多晶硅栅极刻蚀过程中边缘刻蚀缺陷的研究及改善

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。多晶硅栅极刻蚀过程中边缘刻蚀缺陷的研究及改善　　DOI：/　　摘要：刻蚀缺陷是半导体制程中最关键和最基本的问题，理想的等离子体刻蚀工艺过程中，刻蚀气体必须完全参与反应而形成气态生成物，最后由真空泵抽离反应室。但实际上，多晶硅栅极等离子体刻蚀过程中，生成的反应聚合物无法由真空泵抽离反应室而附着在刻蚀腔壁上，造成反应室的污染，有些甚至附着在晶圆表面而形成元器件的微粒子污染，造成产品良率下降甚至报废。本文通过改变调整

2、刻蚀工艺参数等方式，成功解决了多晶硅栅极刻蚀工艺制程中反应生成物转变为微粒子污染物这一问题，使得产品良率提升了3%，刻蚀反应腔体保养时数延长了一倍，晶圆报废率降低了%。　　关键词：多晶硅刻蚀干法刻蚀等离子体栅极刻蚀缺陷　　中图分类号：文献标识码：A文章编号：1672--0087-05为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理

3、人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　随着微电子技术的发展，使器件的特征尺寸不断缩小，使得集成度不断提高，功耗降低，器件性能提高。在微电子学中，特征尺寸通常指集成电路中半导体器件的最小尺寸，如MOSE管的栅极关键尺寸，特征尺寸是衡量集成电路设计和制造工艺水平的重要参数。但是特征尺寸越小，栅极的尺寸容差要求就变得越来越严格，尤其是大尺寸的12寸晶圆硅片的应用，使得工艺控制变得更加苛刻。例如按照刻蚀容差绝对值应控制在10%之内，对于45nm工艺节点，容差绝对值要小于5nm[1]。　　在先进的多晶硅栅极工艺中，刻蚀腔之间CD偏差值匹配度已经小于1nm，而高的CD精度意味

4、着工艺步骤的可重复性需要做到完美。与此同时，由于堆叠结构越来越复杂，刻蚀过程中反应物和生成物也相应地增加，另外刻蚀反应腔体也要承担更多的工艺刻蚀内容，于是刻蚀反应腔体的匹配和工艺的可重复性，已经成为等离子体刻蚀中很大的挑战。刻蚀的一致稳定性控制要求不仅是针对同一块硅晶片上的不同区域而言，更是针对刻蚀反应腔两次维护保养间数百小时的射频工艺过程而言。　　由于反应生成物影响着刻蚀腔体内壁，而刻蚀腔体内壁环境又与等离子体的成分相互作用，刻蚀过程中每一个工艺和硬件参数都影响着刻蚀的稳定性，为了实现非等向刻蚀，需要钝化层保护侧壁，而形成侧壁钝化层的聚合物，又可能成为腔室或晶圆表面的污染物[2，3]

5、。本文就300mm硅栅极等离子体刻蚀过程中，刻蚀反应物转变为微粒子污染物这一问题，从反应腔结构分析和工艺参数改变等方面入手，通过不断尝试和调整，既消除微粒子污染又能实现持续稳定，最终确保反应腔中出来的每一片晶圆都拥有相同的性能且具有精确的可重复生产性，实现产品良率的提升。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县

6、教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　1多晶硅栅刻蚀过程中的刻蚀缺陷分析　　在多晶硅栅极刻蚀工艺制程中，由于容差要求非常严格，为达到关键尺寸要求、理想的图形、好的刻蚀均匀性以及高的选择比，在刻蚀完硬掩膜层后，如BARC，HM等，才进行多晶硅栅极的刻蚀，根据缺陷扫描图像显示，所产生的defect属于典型的部分阻挡刻蚀，已经出现了清晰的栅极线条，如图1所示，经过反复比较研究发现这种典型的刻蚀缺陷是在HardMask刻蚀过程中微粒掉落产生的。　　就整个defect分布情况分析发现，defect都集中在晶圆边缘位置，如图2所示，对比缺陷在刻蚀腔体位置发现都是出现在ESC单悬臂区域位置

7、处，如图3所示。但defect的数量具有随机性，某一片wafer比较少，另外的wafer比较高，跟踪晶圆良率发现defect分布区域正对应良率的损失，如图4所示，这种多晶硅阻挡刻蚀缺陷明显降低了产品的良率，甚至会因为defect数量的过多引起wafer报废。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了