铝等离子体蚀刻率的限制

引言

随着集成电路互连线的宽度和间距接近3pm，铝和铝合金的等离子体蚀刻变得更有必要。为了防止蚀刻掩模下的横向蚀刻，我们需要一个侧壁钝化机制。尽管AlCl和AlBr都具有可观的蒸气压，但大多数铝蚀刻的研究都使用Cl基蚀刻化学物质。当在等离子体放电中分解时，CCl为还原物质提供了来源，并用于去除表面氧化物和Cl，与下面的Al反应。

最近一项通过He-BC13-C12-CHC13的化学方法对铝蚀刻的研究表明，铝蚀刻速率随着氯气流的增加而增加，并且对施加的射频功率不敏感。英思特利用BClr CI2、SiClr C12和He-SiClClcCl2的化学方法，研究了纯Al薄膜的等离子体蚀刻率行为。

实验与讨论

本研究中使用的不锈钢腔室直径30厘米，高22厘米，蚀刻的切片位于较低的射频供电电极上。两个电极直径15厘米，由6061硬质阳极氧化铝构成。工艺气体通过顶部“淋浴头”模式的接地电极进入。电极间距为4 cm，电极温度均保持在40℃。使用针阀调整流速，并从隔离室的压力上升速率中确定。工艺压力使用节流阀进行控制，并使用电容压力计进行测量。

图1中看到的铝蚀刻速率和电压(即离子能量)之间的密切相关性与等离子体实验的结果形成对比，后者发现铝蚀刻速率与离子轰击能量无关。这种明显不一致的原因在于是否存在蚀刻残留物。等离子体束实验使用纯氯气等离子体，不可能去除掩模残余物。

 图1：AI蚀刻率，射频峰峰电压，发展降压与总压碳化硅

我们发现，总气体流量超过200sccm导致了铝蚀刻过程中Cl2消耗的问题。假设氯气在AI上的粘附系数统一，最大可能的蚀刻速率等于2/3 ，Cl通量与氯气分压成正比。对于P（CI2）= 30fl，我们计算出最大的铝蚀刻率为5X105A/min。参见图2显示，测量的蚀刻速率仅为1.5X104A/min。最大可能的蚀刻速率和实际蚀刻速率之间的差异系数为30，这进一步证实了我们的假设，即实验结果是无载荷蚀刻条件的特征。

 图2

结论

英思特通过使用蚀刻化学物质实验研究表明，Al的等离子体蚀刻速率由两个因素决定:(1)蚀刻表面上形成的残余物（例如si的浓度），(2)CI2的冲击通量增加了离子的能量，从而在蚀刻表面减少了这些掩模残留物的浓度，从而增加了蚀刻率。这些掩模残留物的存在，被认为是实现可控蚀刻工艺的关键。