混合蚀刻工艺中栅关键尺寸的控制

混合蚀刻工艺中栅关键尺寸的控制

陈伟建 毛天宇

南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 江苏南京 210000

摘要：现如今，由于部分晶圆代工厂中，相关产品在进行大规模投产时，相应的规格标准都会与研发阶段的数据信心产生较大的差异，而产生这种问题的主要原因就是二者之间的反应腔环境存在较大的差异。因此，在具体运用蚀刻机台生产相应芯片时，应确保蚀刻腔内部的周边环境是否对蚀刻制程产生一定的影响。其次，在同一种蚀刻腔内生产不同种类的芯片，是否会相互影响，这些研究都会对半导体制造有着极为重要的价值，也可以减少生产流程的缺陷，进一步提升产品的合格率，从而降低报废率，也可以节约生产成本，确保公司的经济效益符合预期目标。

关键词：混合蚀刻工艺；栅关键尺寸；SiO₂刻蚀

Abstract: Nowadays, due to the large-scale production of related products in some foundries, the corresponding specifications and standards will be quite different from the data confidence in the research and development stage, and the main reasons for this problem are the two There is a big difference between the reaction chamber environment. Therefore, when using the etching machine to produce the corresponding chip, it should be ensured whether the surrounding environment inside the etching cavity has a certain influence on the etching process. Secondly, whether different types of chips produced in the same etching cavity will affect each other, these studies will all have extremely important value for semiconductor manufacturing, and can also reduce defects in the production process, further increase the pass rate of products, and reduce the scrap rate. , It can also save production costs and ensure that the company's economic benefits meet the expected goals.

Keywords: hybrid etching process; key gate dimensions; SiO2 etching

随着大规模集成电路制造工艺的蓬勃发展，为了确保栅关键尺寸符合相关标准，相关工作人员将硬掩模技术充分运用到栅工艺实际案例中，直白来讲，就是利用电介质在多晶硅栅上面形成一层保护层，运用SiO₂等原材料作为硬掩模制备构成材料。在具体实施栅刻蚀作业时，应优先处理这种硬掩模，再处理与之对应的多晶硅刻蚀。而数值的大小往往取决于优化过后的硬掩模刻蚀。因此，在进行具体生产时，当蚀刻腔因素形成了相应的变化，就会严重影响最后的物理栅尺寸，所以，相关人员应首先了解电介质蚀刻的基准，并详细分析蚀刻机台反应腔内部环境如何对蚀刻过程产生影响，并制定科学合理的解决措施，去管控反应腔内部聚合物的状况，确保在实际生产中，减少不同类型的产品对反应腔内部环境的变化产生的相关问题，或者充分利用不同类型的产品特征，解决当下状况。

1.背景

有一款0.15umLV 的产品，遵循实际设计需求，这款产品的栅关键尺寸（CD）应控制在+/-3nm之间。当进行量产此类产品时，设备一直被用作用蚀刻SiO₂种类的产品，当将二者进行比对时，前者所产生的聚合物以及副产物有着明显的降低，由于前者仍然处于产品试验阶段，没有进行量产，并没有影响产品的整体质量。当进行大规模生产作业时，具体情况就会如图1所示，规格以及质量明显超出相关标准^[1]。

图1：硬掩膜的 CD bias具体情况

2.关键尺寸偏移的具体分析

在具体生产时，会发生相应的状况，当合理运用标准流程对蚀刻腔暖机约束后，就会严重影响硬掩模CD数值，同时也会进一步影响SiO

₂刻蚀速率，详细情况如图2所示。

图2：硬掩膜和 SiO2 刻蚀速率具体变化图

在生产流程中，整体的工程参数没有发生相应变化，由此可见，蚀刻腔环境的变化是主要影响工艺偏移的关键因素。通过两种制备流程，可以得出硬掩膜工艺和SiO2工艺也有着较为明显的不同，主要表现为，压力较低、CF4/CHF3数值较高以及O₂的加入。

