Le document traite des procédés de gravure du métal, en détaillant les paramètres et les gaz utilisés dans les étapes de gravure pour différents matériaux. Il aborde également les problèmes de corrosion associés aux procédés de gravure, en proposant des solutions pour minimiser ces effets néfastes. En conclusion, la gravure du métal est identifiée comme l'une des étapes les plus difficiles dans les technologies de fabrication, nécessitant un contrôle rigoureux.

1. 1
Gravure du Métal
Zone Gravure sèche
Naît bouda Abdelyamine

2. 2
Plan de travail
Introduction
les sources TCP
Gravure du métal
phénomène de corrosion et prévention
conclusion

3. 3
Processsteps Parameters Comments
Etch Oxide 1% HF (BPSG) Pre metal dip
PVD Metal 1 15 nm Ti + 100 nm TiN
500 nm AlCu
50-70 nm TiN ARC Layer
(if only Metal 1, 800 nm AlCu)
Stuffing
Option:
soft sputter etch
ARC layer only
for second metal
10. mask (MEI) Metal 1 Interconnect
Lithography HiPR 6517 2.0 µm
DUV Resist Hardening
RIE metal 1 including:
resist partial rmoval
corrosion passivation CF4/O2
H2O rinse
Resist Removal/Clean O3 Fusion, Organic Stripper
1,0 µm CMOS-
Process
p+
-Substrate
p-
-Epi Layer
n-Wellp-Well
Procede CMOS du CDTA
Métallisation
TEOS ET BPSG
Introduction

4. 4
REACTEUR TCP
Densité d’ions importante à faible pression :
0.1 ~ 10mT

5. 5
Lam TCP 9400 US 6218309 FORMATION DE
STRINCHE GRAVURE DU NITRURE

6. 6
Dans les source RIE (couplage capacitive) le
flux d’ions et l’énergie sont relié au
générateur RF de l’électrode inférieure
Impossible de découplé la la densité et
l’énergie des ions
Le générateur RF source qui Le courant
variable qui circule dans la bobine génère un
champ magnétique variable qui génère a sont
tour un champ électrique d’où une densité
importante du plasma ( soutienne le plasma )
→ contrôle du flux d’ions
Dans les sources HDP(couplage inductive)
(TCP ou ICP) la pression de travail et faible
quelque mTorr→ MFP→ amélioré
l’uniformité
L’électrode inférieure polarisé par un
deuxième générateur RF→ qui contrôle
l’énergie des ions de bombardement
)(
50
)(
mTorrp
cmMFP == λ

7. Source TCP
La densité du plasma et l’énergie
des ions sont découplé

8. 8
Gaz utilisé pour la gravure du métal
•Les gaz fluoré utilisé pour la gravure du SiO2 ,Si et nitrure ne sont pas utilisé
pour la gravure du métal ???
le produit de la réaction de gravure n’est pas volatile :
ALF3 a 100 mTorr < 60° reste s a l’état solide
Température d’ébullition est de 1291° 1 atm
Alors que AlCl3 qui est volatile et a une température d’ébullition de 177.2° a 1
atm
Les plasma chloré sont une alternative pour la gravure
du métal
Cl2 / BCl3 / CCl4 / CHCl3 / SiCl4.
mais le chlore Cl2 ne grave pas la fine couche d’oxyde
native d’aluminium Al2O3( de 30A°)
des gaz aditif tel que Ar , N2 CF4 CHF3,SF6

9. 9
Aluminium
+ ~0.5% Cu
+ 0-1% Si
Photoresist
ARC
Oxyde Barrier
ARC (Antireflective Coating) →couche de TiN
TiN= 100 a 200 nm
Aluminium : AlCuSi =500 nm (1% Si et 2 à 4% de Cu )
NORMALEMENT 0.5% d’apres ibm
Barrière : Ti =15 nm et TiN= 100nm ou TiW
Configuration du métal dans le procédé CMOS
TiN
Ti/TiN
AlCuSi

10. 10
Introduire du Si dans aluminium au delà de sa valeur de solubilité limite
Freinage de la diffusion du silicium dans Alu. Typiquement :
 Alu + 2% Si la est de résistivité 2,9 µΩ.cm contre 2,7 µΩ.cm pour
l’Aluminium pur.
résistivité de l’Al+4%Cu : 3 µΩ.cm
AlAl Al + 3 ClAl + 3 Cl
Al + 3 ClAl + 3 Cl AlCl3 ou AlAlCl3 ou Al22ClCl66 dépend
de la temperaturede la temperature
AlCl3 et ALAlCl3 et AL22CLCL66 sont des produits vollatilessont des produits vollatiles
CuCl3 volatile mais au-delà de → 200°C

