<Corrosion in Semiconductor Manufacturing>本報(bào)告由材料工程博士 Yongchul Yoo 撰寫。
聚焦半導(dǎo)體制造過程中金屬腐蝕的成因、典型場(chǎng)景及解決方案，核心圍繞電化學(xué)反應(yīng)引發(fā)的金屬材料損耗展開，針對(duì)鎢、鈷、銅、鋁等半導(dǎo)體核心金屬的腐蝕問題，分析了不同工藝環(huán)節(jié)的腐蝕根源，并提出工藝優(yōu)化、材料調(diào)控、環(huán)境改善等針對(duì)性解決思路，同時(shí)結(jié)合腐蝕科學(xué)與工程方法提升金屬抗腐蝕性。
一、腐蝕的核心本質(zhì)與基礎(chǔ)條件
半導(dǎo)體制造中的腐蝕是電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的金屬材料損耗，需滿足電解質(zhì)存在的條件，涉及鋁（Al）、鈷（Co）、銅（Cu）、鉭（Ta）、鎢（W）等半導(dǎo)體器件核心金屬。
金屬的保護(hù)性氧化層在濕法工藝中仍能有效防腐蝕，是腐蝕防控的重要基礎(chǔ)。
腐蝕的潛在誘因多來自前序工藝殘留（如 Cl 殘留）、電荷累積，濕法處理（清洗、化學(xué)機(jī)械拋光 CMP）是主要的腐蝕發(fā)生環(huán)境。
二、典型工藝環(huán)節(jié)的腐蝕問題：根源與解決措施
報(bào)告梳理了干法刻蝕、CMP、去離子水沖洗、鋁刻蝕等關(guān)鍵工藝的腐蝕案例，明確各場(chǎng)景根因并給出針對(duì)性糾正措施，核心案例如下：
（一）鎢（W）插塞腐蝕：兩大典型場(chǎng)景
金屬刻蝕后剝離工藝：W 插塞處于懸浮未接地狀態(tài)，O?等離子體中電子密度遠(yuǎn)低于正離子密度（102-103 倍），引發(fā)電荷累積，最終導(dǎo)致濕法清洗后 W 插塞腐蝕；解決：更換干法剝離等離子體氣體，采用 O?/H?或 O?/H?O 等離子體，補(bǔ)充充足電子減少電荷累積。
去離子水（DIW）沖洗步驟：晶圓加壓下的 DIW 沖洗會(huì)去除 W 插塞表面的腐蝕保護(hù)層（氧化層），引發(fā)腐蝕；解決：取消后零 DIW 沖洗步驟中的外加壓力。
（二）鈷（Co）/ 銅（Cu）的電偶腐蝕：ALD-TaN 層相關(guān)
核心問題：原子層沉積（ALD）制備 TaN 層時(shí)高氮（N）濃度，使 TaN 呈現(xiàn)更 “貴金屬” 特性，與活性金屬 Co、Cu 形成電偶，在 CMP 的 DIW 沖洗環(huán)節(jié)發(fā)生電偶腐蝕（活性金屬優(yōu)先腐蝕），最終導(dǎo)致 Co 襯里腐蝕、Cu 形成空洞。
電偶腐蝕本質(zhì)：兩種不同金屬接觸時(shí)，活性金屬會(huì)優(yōu)先發(fā)生腐蝕，為貴金屬提供電子從而保護(hù)貴金屬，半導(dǎo)體中 TaN 為貴金屬，Cu、Co 為活性金屬。
解決措施：減少 Co 用量；優(yōu)化 ALD 工藝降低 N 濃度；對(duì)比物理氣相沉積（PVD）與 ALD 制備 TaN 的工藝參數(shù)，調(diào)控 Ta/N 比例改善腐蝕問題。
（三）鋁（Al）金屬線腐蝕：Cl 殘留引發(fā)
腐蝕根源：鋁刻蝕常用 BCl?氣體，雖 AlCl?具有揮發(fā)性，但工藝后殘留的 Cl 會(huì)在后續(xù)含電解質(zhì)的清洗工藝中成為腐蝕源，引發(fā) Al 腐蝕。
鋁刻蝕工藝特點(diǎn)：需兼顧側(cè)壁保護(hù)（添加 N?、CHF?等輔助氣體）與減少壁面沉積，存在工藝權(quán)衡；常規(guī)采用 H?O 基等離子體去除 Cl 殘留、O?等離子體去除光刻膠。
解決措施：通過降壓 + 提升晶圓溫度的方式，高效去除刻蝕后殘留的 Cl，從源頭消除腐蝕誘因。
三、半導(dǎo)體制造腐蝕防控的整體思路
腐蝕防控需結(jié)合工藝調(diào)優(yōu)與腐蝕科學(xué)工程方法，從源頭、過程、材料多維度入手，核心方向如下：
（一）工藝環(huán)節(jié)精準(zhǔn)調(diào)優(yōu)
刻蝕工藝：去除腐蝕性殘留（如 Cl）、優(yōu)化側(cè)壁沉積、實(shí)現(xiàn)電荷中和；
CMP 工藝：調(diào)節(jié) pH 值、保護(hù)金屬已形成的氧化層，避免保護(hù)層脫落；
濕法處理：取消不必要的晶圓加壓、更換等離子體氣體種類，消除電荷累積 / 保護(hù)層破壞的誘因。
（二）腐蝕科學(xué)與工程的應(yīng)用
通過電化學(xué)方法開展腐蝕表征，針對(duì)性提升金屬抗腐蝕性；
結(jié)合材料本身的腐蝕特性，進(jìn)行合理的材料選擇與布局；
優(yōu)化薄膜沉積工藝（如 ALD、PVD），調(diào)控材料成分（如 TaN 的 N 濃度、Ta/N 比例），避免形成易引發(fā)電偶腐蝕的金屬組合。
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