40nm BSI CMOS Image Sensor预览

Bond Pad Metal 7 Barrier Etch

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Ashing & Strip/Clean

Final Inspection
382Bond Pad Opening 1 - Photo383Upper OCL Coating Etch384Ashing & Strip/Clean385Bond Pad Opening 2 - Photo386Upper Grid Seal Layer Etch387Optical Pad 3 Etch388Lower OCL Coating Etch389Lower OCL Etch390Optical Pad 2 Etch391Optical Pad 1 Etch392Oxide Grid Seal Layer Etch393BPMD Etch394HKD/AR2 Etch395HKD/AR1 Etch396RIE etch, Si Back etch397Ashing & Strip/Clean398Bond Pad Opening 3 - Photo399Si Etch400Pad Oxide Etch401CESL 1 Etch402CESL 2 Etch403PMD 1 Etch404PMD 2 Etch405PMD 3 Etch406PMD 4 Etch407PMD 5 Etch408RIE etch ILD 1-1 Etch409RIE etch ILD 1-2 Etch410RIE etch ILD 2-1 Etch411RIE etch ILD 2-2 Etch412RIE etch ILD 3-1 Etch413RIE etch ILD 3-2 Etch414Bond Pad Metal 7 Barrier Etch415Ashing & Strip/Clean

工艺截面图

ISP WaferBond Pad (M7 Al)CIS Wafer · BacksideBONDPAD · B52 · Ashing & Strip/CleanGrid SealWTiNBPMDTaOAlOP+ implanted regionSiCESLSiO2CuTaAlLensProtective OxideOrgGBRCyUpper SealOptical Pad 3Lower OCLSiNSiONOptical Pad 1

本步要点

湿法剥离化学制剂必须具备高刻蚀选择性,在彻底溶解刻蚀后聚合物及含金属残留物的同时,不得腐蚀暴露的铜和钨等互连材料 。

原理展开

在40nm BSI CMOS图像传感器工艺流程中,最终的灰化与剥离/清洗步骤位于Bond Pad Metal 7阻挡层刻蚀之后,旨在全面去除高度交联的光刻胶及刻蚀后残留物 。在先前的阻挡层刻蚀过程中,卤素基等离子体与Ta/TaN阻挡层及下方的铜发生反应,生成复杂的氟碳聚合物和有机金属副产物 。如果处理不当,这些残留物会形成一层高电阻界面层,严重降低金属-半导体或金属-金属界面的接触电阻,最终影响器件功耗和信号完整性 。与旨在制备中间通孔或沟槽结构的

内部集成灰化步骤(例如:步骤#11、#17)不同,该最终模块步骤严格针对片外连接所需的顶层金属化结构进行准备 (工程实践)。在此处获得纯净的焊盘表面,是晶圆进行最终检查(Final Inspection)和出厂(Fab Out)前实现可靠引线键合或倒装芯片封装的必要前提 (工程实践)。

该清洗工艺的物理和化学机制依赖于对坚固残留物网络进行结构性改性,随后进行针对性的化学溶解 。传统的高温氧等离子体灰化容易使光刻胶硬化并引发热化学交联,导致形成顽固的富碳聚合物残留 。为规避这一问题,先进的剥离工艺通常采用紫外线(UV)辐照,诱导聚合物主链中的C-C键和C-F键发生光化学断裂 。这种链断裂降低了氟碳外壳的分子量和交联密度,提高了表面润湿性和溶剂渗透性 。改性完成后,通过使用特定有机溶剂、螯合剂和温和氧化剂的湿法清洗化学制剂,化学溶解碎片化的聚合物并络合金属残留物 。同时,施加兆声波能量等声学振动以诱导空化和微流效应,提供机械能量,从而加速质量传递,并将被削弱的残留物从焊盘侧壁物理剥离 [P2, P3]。

化学制剂的选择和工艺参数的设定需要在清洗效率与材料兼容性之间取得微妙平衡 。湿法剥离化学制剂必须具备高刻蚀选择性,在彻底溶解刻蚀后聚合物及含金属残留物的同时,不得腐蚀暴露的铜和钨等互连材料 。含有选择性氧化剂(如特定的铵盐)的配方可以氧化目标残留物,而长链烷基胺等缓蚀剂则会选择性吸附在洁净的金属表面,以抑制非预期的刻蚀 。参数交互作用起着关键作用;例如,提高溶剂温度或兆声波功率会加速溶解动力学,但同时也会增加溶剂渗入邻近多孔介质或导致金属焊盘表面出现局部点蚀的风险 。相反,UV改性剂量不足会使高度交联的含氟聚合物保持完整,导致随后的化学溶解无效 。

对于纳米尺度技术节点,减轻等离子体对后段工艺(BEOL)多孔低k介质的损伤是采用这些专用剥离/清洗序列的主要驱动力 。传统的氧基或氟基等离子体剥离会通过破坏Si-CH3键并从低k基质中提取碳来造成严重损伤,导致吸湿并引起介电常数的有害升高 。无等离子体改性、选择性湿法化学制剂与受控声学物理辅助的结合,提供了一种集成解决方案,能够在彻底清洁焊盘形貌的同时,保持周围先进互连介质的结构和电气完整性 [P2, P3]。

风险与挑战

  • [高] 金属互连腐蚀:未优化的湿法化学工艺,特别是那些氧化剂浓度过高或钝化抑制剂不足的工艺,可能会对焊盘底部的裸露铜或阻挡层金属产生电化学侵蚀 。这会导致局部点蚀或结构变薄,从而增加接触电阻并降低最终封装键合的机械可靠性 。
  • [中] 碳氟化合物残留清除不完全:紫外线辐射剂量不足或化学溶剂活性较低,无法在前道阻挡层蚀刻过程中产生的高交联 C-F 聚合物网络中实现充分的光化学断链 。残留的聚合物外壳会起到绝缘阻挡层的作用,从而显著增加键合焊盘界面的比接触电阻 。
  • [中] Low-k 介质退化:过度暴露于极性极强的有机溶剂或强力清洗化学品中,会侵蚀相邻的多孔 Low-k 介质,渗透进孔隙结构并置换疏水官能团 。这种化学改性会导致吸湿,进而增加介电常数,并降低线间电容和隔离可靠性 。
  • [低] 蚀刻后金属残留再沉积:含卤素的蚀刻副产物(如氯或氟与溅射铝或铜反应生成的物质)会形成有机金属络合物;如果湿法清洗缺乏足够的螯合能力,这些物质可能会重新沉淀在结构表面 。这些再沉积的金属岛可能会充当微掩膜缺陷,或在介质侧壁沿线产生局部漏电路径 。

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相关步骤

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  • ILD 6-2 Oxide Etch
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