40nm BSI CMOS Image Sensor预览

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该工艺依赖于利用氟碳化合物等离子体的反应离子刻蚀（RIE）[P1]。其基本机制结合了物理离子轰击与化学反应性 [P2]。在等离子体鞘层中加速的高能离子会破坏介电层中的结构键，而中性氟和 CFx 自由基则与表面发生反应，生成 SiF4 和 COx 等挥发性副产物 [P1]。此过程遵循 Langmuir–Hinshelwood 表面动力学，其中刻蚀速率在很大程度上取决于自由基的吸附覆盖率和离子辅助的产物解吸 [P2]。同时，富碳自由基在沟槽侧壁上形成一层氟碳聚合物层，防止横向化学侵蚀，从而实现高密度 BEOL 互连所需的各向异性轮廓 [P1]。

氟碳化学的选择取决于在硅-氧-碳基 ILD 和硅-碳-氮（SiCN）刻蚀停止层之间实现高刻蚀选择比的需求 [P1]。通过调节等离子体中的氟碳比（F:C ratio），工程师可以精确调节保护性聚合物沉积与主动化学刻蚀之间的平衡 [P2]。较低的 F:C 比可增强所有表面上的聚合物形成，从而提高对底层 SiCN 层的选择比，但这需要更高的离子能量来物理击穿沟槽底部的聚合物，以维持向下刻蚀 [P1]。在优化的衬底温度下运行可进一步调节反应副产物的挥发性，防止可能导致严重轮廓畸变的过度侧壁沉积 [P4]。

在 纳米尺度 技术节点，对互连 RC 延迟的严格限制要求使用低 k 或多孔 SiOCH 介电材料 [P2]。与标准的 SiO2 相比，这些低 k 材料的机械强度明显较弱，且更容易受到等离子体损伤 [P4]。将器件尺寸缩减至该量级，加剧了开关速度与寄生电容之间根本性的物理权衡 [T2]。因此，ILD 4-2 刻蚀必须最大限度地减少等离子体诱导的损伤，即剥离低 k 薄膜中的碳，因为这会局部增加介电常数 [P2]。纳米尺度 多层互连可靠性所要求的严格关键尺寸（CD）控制，使得管理局部刻蚀负载效应对于防止系统性图案坍塌至关重要 [P3]。