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深亚微米集成电路制造中电介质自对准接触通孔刻蚀工艺机理及应用

作　者: 殷冠华
导　师: 蒋玉龙
学　校: 复旦大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 刻蚀 等离子体 反应离子刻蚀 电介质自对准接触通孔刻蚀工艺
分类号: TN305.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自对准接触通孔刻蚀工艺是大规模集成电路制造流程中最关键的工艺之一。随着大规模集成电路制造朝着更小关键尺寸和更高集成度方向发展,特别在深亚微米尺寸条件下,对工艺的精度和难度要求越来越高,而电介质自对准接触通孔刻蚀工艺作为一种先进的自对准接触通孔刻蚀工艺方案,在利用现有刻蚀条件下可以有效的减轻光刻工艺对光刻精度和线宽尺寸的压力,所以对其机理及应用的研究就有一定的必要性。本文利用的是上海宏力半导体制造有限公司先进的8英寸晶圆集成电路制造设备来进行实验和研究,以达到理论研究和实际生产相结合的目的。本文概述了刻蚀工艺的发展和现状：就各自的特点描述了刻蚀工艺从湿法刻蚀到干法刻蚀发展的原因和过程；等离子体刻蚀的特点和工作原理；干法刻蚀从等离子增强刻蚀系统和反应离子刻蚀系统逐步发展到磁场增强系统和感应耦合系统,并描述了各个系统的工作机理和特点。同时着重介绍了反应离子刻蚀的机理和特点以及电介质刻蚀的F/C比率模型对刻蚀效果和选择比的影响。本文主要研究的是一种采用硬掩模方式实现的电介质自对准接触通孔刻蚀工艺,介绍了硬掩模方式的特点和工艺步骤：首先通过硬掩模定义通孔的尺寸,再以硬掩模定义的孔为基础来进行自对准接触通孔刻蚀工艺,这种方式进一步降低了对光刻工艺的要求。电介质自对准接触通孔的尺寸对晶圆电性和良率有相当重要的影响,本文通过实验得出了通过自对准接触通孔硬掩模刻蚀工艺中工艺参数的调节来控制自对准孔尺寸的方案并就其机理进行了具体的研究。在自对准接触通孔刻蚀工艺中由于选择比的要求会使用产生较多聚合物的工艺,但聚合物会对自对准工艺本身以及晶圆的电性和良率有直接的影响。本文提出了一种用纯硅档片进行自对准工艺来间接观测聚合物的方法,并由该方法来研究自对准工艺过程中聚合物的分布和厚度情况并且得出有效影响和控制聚合物的方案。同时本文也通过实验方式得出了自对准接触通孔刻蚀工艺中各种工艺参数的变化对晶圆电性和良率的影响及机理,并就其影响效应得出了最佳的调控方案。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
引言  6-7
第一章 刻蚀工艺介绍  7-22
  1.1 刻蚀工艺简介  7-10
    1.1.1 干法刻蚀  8-9
    1.1.2 湿法刻蚀  9-10
  1.2 等离子体基本理论  10-17
    1.2.1 等离子体的产生  10-12
    1.2.2 等离子体鞘层和电势差的形成  12-15
    1.2.3 等离子体系统的分类  15-17
  1.3 电介质反应离子刻蚀  17-21
    1.3.1 等离子体反应离子刻蚀  17-18
    1.3.2 电介质反应离子刻蚀  18-21
  1.4 小结  21-22
第二章 电介质自对准接触通孔刻蚀工艺简介  22-33
  2.1 何为电介质自对准接触通孔  22-23
  2.2 实验使用等离子刻蚀设备介绍  23-28
  2.3 实验量测工具  28-32
    2.3.1 光学发射光谱(OES)  28-30
    2.3.2 薄膜测量椭偏仪(SE)  30-32
  2.4 小结  32-33
第三章 电介质自对准接触通孔硬掩模工艺  33-38
  3.1 何为电介质自对准接触通孔硬掩模  33
  3.2 SAC Hardmask_ET对自对准孔尺寸的控制  33-36
    3.2.1 SAC Hardmask_ET对自对准孔尺寸的控制的方案  33-34
    3.2.2 通过调整SAC Hardmask_ET的时间来控制自对准孔尺寸  34
    3.2.3 通过调整射频功率大小来控制自对准孔尺寸  34-35
    3.2.4 通过调整反应腔静电吸附盘的温度来控制自对准孔尺寸  35
    3.2.5 通过调整反应腔压力来控制自对准孔尺寸  35-36
    3.2.6 通过调整CF_4/CHF_3气体配比率来控制自对准孔尺寸  36
  3.3 SAC Hardmask_ET各种工艺参数对自对准孔尺寸的效应分析及运用  36-37
  3.4 小结  37-38
第四章 电介质自对准接触通孔刻蚀工艺  38-51
  4.1 何为电介质自对准硬掩模接触通孔  38-40
  4.2 SAC_ET Polymer的研究  40-46
    4.2.1 SAC_ET工艺产生的Polymer的监测方法  40-41
    4.2.2 SAC_ET工艺产生的Polymer的特性和控制方法  41-45
    4.2.3 小结  45-46
  4.3 SAC_ET各种工艺参数对晶圆良率的影响  46-51
    4.3.1 SAC工艺参数调整来控制晶圆电性和良率的方案  46-49
    4.3.2 SAC各种工艺参数对晶圆电性和良率的效应分析和运用  49-50
    4.3.3 小结  50-51
第五章 总结  51-52
参考文献  52-54
致谢  54-55

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 半导体器件制造工艺及设备 > 光刻、掩膜
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