晶圓表面等離子蝕刻均勻性控制技術(shù)的進(jìn)步

Stephen Hwang，Keren Kanarik

泛林集團(tuán)

晶圓表面等離子蝕刻均勻性控制技術(shù)的進(jìn)步

Stephen Hwang，Keren Kanarik

泛林集團(tuán)

隨著半導(dǎo)體的特征尺寸越來越小，其設(shè)計(jì)的復(fù)雜度日益增加。這就要求蝕刻工藝必須在更高粒度化層面具備復(fù)雜的調(diào)節(jié)能力，以滿足更嚴(yán)格的均勻性要求。在工藝均勻性管理工作鏈中，晶圓表面等離子蝕刻的控制是一大關(guān)鍵因素，這些均勻性管理工作包括減少管芯間、晶圓間以及蝕刻腔間的差異性。正如本文討論的，在晶圓表面的許多“微區(qū)”內(nèi)獨(dú)立調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)的能力不僅能夠控制各個蝕刻工藝的徑向和非徑向圖形分布，同時能夠從晶圓中心位置到邊緣位置進(jìn)行主動調(diào)節(jié)。

一般情況下，晶圓表面允許的最大工藝偏差應(yīng)小于整體允許偏差的三分之一。例如，在14 nm節(jié)點(diǎn)設(shè)備上，柵極特征尺寸 (CD)的偏差限制為2.4 nm，則晶圓表面的工藝變異性必須小于1 nm。在5 nm節(jié)點(diǎn)上，晶圓表面的差異性需要小于0.5 nm。減少等離子蝕刻變異性面臨的幾個難題包括管理化學(xué)和電氣不連續(xù)性，以及開發(fā)能夠?qū)に噮?shù)進(jìn)行獨(dú)立控制的調(diào)節(jié)方法。

十多年前，隨著晶圓尺寸從200 mm過渡到300 mm，使實(shí)現(xiàn)晶圓表面差異性目標(biāo)變得越來越具有挑戰(zhàn)性，但也越來越重要。由于單個晶圓上芯片數(shù)量不斷增加，且從晶圓中心到邊緣的變異性風(fēng)險也越來越大，工藝設(shè)計(jì)師需要設(shè)計(jì)出高度粒度化的工藝控制方法。

起初，晶圓級均勻性的創(chuàng)新主要側(cè)重于對晶圓表面等離子化學(xué)物的調(diào)節(jié)，例如從多個位置注入反應(yīng)氣體，以及將調(diào)節(jié)氣體添加到指定區(qū)域?？刂凭A邊緣和中心的氣體比率標(biāo)志著對影響差異性的化學(xué)物及對流輸送因素的控制向前邁出了重要一步。由于這些工藝控制方法演變出包括晶圓外圍在內(nèi)的多個注入位置，化學(xué)物控制的空間分辨率也得到了極大的提高。

開發(fā)獨(dú)立可調(diào)節(jié)的溫度控制器是另一個關(guān)鍵領(lǐng)域，需要在固定晶圓的靜電卡盤上增加不同的加熱和冷卻區(qū)。在這方面，隨著時間的推移，溫度控制區(qū)的數(shù)量不斷增加，從2002年的一個或兩個到如今超過100個位置，實(shí)現(xiàn)了更高的粒度化以校正潛在的變異性。通過在單個蝕刻室使用超過100個局部加熱器，如今最先進(jìn)的溫度控制方法可以實(shí)現(xiàn)更高的空間分辨率以及在整個晶圓上獨(dú)立管理多個徑向和/或非徑向區(qū)域的能力。

這種獨(dú)立控制晶圓表面眾多微區(qū)多個參數(shù)的能力，不僅提高了晶圓的均勻性，還對整個工藝流程中蝕刻室的調(diào)節(jié)頗有益處。由于工藝腔體變得日益復(fù)雜，控制等離子蝕刻的能力正在擴(kuò)展，延伸到對腔體內(nèi)更多難以控制步驟的上下游不均勻性的補(bǔ)償。例如，如果上游某個步驟是中心位置速度快，則蝕刻室可以通過加快邊緣速度作為補(bǔ)償方法。

展望未來，晶圓邊緣附近(多達(dá)10%的芯片位于邊緣外側(cè)10毫米左右的區(qū)域)的均勻性控制會越來越受到關(guān)注。在該區(qū)域，電氣不連續(xù)性尤其會扭曲等離子體，并影響良品率。為了解決這個問題，目前正在開發(fā)創(chuàng)新的調(diào)節(jié)技術(shù)。

通過這些等離子蝕刻調(diào)節(jié)能力的共同作用，能夠更好地控制晶圓表面及外側(cè)邊緣的工藝均勻性，降低差異性，從而提高設(shè)備性能和良品率。

Stephen Hwang是泛林集團(tuán)的技術(shù)總監(jiān)。Hwang于2000年加入公司，并在導(dǎo)體、電介質(zhì)和深硅和硅通孔(TSV)部門相繼擔(dān)任過多個技術(shù)和領(lǐng)導(dǎo)職位。Hwang獲得美國圣母大學(xué)化學(xué)工程博士學(xué)位。

Keren J.Kanarik是泛林集團(tuán)的高級技術(shù)總監(jiān)。Kanarik于2002年作為蝕刻工藝工程師加入泛林，在她的職業(yè)生涯中，曾在工程、蝕刻建模和市場營銷領(lǐng)域擔(dān)任技術(shù)職位。她是一位有名的作者，著有50篇技術(shù)文章，擁有近20項(xiàng)專利，這些成就無不體現(xiàn)出她對蝕刻和沉積技術(shù)的濃厚興趣。Kanarik獲得加州大學(xué)伯克利分校物理化學(xué)博士學(xué)位。