铜互连为什么不用干法刻蚀的方法？

张明 0 2023-11-22

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干法刻蚀铜互连

在芯片制程中，很多金属都能用等离子的方法进行刻蚀，例如金属Al，W等。但是唯独没有听说过干法刻铜工艺，听的最多的铜互连工艺要数双大马士革工艺，为什么？

为什么没有干法刻蚀铜工艺？

铜的刻蚀难以生成易挥发物质，生成物会附在晶圆表面，生成物的再沉积了影响下方Cu的刻蚀速率和均匀性，甚至导致Cu刻蚀的停止。

一般金属的干法刻蚀通常需要目标材料与刻蚀气体反应生成易挥发的化合物。例如：

铝刻蚀:

2Al+3Cl2→2AlCl3

钨刻蚀:

W+Cl2→WCl6

钛刻蚀:

Ti+2Cl2→TiCl4

AlCl3,WCl6,TiCl4均是可挥发的物质，可以通过真空系统从刻蚀腔室中抽出。

Cu与Cl2或F自由基的反应式为：

Cu+Cl2→CuCl2或CuCl

Cu+F*→CuF2

CuF2,CuCl，CuCl2的物化性质？

外观：CuF2，白色或绿色晶体；CuCl，白色或浅绿色的粉末；CuCl2，棕黄色至绿色的粉末。

相态：在常温下，CuF₂，CuCl，CuCl2均是固态物质。

密度：CuF₂，4.23 g/cm³；CuCl2，3.386 g/cm³；CuCl，4.14 g/cm³。

熔点：CuF₂，785°C；CuCl,约为430°C;CuCl2,993°C。

铜刻蚀有哪些方法？

1，在线宽很小的芯片制程中，无法用干法刻蚀，也无法用湿法刻蚀，因为湿法刻蚀铜在纳米尺度上难以实现高度均匀和精确的控制，一般湿法刻蚀在线宽为3um以上比较适用。因此，在大多数芯片制程中只能使用双大马士革工艺进行Cu互连。

2，当线宽较大时，可以用湿法刻蚀来除去Cu。湿法刻蚀是使用液体化学品来去除材料的过程，对于铜这样的金属，需要使用特定的化学溶液进行去除。对于大面积的铜层，如电镀铜的种子层或较粗的铜线路，湿法刻蚀是一个有效且经济的选择。

3，Cu层较薄时，可以考虑用IBE（离子束刻蚀）去除。但是IBE不是主流的除铜方式，因为它的速率较慢+Cu容易再沉积。IBE使用Ar离子轰击晶圆表面，Ar离子与晶圆表面的碰撞使Cu发生物理剥离，但是IBE设备的成本相对较高，且处理速率比化学刻蚀方法慢很多。

内容来源：Tom聊芯片智造

责任编辑：展源

审　　核：何发