11. 11

12. 12
duficulté de gravé alcu
avec une concentration
de cu grande
Le cuivre aggrave le problème de la corrosion–par effet électrochimique

13. 13

14. 14
Gaz du lam TCP 9600
• Cl2 100 sccm
• BCl3 100 sccm
• SF6 100 sccm
• N2 20 sccm
• CHF3 50 sccm
• Ar 100 sccm
• Backside Cooling : He 50 sccm /
• O2 500 sccm
• CF4 200 sccm
• H2O 500 sccm

15. 15
• Les gaz du process:
Cl2: gaz de gravure principal du metal
BCl3: gravé la couche native de Al2O3.
Ar : les ion de bombardement toujours
utilisé dans la premiere étape
N2: Utilisé pour augmenter l’uniformité de la
gravure et aussi utilisé pour la recette
d’autoclen de la chambre de gravure
CHCl3: gaz de gravure secondaire aussi utilisé pour
formé les sidewall polymer.
SF6: et CF4 pour la passivation de laluminium utilisé
pour elimine les residu de l’aluminium
O2: dans le DSQ pour resist stripping
H2O avec N2:dans le passivation module le APM
pour dilué les résidu d’aluminium

16. 16
Temperature: 25 °C
Gases:
BCl3
- 40 sccm
Cl2
- 10 sccm
Pressure: 30 mTorr
Power: 125 W
DC-bias: 250 V
Etch Rate: 500-2000 Å/m

17. 17
Quels sont les paramètres favorisant l’anisotropie ?
Passivation des parois
Une re-déposition d’un matériau passivant à effectuer sur les parois
CxClyAl
Resist mask
Plusieurs origines :
La gravure partielle du masque. Les produits sont réinjectés dans le
plasma et se redéposent sur les parois
Condensation de certaines molécules ou atomes provenant du mélange
de gaz
Utilisation des gaz tel que :
CHCl3 CCl4

18. 18
Densité des ions
Densité ionique est le paramètre fondamental ⇒
Plus le taux R = flux d’ions / flux de neutres est importante, meilleure est
l’anisotropie.
Le flux d’ions dépend de la chimie du mélange gazeux mais
aussi des paramètres électriques
Compromis à faire : énergie des ions/densité des ions

19. 19

20. 20
AlSi etching using Cl2/BCl3 chemistry (on STS Multiplex ICP)
• selectivity Al:RP ≈ 2:1,
• ER: 0.2 to 0.5 um/min.

21. 21
1) Remove native oxide with BCl3
2) Etch Al with Cl-based plasma
3) Protect fresh Al surface with thin
oxidation
Les trois étapes de la gravure du métal

22. 22
Recette standar pour la gravure de l’aluminum avec le LAM 690
Step #1 Step #2 Step #3
PRESSURE
[TORR]
250 250 250
RF TOP
[WATTS]
0 250 250
BCl3 [SCCM] 50 50 50
N2
[SCCM] 50 50 50
Cl2
[SCCM] 30 30 20
CHCl3
[SCCM] 30 30 35
SF6
[SCCM] 0 0 0
COMPL
[STABILITY OR
TIME]
[TIME &
ENDPOIN
T]
[OVERETCH]
MAX/WAIT
[MIN:SEC]
00:30 3:00 50%
Step #4 Step #5
0 0
0 0
0 0
100 0
0 0
0 0
0 0
[TIME] [RECIPE]
00:10 00:00

23. 23
Recette de Nettoyage de
La Chambre LAM 690
Step #1 Step #2
PRESSURE
[TORR]
250 0
RF TOP [WATTS] 250 0
BCl3
[SCCM] 0 0
N2
[SCCM] 100 0
Cl2
[SCCM] 0 0
CHCl3
[SCCM] 0 0
SF6
[SCCM] 0 0
COMPL [TIME] [RECIPE]
MAX/WAIT
[MIN:SEC]
10:00 00:00
Recette de gravure de la resine
AVEC LE LAM 690
Step #1 Step #2
PRESSURE
[TORR]
1 0
RF TOP
[WATTS]
400 0
GAS1[SCCM] 0 0
GAS2 (CF4
)
[SCCM]
90 0
GAS3 (O2
)
[SCCM]
10 0
COMPL [TIME] [RECIPE]
MAX/WAIT
[MIN:SEC]
1:00 00:00

