灰化(Ashing)是在蝕刻或佈植製程結束後,去除在微影製程中塗佈於晶圓上的光阻(感光性樹脂)的製程。以氧(O₂)電漿照射光阻,使屬於有機物的光阻氧化、燃燒,分解成 CO₂、H₂O 等揮發性氣體,再從腔體排出去除。又稱為「光阻剝除(Resist Stripping)」。
灰化的原理是:將 O₂(或 O₂/CF₄、N₂H₂ 等混合氣體)電漿化所產生的氧自由基(O・)與活性氧離子,與光阻(主要為酚醛樹脂、化學增幅型光阻等有機聚合物)反應,將碳骨架氧化並分解為 CO₂、H₂O。反應溫度約為150~300°C,透過調整電漿功率與溫度,將對金屬與絕緣膜的損傷降到最低。
灰化的方式有「下游灰化(遠端電漿)」與「原位灰化(in-situ)」。下游灰化將電漿產生腔體與處理腔體分開,只讓自由基(去除離子)照射晶圓,因此可降低元件損傷(電漿損傷)。去除離子佈植後的硬化光阻(改質光阻)時,高能量的原位灰化較為有效。
灰化與濕式剝除(SPM 處理:H₂SO₄+H₂O₂ 混合液)的區分使用很重要。灰化是乾式製程,環境負荷低,適合微細圖案,但對於經離子佈植而形成硬殼的光阻(表面硬化、交聯),有時無法完全去除。此時一般採用2步驟方式:灰化後再以濕式剝除(SPM)去除殘留物與金屬污染。
先進製程中灰化的課題,是對 Low-k 絕緣膜(介電常數<3.0)的電漿損傷。Low-k 膜(SiOC、SiOF 等)為多孔質結構,氧自由基會滲入並切斷 Si-CH₃ 鍵,使介電常數上升,即所謂「Low-k 損傷」。為防止此問題,會採用 H₂/N₂ 混合電漿(Forming gas 灰化)或低溫製程。主要灰化設備廠商為應用材料(Applied Materials,Radiance)、科林研發(Lam Research)與東京威力科創(TEL,Relius)。