硬掩膜承接并保存图形,让目标材料只从指定开口被去除;刻蚀停止层利用材料去除速率的差别,在刻蚀到达某一界面时提供保护或工序切换的余量。两者都可能使用氮化硅,但材料名称相同不等于任务相同。判断一层膜的角色,要看它处在目标材料的哪一侧,以及后续刻蚀希望保留哪条边界。
先沿开口看硬掩膜
光刻胶里的细小图形需要向更深的介质转移。若图形载体在转移结束前被消耗,开口就会变宽、边缘失真,甚至失去原来的位置约束。硬掩膜提供更耐受后续刻蚀的图形载体,使成像和深层材料去除能够分开优化。
14nm 第 165 步沉积 SiN 硬掩膜。此时膜还没有被打开,不能把整片覆盖层当成已经完成的接触。后续图形化才把“哪些位置允许刻蚀”写进这层材料。图中的任务是建立承接图形的表面,不是展示终点检测。
SiN 硬掩膜沉积后的覆盖状态,图中尚未打开接触图形。
Process checkpoint · 工艺坐标
理解 PECVD SiN Hardmask Deposition 的工艺作用
找出尚未打开的硬掩膜,再看介质开口如何向下转移。
与「硬掩膜与刻蚀停止层:一个管开口,一个管边界」相关的流程位置:14nm FinFET · CONTACT_SC · Step 165
再沿深度看停止层
即使开口位置正确,向下刻蚀也不能无限继续。当目标介质被去除到指定界面时,较慢被去除的材料可保护下层结构,或者允许流程切换到另一段刻蚀条件。这是停止层的职责。停止不是绝对不反应;过度去除仍可能消耗它,选择性不足也会缩小保护余量。
第 173 步的说明同时提出图形转移、深度控制和对栅盖层/侧墙的保护要求。它说明接触刻蚀必须同时处理多条边界,但当前截面示意图只展示上部介质起刻。图上看不到刻蚀已经到达终止层,就不能以这张图宣称停止成功。
上部介质沟槽起刻;本图不能证明刻蚀已到达下方终止层。
为什么不能把每层 SiN 都叫停止层?
SiN 可出现在硬掩膜、栅极保护结构或其他集成位置。刻蚀选择性总是相对于正在去除的材料和所用化学环境而言。 上方被图形化的 SiN 在承接开口时发挥硬掩膜作用;下方受到保留的材料可能承担终止或保护作用。材料可以复用,位置和职责仍须分别判断。
同样,CMP 停止层依靠的是抛光去除行为,不能仅因名称含有“停止”就拿来证明等离子体刻蚀的停止效果。
用两个问题检查一张截面图
先问“哪一层保存横向图形”,再问“刻蚀走到哪里需要停下或换工序”。如果开口宽度不对,应检查图形转移和掩膜损失;如果深度越过预期边界,应检查界面保护与选择性。二者可以相互耦合,却不是同一种失效。
来源
参考来源
Study of the SiO2-to-Si3N4 etch selectivity mechanism in inductively coupled fluorocarbon plasmas and a comparison with the SiO2-to-Si mechanism
M. Schaepkens, T. Standaert, N. R. Rueger, Pgm Patrick Sebel, G. Oehrlein, J. M. Cook