40nm硅栅等离子体刻蚀工艺开发优化

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1、上海交通大学硕士学位论文40nm硅栅等离子体刻蚀工艺开发优化硕士研究生：李全波学号：1122102052导师：王国兴副教授副导师：张瑜申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：微电子学院答辩日期：2014年11月授予学位单位：上海交通大学万方数据DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterDEVELOPMENTANDOPTIMIZATIONOFPLASMAETCHINGFOR40NMPOLYSILICONGATECandidate：QuanboLiStudentID:1122102052Super

2、visor：GuoxingWangAssistantSupervisor:YuZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitEngineeringAffiliation：SchoolofMicroelectronicsDateofDefence：2014/11Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文40nm硅栅等离子体刻蚀工艺开发优化摘要作为40nm半导体制造工艺中要求

3、最为严格的模块之一，栅刻蚀工艺面临着非常大的挑战，其中物理形貌，负载效应，线宽粗糙度和均匀性的控制尤为困难。本论文从这四个方面对40nm刻蚀工艺进行优化和研究。首先，通过改变工艺集成方式，使得N型和P型掺杂多晶硅栅形貌的差异最小化，并在不同刻蚀步骤中，研究氧气，压力和物理轰击等参数的作用效果和机理；其次，通过建立的作用机理模型，利用等离子体处理和改变偏压功率等方法，将关键区域的CD(Criticaldimension)变化值控制在2nm之内，减少CD负载效应；另外，在确定线宽粗糙度量测方式后，评估和分析刻蚀气体类型，等离子体处理工艺和物理轰击对线粗糙度的影响，并提出有效的改善方法；最后，通过温

4、度和压力等参数的优化，栅CD均匀性也远优于目标值。本课题一方面开发出多晶硅栅刻蚀菜单，同时提出与实验结果吻合的作用机理模型。这些为更先进的刻蚀工艺研发奠定基础。关键词：40nm，栅，等离子体，刻蚀I万方数据上海交通大学硕士学位论文DEVELOPMENTANDOPTIMIZATIONOFPLASMAETCHINGFOR40NMPOLYSILICONGATEABSTRACTAsonemoduleofthestrictestrequirementsinICmanufacturingprocess,40nmgateetchingprocessfacesmanychallenges,suchasphys

5、icalprofile,throughpitchCDbiasloading,linewidthroughnessandCDuniformity.Thispaperfocusesontheabovefouraspects.Firstly,bychangingprocessintegrationingateloop,theloadingofN-dopedandP-dopedgateprofileisminimized.Duringdifferentetchingsteps,theeffectsandmechanismsofoxygen,pressure,andphysicalbombardment

6、arealsoinvestigated.Secondly,CDloadingofthrough-pitchisreducedbyaddingplasmatreatmentstepandbiaspower.CDvariationiscontrolledwithin2nminkeydesignpitches.Thirdly,linewidthroughnessisoptimized.Thetypeofetchinggas,plasmatreatmenttechnologyandphysicalbombardmentshowdifferenteffects.Finally,bytuningtempe

7、ratureandpressure,gateCDuniformityisfarbetterthanthetarget.Inthisthesis,notonlyis40nmgateetchingrecipedevelopedwhichfullymeetsrequirements,butalsomechanismofactionisproposedbasedonexperimentalresults.