由于等离子气体中所包含的CF₂浓度占比是严重影响刻蚀特性变化的主要因素。直白来讲，在具体开展刻蚀硬掩模时，基团会在硬掩模表面覆盖一层相应的聚合物，而作为主要影响硬掩模的CD数值的聚合物，会严重阻碍硬掩模刻蚀作业的顺利开展。其次，CF₂作为聚合物的前驱介质，当CF₂数值发生相应变化时，所产生的聚合物也明显减少，由此可见，横向同性刻蚀逐渐提升，导致横向蚀刻量级也随之提升。而硬掩模的CD的数值也明显降低。除此之外，SiO₂刻蚀率作为纵向刻蚀最终数值的主要参照物，在具体实施刻蚀作业时，会在SiO₂表面生成相应的薄膜，而薄膜的主要构成成分为CF。当该项刻蚀作业离子能量较强时，

SiO₂的刻蚀率取决于F原子的量值。而在高能离子的作用下，CF聚合物会发生相应的反应，从而分解成相应的C以及F。因此，此时的SiO₂已然成为了F主要获取途径。与此同时，当等离子体中所包含的CF₂基团占比降低时，就会严重影响CF聚合物的产生率，F原子的量值也随之减少。进一步影响SiO₂的刻蚀率，无法满足正常生产的标准^[2]。

3.栅关键尺寸的控制

通过科学合理的分析以及相关数据信息，硬掩膜CD bias发生偏差主要是由于蚀刻腔内部环境发生了相应的变化，间接影响蚀刻腔的蚀刻效率，最终致使掩膜的CD的数值产生了相应的偏差。因此，相关生产人员应对蚀刻腔内部的环境进行科学合理的管控，确保蚀刻腔内部的环境符合相关生产标准，并将实时获取得到信息数据，充分运用在蚀刻腔环境生产作业中，从而形成科学合理的蚀刻硬掩膜晶圆。虽然各项指标也会显现降低的趋势，直至偏移出相关的标准尺寸，但在进行少量的蚀刻作业时，相关指标还是能符合基准的。其次，当日常开展蚀刻SiO₂作业时，也会影响CD bias以及蚀刻率的数值，也就说明这种方式致使蚀刻腔中的内部环境回归原始状态。当蚀刻腔内部环境被SiO₂侵蚀过高，也会严重影响CD bias的数值，直至呈现偏移状态，严重影响各项指标无法满足相关需求。因此，对于两种工艺而言，都是通过长时间作业才能影响硬掩膜的CD bias发生相应的偏移现象。由此可见，只有两种技术真正能够促使蚀刻腔的工作环境即将不满足蚀刻硬掩膜的时候，通过科学合理的手段恢复至相应的初始状态，才能实现连续的蚀刻硬掩膜作业，因此，相关人员应了解并掌握两种工艺的优势，并进行有效结合，以此实现混合蚀刻作业，才能处于完全相互适合的环境中，进一步确保各项生产指标符合生产基准， 以此实现长时间生产作业。

除此之外，要想确保各项指标符合相关基准，应事前制定两种方式的蚀刻指标，确保蚀刻指标更加科学合理，并通过相应的实践证明，详细了解并充分掌握相应的材料以及数据信息，两种工艺的频率应保持3比1。具体结构如图3所示^[3]。

图3：栅的关键尺寸

4. 结束语

总而言之，只有根据以上措施，合理利用混合蚀刻工艺，才能确保栅关键尺寸符合相关标准。

参考文献：

[1]曾辉, 裴亮, 叶飞,等. PBT套管生产工艺关键参数的控制[J]. 光纤与电缆及其应用技术, 2019, 273(02):32-35.

[2]李伟, 帅美荣, 楚志兵,等. 皮尔格冷轧管机关键工艺参数周期送进量研究[J]. 塑性工程学报, 2019, 26(01):279-285.

[3]张敏敏, 丁水汀, 张晓天,等. 基于对应分析的限寿件锻造关键工艺参数分级[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2019, v.32;No.140(03):51-56.