芯耀
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<Corrosion in Semiconductor Manufacturing>本报告由材料工程博士 Yongchul Yoo 撰写。
聚焦半导体制造过程中金属腐蚀的成因、典型场景及解决方案，核心围绕电化学反应引发的金属材料损耗展开，针对钨、钴、铜、铝等半导体核心金属的腐蚀问题，分析了不同工艺环节的腐蚀根源，并提出工艺优化、材料调控、环境改善等针对性解决思路，同时结合腐蚀科学与工程方法提升金属抗腐蚀性。
小编在保持易懂的同时，尽可能还原技术细节，建议行业人士参考报告完整原文。用科学的腐蚀科学和工程方法提供金属的耐腐蚀性！
一、腐蚀的核心本质与基础条件
半导体制造中的腐蚀是电化学反应导致的金属材料损耗，需满足电解质存在的条件，涉及铝（Al）、钴（Co）、铜（Cu）、钽（Ta）、钨（W）等半导体器件核心金属。
金属的保护性氧化层在湿法工艺中仍能有效防腐蚀，是腐蚀防控的重要基础。
腐蚀的潜在诱因多来自前序工艺残留（如 Cl 残留）、电荷累积，湿法处理（清洗、化学机械抛光 CMP）是主要的腐蚀发生环境。
二、典型工艺环节的腐蚀问题：根源与解决措施
报告梳理了干法刻蚀、CMP、去离子水冲洗、铝刻蚀等关键工艺的腐蚀案例，明确各场景根因并给出针对性纠正措施，核心案例如下：
（一）钨（W）插塞腐蚀：两大典型场景
金属刻蚀后剥离工艺：W 插塞处于悬浮未接地状态，O₂等离子体中电子密度远低于正离子密度（10²-10³ 倍），引发电荷累积，最终导致湿法清洗后 W 插塞腐蚀；解决：更换干法剥离等离子体气体，采用 O₂/H₂或 O₂/H₂O 等离子体，补充充足电子减少电荷累积。
去离子水（DIW）冲洗步骤：晶圆加压下的 DIW 冲洗会去除 W 插塞表面的腐蚀保护层（氧化层），引发腐蚀；解决：取消后零 DIW 冲洗步骤中的外加压力。
（二）钴（Co）/ 铜（Cu）的电偶腐蚀：ALD-TaN 层相关
核心问题：原子层沉积（ALD）制备 TaN 层时高氮（N）浓度，使 TaN 呈现更 “贵金属” 特性，与活性金属 Co、Cu 形成电偶，在 CMP 的 DIW 冲洗环节发生电偶腐蚀（活性金属优先腐蚀），最终导致 Co 衬里腐蚀、Cu 形成空洞。
电偶腐蚀本质：两种不同金属接触时，活性金属会优先发生腐蚀，为贵金属提供电子从而保护贵金属，半导体中 TaN 为贵金属，Cu、Co 为活性金属。
解决措施：减少 Co 用量；优化 ALD 工艺降低 N 浓度；对比物理气相沉积（PVD）与 ALD 制备 TaN 的工艺参数，调控 Ta/N 比例改善腐蚀问题。
（三）铝（Al）金属线腐蚀：Cl 残留引发
腐蚀根源：铝刻蚀常用 BCl₃气体，虽 AlCl₃具有挥发性，但工艺后残留的 Cl 会在后续含电解质的清洗工艺中成为腐蚀源，引发 Al 腐蚀。
铝刻蚀工艺特点：需兼顾侧壁保护（添加 N₂、CHF₃等辅助气体）与减少壁面沉积，存在工艺权衡；常规采用 H₂O 基等离子体去除 Cl 残留、O₂等离子体去除光刻胶。
解决措施：通过降压 + 提升晶圆温度的方式，高效去除刻蚀后残留的 Cl，从源头消除腐蚀诱因。
三、半导体制造腐蚀防控的整体思路
腐蚀防控需结合工艺调优与腐蚀科学工程方法，从源头、过程、材料多维度入手，核心方向如下：
（一）工艺环节精准调优
刻蚀工艺：去除腐蚀性残留（如 Cl）、优化侧壁沉积、实现电荷中和；
CMP 工艺：调节 pH 值、保护金属已形成的氧化层，避免保护层脱落；
湿法处理：取消不必要的晶圆加压、更换等离子体气体种类，消除电荷累积 / 保护层破坏的诱因。
（二）腐蚀科学与工程的应用
通过电化学方法开展腐蚀表征，针对性提升金属抗腐蚀性；
结合材料本身的腐蚀特性，进行合理的材料选择与布局；
优化薄膜沉积工艺（如 ALD、PVD），调控材料成分（如 TaN 的 N 浓度、Ta/N 比例），避免形成易引发电偶腐蚀的金属组合。
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