24. 24
Step 1 2 3 4 5
Pressure 11 11 8 8 10
RF_Upper 0 800 400 400 400
RF_Lower 0 325 350 350 350
BCL3 (100) 64 64 35 35 23
O2 (200) 0 0 0 0 0
CL2 (200) 96 96 70 70 92
N2 (100) 0 0 0 0 0
SF6 (200) 0 0 0 0 0
Ar (100) 0 0 0 0 0
He 10 10 10 10 10
Completion Stab EndPnt EndPnt Time Time
Time 30 145 60 5 27
1) ARC Etch / Main Etch
2) Barrier Etch
3) Overetch
Recette de gravure du métal avec le LAM TCP 9600
vitesse de gravure de 600A°/mn

25. 25
0
3000
6000
9000
12000
15000
18000
21000
24000
27000
30000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Time Elapsed (seconds)
SignalIntensity(counts)
0
1000
2000
3000
4000
5000
703 nm
261 nm
ARC
etch
Main etch
Overetch
261.8 nm - AlCl line
Signal falls at aluminum endpoint, at Ti/TiN barrier endpoint
703 nm - Fluorine line and broad Continuum Signal
Signal rises at aluminum endpoint, falls at Ti/TiN barrier
endpoint
Utilisation d’un photodetecteur a

26. 26
1) ARC Etch
2) Main Etch (Aluminium)
3) Barrier Etch
4) Overetch
Photoresist
ARC
Barrier
Oxide
Aluminium
Exemple du endpoint
1 2 3

27. 27
Problème de corrosion
• Constitue un handicap majeur de la métallisation lorsque
cette dernière est effectuée après l’emploi de chimies de
gravure chloré. La corrosion est destructive pour les
circuit intégrés puisqu’elle se traduit a la fois par des
coupures de lignes et par des court circuits, qui
représentent des dégradations irréversible.
• La corrosion de l’aluminium est bien connue et se
produit a la sortie des bâtis de gravure, lorsque les
composés chlorés réagissent avec l’humidité présente
dans l’air ambiant pour produire de l’acide chlorhydrique
par hydrolyse

28. 28
Problème de corrosion
la réaction de gravure L’aluminium :
Al + Cl2 → AlCl3
la réaction de corrosion
AlCl3 + 3H20 → Al (OH) 3 + 3HCl
2Al (OH) 3+6HCl+6H20→2Al (Cl3).6H20 →
Al2O3+9H2O+6HCl
Essentiellement le HCl agit comme catalyseur dans la
corrosion

29. 29
Problème de corrosion
Ref : silicon processing for
the VLSI ERA volume1-
process tecnnology page
563

30. 30
Prevention contre la corrosion
L’Approche est d’enlever en maximum possible les
résidus de chlore juste après la gravure
Enlevé la résine immédiatement c’est a dire insitu,avec
la gravure du métal.
Lavé avec l’eau
Le chlorure d’aluminium est très soluble, donc
réagit avec l’eau ,Ce pendant H2O est utilise dans le
plasma stripping pour enlevé les résidus de chlore.
utilisation des plasma fluoré pour que les résidu du Cl
et Cu réagissent avec le fluor et CF4 SF6 CHF3
Utilisation de l’oxygène pour reforme du Al203 qui est
un oxyde →stop la corrosion
Purge avec l’azote

31. 31
ER HI ER LOW UNI OOC PARTICLES RESIDUES CORROSION RESIST PROFILE
CL FLOW XXX XXX X XX
BCL3 FLOW X X X XXX XX
RF POWER X X XX
PRESSURE XX XX XX X
WAF TEMP X X XX XXX XXX XX
LINEAR WEAR XX XX XXX
DC BIAS XXX
SYS LEAKS X XX XXX XX XX
XXX =HI EFFECT XX- MEDIUM X= LOW EFFECT

32. 32
Conclusion
La gravure du métal est la gravure la plus difficile
dans tout les procédés technologiques.
Bien contrôlé le problème de corrosion .
Enlevé les polymers par Le wet etch (EKC 265)
Et surtout faire attention aux produit de la réaction
de gravure , qui sont très dangereux.

33. 33

34. 34
750Torr (105
Pa) 25 mTorr (103
Pa )
25 mTorr (103
Pa ) 75mTorr (10-1
Pa)
75mTorr (10-1Pa) 75 µTorr(10-4
Pa)
1 Pa =7.5mTorr
P (mbar)
P (Pa)

35. 35