40nm BSI CMOS Image Sensor预览

上依赖于中间刻蚀停止介质层（例如碳化硅或氮化物薄膜）来精确控制深度，并防止对底层导电特征造成过刻蚀 [A1]。驱动该步骤的基本物理机制是离子辅助化学刻蚀，这对于断开介质材料的强共价键至关重要 [P2]。在双频电容耦合等离子体（CCP）系统中，高频功率用于产生等离子体和活性自由基，而低频功率则独立控制加速穿过等离子体鞘层的离子的动能 [P3]。含氟气体被引入反应腔，在腔内离解为氟自由基和氟碳物种，与层间介质的Si-O-C-N-H网络发生化学反应 [P4]。氟自由基与硅反应生成高挥发性的SiF4副产物，同时加速的离子轰击打破表面原子键并促进这些反应产物的脱附 [P4]。与此同时，含碳自由基在特征侧壁上生成一层氟碳聚合物，通过抑制侧向化学侵蚀来确保各向异性轮廓 [P4]。特定氟碳气体化学成分（例如与氧气或氩气混合的CHF3或CF4）的选择，取决于在垂直刻蚀速率与表面聚合程度之间取得平衡的需求 [P4]。调节气体流量比从根本上决定了这种聚合/刻蚀平衡，这是实现对掩模和底层刻蚀停止层高刻蚀选择比的主要因素 [P3]。RF偏置功率是离子轰击能量的主要调节参数；如果能量过低，表面会完全聚合导致刻蚀停止，但如果能量过高，则可能引入严重的晶格损伤并降低选择比 [P2]。此外，腔室压力会影响离子的平均自由程，直接改变侧壁轰击的角度分布以及挥发性副产物的排出效率 [P1]。在纳米尺度技术节点，互连堆叠经常采用低k介质（如多孔a-SiOC:H）以最小化寄生电容延迟 [P4]。与传统的致密SiO2相比，在这些介质薄膜中引入碳和氢从根本上改变了其基准刻蚀选择比，缩小了可行的工艺窗口 [P4]。因此，要实现可靠的自对准通孔结构并防止紧密排列的先进节点互连之间的经时介质击穿（TDDB），需要在该特定RIE阶段期间对互补介质填充和刻蚀停止机制进行精确控制 [A2]。