過蝕刻(Over-Etch)是指在蝕刻製程中,超過目標量(必要量)持續蝕刻晶圓的操作。主要目的是「確保蝕刻的面內均勻性」:當晶圓面內有蝕刻速率差異或膜厚差異時,即使部分晶圓區域已完成蝕刻,仍持續蝕刻直到其餘區域完全去除為止。通常會設計蝕刻時間10~30%左右的過蝕刻。
需要過蝕刻的原因,是晶圓面內的蝕刻速率受設備設計與製程條件影響,無法完全均勻。例如晶圓中央與外圍的蝕刻速率相差5~10%時,在外圍蝕刻完成之前,中央會處於過蝕刻狀態。若沒有過蝕刻,晶圓上會留下薄膜的「蝕刻殘留物」,造成短路或特性不良。
過蝕刻的風險包括:①蝕刻底層(停止層或基板)的損傷累積;②圖案側壁侵蝕(底切);③遮罩(光阻或硬遮罩)的消耗;④微負載效應(圖案密度差異造成過蝕刻量不均)。特別是在先進製程中,對閘極氧化層(1~3nm)或阻障金屬層(數 nm)的過度損傷是致命的,因此必須將過蝕刻量精密地降到最低。
作為管理過蝕刻的技術,EPD(End-Point Detection:終點偵測)非常重要。EPD 以腔體內的光學發射光譜(OES:Optical Emission Spectroscopy)或雷射干涉儀自動偵測蝕刻終點,將過度蝕刻降到最低。從偵測訊號的變化(蝕刻生成物發光光譜的變化)判定目標材料是否已去除完畢。ALE(原子層蝕刻)能以原子層層級控制過蝕刻,作為未來的解決方案備受關注。
先進元件的過蝕刻管理:在3D NAND 高深寬比通道孔的形成中,一邊確認孔底部的蝕刻終點一邊控制過蝕刻,是特別困難的課題。在 GAA 奈米片的 SiGe 選擇性蝕刻中,由於 Si 與 SiGe 的選擇比有限,需要精密控制,在完全去除 SiGe 的同時盡可能抑制過蝕刻造成的 Si 損傷。科林研發(Lam Research)與 TEL 的過蝕刻最佳化製程正致力於因應此課題。