Ashing & Strip/Clean - 40nm 工艺步骤

化学品中还集成了腐蚀抑制剂（如长链伯烷基胺），以选择性地吸附在暴露的底层金属上，防止氧化腐蚀。

在 ILD 4-2 氧化物刻蚀之后，晶圆上包含已图案化的 Metal 5 沟槽，内部填充有刻蚀后的本体光刻胶、底部抗反射涂层（BARC）残留物以及氟碳基聚合物侧壁钝化层。此灰化与剥离/清洗步骤的目的是在不损伤底层多孔低 k 层间介电层（ILD）的前提下，彻底清除这些有机掩模和等离子体诱导的残留物。该操作旨在制备一个原始、无缺陷的介电空腔，这对后续保形沉积 Ta 基阻挡层和铜种子层至关重要。与处理稳健二氧化硅的底层前段工艺清洗不同，此 MET5 步骤专门针对超低

k（ULK）有机硅酸盐材料，因此在积极去除残留物与保持介电性能之间取得平衡显得尤为关键。

该步骤的物理和化学机制依赖于自由基挥发和溶剂溶解的精密序列 （工程实践）。为了避免严重的等离子体损伤，传统的氧气（O2）等离子体灰化在很大程度上已被还原性化学工艺所取代，例如基于 H2 或 H2O 蒸气的等离子体，这能最大程度减少对低 k 基质中保护性甲基（Si-CH3）键的剥离 [P3, P4]。在干法灰化之后，采用高度专业化的湿法清洗化学工艺来溶解残留的高交联有机金属结壳和氟碳（CFx）聚合物。该溶剂体系渗透进残留物网络，通过化学络合以及对酯类和内酯类等官能团的选择性溶剂化作用，破坏其界面附着力。在先进工艺中，可在湿法清洗前进行纳米尺度的紫外（UV）辐射，通过光化学方式切断氟聚合物主链中的 C-C 和 C-F 键，从而显著提高溶剂润湿性和去除效率。

剥离化学品的材料与参数选择受到高残留溶解度和低 k 兼容性双重要求的严格限制。湿法配方通常包含特定的水溶性有机溶剂、碱性成分，有时还包含微量金属离子，以调节界面表面张力并抑制对多孔 ILD 的化学侵蚀。为了克服高深宽比纳米尺度沟槽内的质量传输限制，经常使用兆声波搅拌来产生空化和微射流，从而加速残留物-基底界面处的溶解动力学。此外，化学品中还集成了腐蚀抑制剂（如长链伯烷基胺），以选择性地吸附在暴露的底层金属上，防止氧化腐蚀。清洗后，系统地采用低压高温烘烤工艺，以驱除低 k 孔隙内残留的有机溶剂，从而恢复材料原始的介电常数。

在 40nm 节点，持续的尺寸微缩使得互连 RC 延迟成为芯片性能的主要瓶颈。高度多孔的掺碳氧化物（CDO）电介质的集成极大地收窄了刻蚀后清洗的工艺窗口。即使是轻微的等离子体诱导致密化或溶剂残留，也可能导致线间电容出现不可接受的偏移并诱发漏电流。因此，此 MET5 步骤依赖于高度优化的、低损伤的混合或全湿法工艺策略，以确保在不引起脆弱纳米结构坍塌的情况下彻底清除残留物。

[高] Low-k 电介质损伤（k值退化）：暴露于强氧化性氧等离子体或高极性湿法溶剂中会破坏多孔 ILD 中低极性的 Si-CH3 键，将其转化为亲水性的硅羟基 (Si-OH) 基团。这种化学转化会导致严重的吸湿现象，从而大幅提高介电常数并加剧互连 RC 延迟。
[高] 碳氟化合物残留去除不彻底：在常规湿法有机溶剂中，ILD 氧化层刻蚀抗蚀剂溶解期间会产生故意沉积的高交联 CFx 聚合物网络。如果这些侧壁残留物无法通过 UV 链断裂或先进的溶剂络合作用充分降解，它们会在物理上阻碍后续的 Ta-liner 沉积，导致阻挡层附着力变差及可靠性失效。
[中] 金属互连腐蚀：在通孔底部清洗阶段，湿法剥离配方中的反应性氧化剂或缓冲不当的 pH 值可能会对暴露的下层铜或钨互连产生电化学侵蚀。如果没有来自选择性吸附腐蚀抑制剂（如伯烷基胺）的充分钝化，金属结构会遭受电偶腐蚀或点蚀。
[中] 超声波诱发的图案坍塌：虽然声能对于增强深槽中的化学质量传输是必要的，但过大的超声波功率会产生剧烈的瞬态空化效应。来自塌陷微射流的强烈局部压力可能会使定义纳米尺度特征的高度多孔且机械脆弱的 low-k 电介质侧壁发生机械断裂或坍塌。

化学品中还集成了腐蚀抑制剂（如长链伯烷基胺），以选择性地吸附在暴露的底层金属上，防止氧化腐蚀。

k（ULK）有机硅酸盐材料，因此在积极去除残留物与保持介电性能之间取得平衡显得尤为关键。

[高] Low-k 电介质损伤（k值退化）：暴露于强氧化性氧等离子体或高极性湿法溶剂中会破坏多孔 ILD 中低极性的 Si-CH3 键，将其转化为亲水性的硅羟基 (Si-OH) 基团。这种化学转化会导致严重的吸湿现象，从而大幅提高介电常数并加剧互连 RC 延迟。
[高] 碳氟化合物残留去除不彻底：在常规湿法有机溶剂中，ILD 氧化层刻蚀抗蚀剂溶解期间会产生故意沉积的高交联 CFx 聚合物网络。如果这些侧壁残留物无法通过 UV 链断裂或先进的溶剂络合作用充分降解，它们会在物理上阻碍后续的 Ta-liner 沉积，导致阻挡层附着力变差及可靠性失效。
[中] 金属互连腐蚀：在通孔底部清洗阶段，湿法剥离配方中的反应性氧化剂或缓冲不当的 pH 值可能会对暴露的下层铜或钨互连产生电化学侵蚀。如果没有来自选择性吸附腐蚀抑制剂（如伯烷基胺）的充分钝化，金属结构会遭受电偶腐蚀或点蚀。
[中] 超声波诱发的图案坍塌：虽然声能对于增强深槽中的化学质量传输是必要的，但过大的超声波功率会产生剧烈的瞬态空化效应。来自塌陷微射流的强烈局部压力可能会使定义纳米尺度特征的高度多孔且机械脆弱的 low-k 电介质侧壁发生机械断裂或坍塌。

40nm BSI CMOS Image Sensor预览

工艺截面图

本步要点

原理展开

风险与挑战

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