摘要

低氧含量的濕法加工可能會提供一些優勢，但是，完全控制在晶圓加工過程中避免吸氧仍然是單個晶圓工具上的短流程工業化的挑戰。在線氧濃度監測用于工藝優化。然后，根據記錄的氧濃度和處理室中氣氛控制的硬件可用選項，評估稀釋 HF 溶液中的鈷蝕刻。

介紹

FEOL 應用和 BEOL 已經證明了在液體（沖洗水、稀釋的酸，如 HF、HCl）和大氣中（氮氣流、密閉室）中低氧含量的濕法加工的優勢應用 ，以及 2010 年 ITRS 路線圖建議在晶圓廠設施提供給潤濕設備的超純水中添加 10ppb。然而，在晶圓加工過程中完全控制避免吸氧仍然是在非常短的工藝時間的單晶圓工具上進行工藝工業化的挑戰。

在這項工作中，我們將專注于超稀釋 HF 溶液中的氧氣控制。事實上，已經證明用于 BEOL 互連蝕刻后清潔的“HF 預算”隨著技術節點而不斷減少，但可能仍然需要確保低成本工藝和良好的清潔效率。為了最大限度地減少絕緣多孔電介質的橫向蝕刻，即使對于 10nm 節點，也建議將 HF 濃度降低至 0.05%wt，并改進氧濃度控制。然而，由于過程穩健性可能會受到非常短的過程時間（例如 <15 秒）的影響，我們研究了具有較低 HF 濃度的溶液。使用 0.025%wt HF 溶液，使我們能夠以更長的工藝時間保持非常低的電介質蝕刻，因此，清潔工藝窗口以及在線監測的穩健性（流量和溫度在線控制）應略有改善。為了更好地控制敏感金屬（如鈷）的蝕刻速率，降低 HF 濃度可能也很有趣，在高級節點中用作銅“襯里”和銅“封蓋”。

實驗性

在這項研究中，使用了來自 SCREEN 的工業單晶片平臺 SU3100。溶液在位于地下室的混合罐中用來自設施的超純脫氧水 (< 0.5ppb [O2]) 和標準微電子級化學品制備，以達到 0.025%wt 的最終濃度。由于 N2 流和 N2 以 10 l/min 的速度從罐底冒泡，HF 混合罐中的氣氛被 N2 飽和。在使用點之前的化學生產線上安裝了一個額外的脫氣裝置（基于膜的氧氣分離裝置）。

結果

使用點的低氧濃度很難管理，尤其是在混合罐中進行準備時，因為硬件的幾個部分（罐排水管、PFA 管道、分配管線中的流體回吸）可能會產生氧氣吸收。首先，在很長的處理時間（20 分鐘）內記錄了晶片處理過程中氧濃度的變化，如圖 1 所示。在我們的實驗條件下，發現氧氣濃度隨著流速的增加而降低。首先要考慮的主要參數是混合罐中的“刷新率”（從設施中補充脫氧水的頻率）和由于防止化學停滯的再循環回路中的剩余空氣而導致的氧氣吸收。

然后使用較短的配方執行過程，但仍適用于監測氧氣濃度：長時間的預分配至排（3 分鐘），然后是兩分鐘的化學品分配。配方優化前后記錄的氧濃度如圖 2 所示。我們確認，在處理每個晶片之前，需要長時間的預分配以沖洗生產線中剩余的氧氣，然后再將化學物質發送到晶片上。然而，在晶片上化學分配開始時檢測到氧增加的小峰值（圖 2a）。實時氧氣監測和工藝配方時間順序的比較使我們能夠確定這是由于在化學分配之前用水進行了額外的預潤濕步驟。實際上，由于閥門打開/關閉，管線中的氧氣含量略有增加。

結論

總之，發現化學制品中氧濃度的在線監測器對非常短的處理時間內氧濃度的小波動非常敏感。對于給定的工具配置，它使我們能夠清楚地確定一些可能影響使用點氧氣濃度的關鍵參數，例如化學品流速、混合罐準備、初始氧氣含量和配方參數（預分配時間、回吸步驟）。工藝性能通過在超稀釋 HF 溶液中鈷蝕刻速率的急劇下降得到驗證。

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審核編輯：符乾江