40nm BSI CMOS Image Sensor预览

电阻，这是影响整体互连 RC 延迟性能的关键参数 [T2]。此步骤与类似的 SiCN 刻蚀（如 ILD 1-1 或 3-1）不同，因为它专门用于连接 M2 到 M3 互连层，需要进行精确调整以适应 40nm 节点特定的通孔纵横比和下方的 M2 金属密度 [A1]。此刻蚀步骤的物理机制依赖于由氟化等离子体化学驱动的反应离子刻蚀（RIE）[P2]。具体而言，等离子体中产生的氟原子和氟碳自由基（CFx）与 SiCN 层中的 Si-C 和 Si-N 键发生化学反应，形成诸如 SiF4 和碳氧化物等挥发性副产物，并随后被抽离腔体 [P2]。同时，物理离子轰击加速了这些反应产物的解吸并破坏表面化学键，提供了保持通孔侧壁垂直所需的各向异性 [P2]。SiCN 层与上方 ILD 氧化层之间的刻蚀选择比是一个关键机制；必须仔细调整氟化气体混合物，以确保在去除 SiCN 的同时，不会过度侵蚀周围的低 k 电介质 [P2]。此外，下方的金属起到了物理停止层的作用，但等离子体绝不能将过多的金属溅射回通孔侧壁，否则可能导致严重的可靠性问题 [A1]。SiCN 被专门选作刻蚀停止层和阻挡层，是因为当其质量密度超过 2.0 g/cm³ 时，能够提供针对铜和水分扩散的密封 [P3]。在 SiCN 刻蚀过程中，通常会选择高选择性的氟化化学气体（如 CF4/O2 或 CHF3）来保持结构保真度 [P2]。CHF3 化学气体具有很强的聚合性，有助于在侧壁覆盖一层氟碳聚合物，从而在 SiCN 穿透过程中保护通孔的关键尺寸（CD）[P2]。然而，必须在强聚合气体的使用与在裸露金属上留下厚重氟碳残留的风险之间取得平衡 （工程实践）。这些残留物需要随后通过剥离或还原性 N2/H2 等离子体进行去除，而这可能会在周围的低 k ILD 上引发竞争性的材料去除和表面致密化过程 [P1]。离子动能与自由基化学活性之间的相互作用决定了刻蚀的最终表面形貌和穿透深度 [P1]。在 40nm 节点，器件尺寸的持续微缩显著增加了互连寄生电容的影响，因此需要在 SiCN 阻挡层旁边使用低 k 或多孔 ILD 材料 [T3]。随着通孔关键尺寸的缩小，纵横比增加，这使得反应物种更难到达通孔底部以清除 SiCN 层 [P3]。必须严格控制等离子体参数，以防止等离子体诱导损伤或对暴露出的低 k 氧化物侧壁造成致密化，否则可能会无意中增加有效介电常数并降低 RC 性能 [P1]。此外，在此 SiCN 穿透过程中保持通孔的几何完整性，对于防止自对准失效或因电场集中导致的后续经时介电击穿（TDDB）退化至关重要 [A2]。