvorenia tvrdej masky (BT), hlavný krok leptania (ME), prvý krok preleptania (OE1) a preleptanie v druhom kroku (OE2). Zvyšuje sa výkon zdroja, celkový prietok plynu a procesný tlak každého kroku. Krok BT využíva veľkú predpätú silu a vyšší podiel BCl3 na bombardovanie prirodzenej oxidovej vrstvy (Al203) na povrchu leptaného hliníka. Krok ME hlavne zvyšuje rýchlosť leptania zvýšením procesného tlaku, celkového prietoku plynu a výkonu zdroja. Krok OE1 sa používa na leptanie zvyškového hliníka a jeho spodnej vrstvy TiN; V kroku OE2 sa predpätie a prietokový pomer BCl3 zvýšia, aby sa bombardovala spodná vrstva oxidu kremičitého.

Výzvy a účinky zaťaženia v leptaní

V procese vývoja technológie uzlovej logiky 65nm/90nm predstavuje rozdiel v hustote vzorov výzvu pre proces leptania, najmä z makro a mikroleptania. Makroskopické zaťaženie súvisí s rôznymi priepustnými (TR) koróznymi oknami fotorezistu v post-leptaní hliníkovej podložky, zatiaľ čo mikroskopické zaťaženie súvisí s morfologickým zaťažením medzi hliníkovým drôtom (hustým) a hliníkovou podložkou (riedkou). Nízka priepustnosť vytvára viac polyméru pri leptaní, chráni hliníkovú bočnú stenu, ale zhoršuje účinky mikrozaťaženia, čo vedie k nekonzistentnému odporu spojenia.

Priepustnosť má silnú lineárnu závislosť od času konca leptania a čím vyššia je priepustnosť, tým dlhší je čas konca leptania a tým závažnejšia je korózna chyba. Neexistujú žiadne korózne defekty, keď je priepustnosť pod 70 %, zatiaľ čo prietok CH4 je potrebné optimalizovať, aby sa kompenzoval nedostatok polyméru v prípade vysokej priepustnosti.

 

Optimalizácia procesu a výber plynu

Na vyváženie účinkov makro a mikro záťaže je potrebné optimalizovať kombináciu priepustnosti a prietoku CH4. Zvýšenie prietoku CH4 kompenzuje chýbajúci polymér pri vysokej priepustnosti, ale príliš vysoký prietok môže viesť k príliš veľkému množstvu polyméru na bočnej stene, ktorý adsorbuje chloridy a absorbuje vlhkosť, čo spôsobuje korózne defekty. Experimenty ukazujú, že prietok CH4 T postačuje na priepustnosť menšiu ako 70 %. V prípade priepustnosti 96,2% je prietok CH4 optimalizovaný na 2,5T.

V dôsledku mikro{0}}záťažového efektu hliníkového drôtu a hliníkovej podložky je v oblasti hliníkového drôtu viac polymérov a bočné steny sú viac zúžené. Bočné steny hliníkových podložiek sú náchylné na koróziu kvôli nedostatku polymérovej ochrany. Úpravou predpätia a pomeru plynu BCl3 možno optimalizovať podmienky nanášania polyméru, čo vedie k strmším a rovnejším bočným stenám hliníkového drôtu a zníženiu zvyškov.

Porovnanie rôznych ochranných plynov ukázalo, že pri použití N2 a CHF3 boli bočné steny drsné, poškodené a ľahko korodujúce. Pri použití CH4 je morfológia korózie lepšia a je tu menej defektov a korózie.

Bežné problémy a riešenia

Bežné problémy s leptaním hliníkovej podložky zahŕňajú drsné hliníkové bočnice a abnormálnu trávnatú morfológiu na dne po leptaní. Drsnosť bočnej steny je spôsobená hlavne nečistým odstránením polyméru bočnej steny alebo nerovnomerným nahromadením polyméru počas procesu leptania, čo možno vyriešiť úpravou prostredia vytvárania polyméru bočnej steny alebo redukciou polyméru, napríklad pridaním He do riedenia počas procesu leptania alebo zvýšením prietoku Cl2. Morfológia podobná tráve-v spodnej časti je väčšinou spôsobená tým, že horný oxid hlinitý nie je vyleptaný dočista, čo hrá úlohu pri ochrane masky v procese leptania hliníka, a riešením je vo všeobecnosti zvýšiť intenzitu a čas leptania v kroku BT, aby sa prirodzená vrstva oxidu na povrchu úplne naleptala.

Technológia leptania hliníkových podložiek vyžaduje komplexnú reguláciu priepustnosti, prietoku plynu, výkonových parametrov a časovania krokov, aby sa vyrovnali so záťažovými výzvami spôsobenými zmenami v hustote vzoru, čím sa zabezpečí ochrana bočnej steny a kvalita leptania. Optimalizáciou podmienok procesu a výberu plynu možno účinne znížiť defekty a zlepšiť spoľahlivosť a konzistentnosť výroby čipov.