在进行 Ti/TiN沉积之前,wafer 还要进行前处理,一是加热(degas) 去除 ILD layer 里的水汽和从上道工艺可能残留下来的聚合物(polymer),二是用氩气进行离子轰击(Ar pre-clean)去除 wafer 表面的氧化物。
传统的 degas chamber 一般采用灯泡(lamp)加热,到了300mm时,出现了加热效率更高 DMD (Dual-Mode Degas)chamber,wafer 正面用灯泡加热背面用电阻(heater)加热。DMD 的另一个优点是杂质气体去除效率高。随着ILD 材料的变化,degas 的制程也要做相应的调整。在65nm 世代及以前,主要的ILD 工艺是HDP,其材料相对致密,吸附的水汽较少。到了 45nm,由于多晶硅侧墙(spacer)的间距(space)缩小,引入了具有更好 gap fill 能力的HARP 工艺。HARP是一种SACVD工艺,由于没有HDP中的离子轰击步骤,薄膜的致密性要比 HDP 差,吸附的水汽就相对多,相应的degas 的温度和时间就要升高和延长。但是,degas 的温度和时间也要控制。因为65nm 及以下世代,使用 NiSi做 Source/Drain 和Poly line 的硅化物,NiSi 的缺点是热稳定性差,过多的热量(thermal budget)会使 NiSi向NiSi2转变,RC和器件漏电都会增加。
Ar pre-clean的作用是通过离子轰击去除基体表面的氧化物。Ar pre-clean chamber 主要由高频(RF2)、低频电源(RF1)和一个石英罩构成,其结构如图6.17所示。RF1作用是加速粒子撞击以产生等离子,故选择对加速离子有利的低频电源,频率一般在 400kHz。RF2 的作用是产生负的偏压。在交流电作用下,正负电荷会不断改变自己的运动方向。负电荷由于质量轻运动速度就快,在电场改变方向以前,可能就已到达 wafer 表面并逐渐累积起来,最后形成较大的负偏压,吸引正的Ar 离子来轰击 wafer 表面。频率越高,形成的负压越大,clean的效率越高。现在 RF2 的频率为13.56MHz。但是这种轰击没有选择性,当氧化物被去除以后,Ar 离子会继续刻蚀基体,使部分硅化物也被去除,导致 RC增加。所以,在进行工艺开发时,Ar pre-clean 的时间和功率(power)都要调整,通过DOE找到合适的工艺参数,达到既能保证氧化物被彻底清除,又能尽量避免对硅化物的损伤的目的。
Siconi 是新的 Pre-clean 工艺,它实际是一种dry etch 工艺,反应原理如下:
Siconi 的优点是采用了 remote plasma,所以不存在PID 问题。而且由于是气体反应,与采用物理轰击的 Ar pre-clean 工艺相比较少受 contact A/R 的影响。所以,用做 contact的 pre-clean 时,Siconi 主要应用在具有较高 A/R(>20:1)的dram 制程,logic 制程还是Ar pre-clean.