如何在电浆蚀刻制程中控制晶圆的制程均匀度?

本文摘要:为了达成协议良率与元件效能市场需求,掌控制程变异性,获得可反复的平稳结果是十分最重要的。随着技术节点的进展,以及设计规则的转变,业界必须更加严苛的制程掌控。 有许多因素不会导致变异性,所有的案例一般可概括为:在晶粒中、晶圆、晶圆到晶圆、以及腔体到腔体。 一般来说,晶圆变异不能高于整体变异性的三分之一。例如,在14奈米节点,闸极关键尺寸(CD)的容许变异值为高于2.4奈米,其中晶圆变异不能容许大约0.84奈米。

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为了达成协议良率与元件效能市场需求,掌控制程变异性,获得可反复的平稳结果是十分最重要的。随着技术节点的进展,以及设计规则的转变,业界必须更加严苛的制程掌控。

有许多因素不会导致变异性,所有的案例一般可概括为:在晶粒中、晶圆、晶圆到晶圆、以及腔体到腔体。  一般来说,晶圆变异不能高于整体变异性的三分之一。例如,在14奈米节点,闸极关键尺寸(CD)的容许变异值为高于2.4奈米,其中晶圆变异不能容许大约0.84奈米。在5奈米节点,晶圆的容许变异值高于0.5奈米,这相等于2到3个矽晶原子的大小。

在本文中,我们将辩论如何在电浆转印制程中掌控晶圆的制程均匀度,此技术在业界的演变,以及其他的最重要议题。  达成协议均匀度有可玩性转印腔体设计再行演化  在转印制程中掌控均匀度的主要挑战,在于电浆构成粒子的复杂度。若要超过失望的转印结果(即对有所不同自由选择比的薄膜材料经过转印后的结构剖面),必须管理有所不同离子与中子的比例(如Ar+、C4F8、C4F6+、O、O2+)。

因为完全相同的电浆不会产生两种类型粒子,而且离子对中子的比较数量是息息相关的。因此,参数的影响一般来说不会被用来掌控电浆,如电浆供应源功率和转印腔体压力,其也是彼此涉及的。

  自从单晶圆制程于1980年代初期开始用于以来,转印腔体被设计用来在晶圆的每个方位上产生相近的电浆条件,以超过均匀分布的制程结果。但是因为晶圆边缘(图1)不会有固有的电气与化学不连续性,不会影响晶圆的均匀度,因此不会使此目标的达成协议尤其艰难。

由于从偏压面到短路或漂浮面的转变,因而造成了电压梯度在晶圆边缘产生。  图1 晶圆边缘的不连续性不会产生梯度,影响了晶圆表面的均匀度,并不会在晶圆边缘处导致根本性影响。

  这不会使电浆鞘层(plasmasheath)在晶圆边缘处倾斜,而转变了离子相对于晶圆的冲撞轨迹。潜在的化学不连续性也是某种程度的情况,不会使有所不同的物质在晶圆上产生浓度梯度。此梯度是由多种现象导致的,还包括反应物消耗的变异性、以及中心相对于边缘的副产品废气亲率,以及转印腔体和晶圆的温度差异,不会导致化学物质的有所不同吸收率。  过去几年来,转印腔体的设计有了许多的转变,以提高径向对称性(图2A)。

举例来说,电容式耦合电浆(CCP)转印腔体的主要硬体参数,是阴极与阳极之间的间隙。传统以来,此间隙的设计是用来为特定的功率、压力、以及气体化学混合物获取最均匀分布的转印结果。在电感式耦合电浆(ICP)转印腔体中,气体流经的方位是一项最重要的设计特性,而且不会依制程而有所不同。在铝转印腔体中,反应物气体就是指晶圆上方的莲蓬头送达的。

针对矽晶转印,反应物气体就是指晶圆周围流经的,但后来演变为气体就是指晶圆的中央上方流经。  图2 制程的不均匀度可分成径向以及非径向(A)。在一张表明整体不均匀度的晶圆图上,若去除径向对称性,可寻找更加艰难的非径向不均匀度(B)。


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