第五章 研究結果之探討
5.2 鎢沉澱物(Tungsten Precipitate) 析出及解決對策
在 C3F8 配方的新程式上線生產後一個偶然的機會中，線上有一 批產品因為停滯較久(約 13 ~ 18 小時)才進到下一站金屬層濺鍍，結果 發現該批產品型表面以顯微鏡觀察時看到型態似 particle 為凸出物，且 大都分布在接觸窗孔洞(Contact Hole )的不明瑕疵(Defect)，如圖 43 所 示
圖 43. 分布在接觸窗孔洞的不明瑕疵
將此接觸窗孔洞的不明瑕疵樣品以電子束圖譜(EDAS，電子束 1 μm) 進行定性分析，發現其 Defect 點之組成元素有鎢( W )、氟( F ) 存 在(參考圖 44)，故推測此不明瑕疵可能為蝕刻後含氟的物質(可能為殘 餘氣體夾雜在 Polymer 中) 經曝露在大氣之下吸取水氣轉變成氫氟酸 (HF) 與鎢金屬起化學反應而生成的鎢沉澱物(Tungsten Precipitate)。
圖 44. 接觸窗孔洞不明瑕疵的電子束圖譜
由於在以往使用舊配方(SF6)的製程時，也有經驗在鎢金屬蝕刻後 有相同鎢沉澱物析出的現象，但當時會發生鎢沉澱物的時間是在蝕刻 後靜置超過 72 小時才看到這種現象，且如果蝕刻後在 72 小時內送往 下一站完成水刷洗(Scrubber Rinse) 製程則不會有鎢沉澱物的析出。
5.2.2 鎢沉澱物析出解決對策
因此，鎢金屬蝕刻後有鎢沉澱物析出的現象並非新製程(C3F8 配 方)上線後特有的現象；且以現行的製程裡在技術上是有解決辦法的，
那就是水刷洗(Scrubber Rinse) 製程。
但是從另外一個角度思考，發生鎢沉澱物析出的時間變短了似乎 是一個變異，這種情形有可能的推測是:
鎢金屬蝕刻製程本身屬於高壓製程無論是使用 SF6 配方或是使 用 C3F8 配方，其反應壓力皆約在 500 mT ~ 900 mT 之譜，這樣的高壓 反應原本就比較容易生成較多的反應複合物(Polymer)；而反應氣體中
的氟離子通常會殘存在 Polymer 當中，如前節所述，Polymer 經曝露在 大氣之下吸取水氣，水氣當中氫氧鍵(OH-) 使 Polymer 裡面的氟離子轉 變成 HF(氫氟酸) 並與接觸窗裡的 Tungsten plug 鎢金屬起化學反應而 生成，這也就說明了在 SEM 照片中我們總是看到這些析出物只發生在 接觸窗上而且都為凸出狀的原因。
至於看到鎢沉澱物析出的時間變短，則可能原因為: 這兩種氣體 的差別在於 C3F8成份上比 SF6多了碳(C) 原子，碳原子在反應過程中 會導致 Polymer 變得更重，因而反應後 wafer 上的 Polymer 會比由 SF6
蝕刻的 wafer 多，故曝露到大氣後就比由 SF6蝕刻的 wafer 更快使鎢金 屬起化學反應。
為充分掌握到底確切產生鎢沉澱物的時間為何？ 特別做了靜置 時間的觀察與比較，將 5 組控片(有圖形) 分別給使用 SF6 配方的製程 機台 1 組；使用 C3F8 配方的製程機台 5 組，經蝕刻後直接靜置於晶舟 盒內每小時逐一檢查直到發現鎢沉澱物出現為止，其結果如表 21 所 示:
>24 21
C3F8 EB-5
>72 SF6
EB-4
>24 18
C3F8 EB-3
>24 16
C3F8
EB-2
>24 20
C3F8 EB-1
加作Scrubber 無動作
W 析出物出現 Idle time (hour) Etch
Entity gas
>24 21
C3F8 EB-5
>72 SF6
EB-4
>24 18
C3F8 EB-3
>24 16
C3F8
EB-2
>24 20
C3F8 EB-1
加作Scrubber 無動作
W 析出物出現 Idle time (hour) Etch
Entity gas
表 21. 鎢沉澱物析出時間比較表
從表 21 中可看到，使用 SF6 配方的這組控片仍舊是可超過 72 小時才有鎢沉澱物析出，而使用 C3F8 配方的 5 組控片在 20 小時內即 可觀察到鎢沉澱物析出；兩個實驗組的 SEM 照片如圖 45 所示。
圖 45. 靜置時間實驗的觀察結果
根據上述結果，將使用 C3F8 配方的 5 組機台及其 5 組控片在蝕刻後分 別靜置到接近(但不超出)相對應的鎢沉澱物析出時間，然後進行水刷洗 (Scrubber Rinse) 製程後再予以靜置並觀察，發現經過 Scrubber 後的控 片經過 24 小時以上都未再看到鎢沉澱物析出。
經以上實驗觀察結果證實，使用 C3F8 配方進行鎢金屬蝕刻的產 品發生鎢沉澱物析出時間的確比使用 SF6 配方進行鎢金屬蝕刻的產品 短，但如果經過 Scrubber 步驟則都可使發生鎢沉澱物析出的時間大於 至少 24 小時。
因此，為解決這方面的困擾最快且最省成本的作法就是在生產運 作上做規範，限定鎢金屬蝕刻後的產品應該在 12 小時內完成水刷洗 (Scrubber Rinse) 製程步驟；另外，也強烈建議當機台因故未能完成蝕 刻步驟而退出反應腔時，若產品在退出前已有發生電漿反應的情形，
在產品退出後也應立即執行水刷洗步驟再做停滯。