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等离子清洗设备侧墙蚀刻对器件的影响

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发布时间：

2020-11-12

等离子清洗设备侧墙蚀刻对器件的影响：

等离子清洗设备偏置侧墙宽度对器件性能有重要的影响。直接的影响就是侧墙下面的源漏区寄生电阻(RSD）与侧墙的宽度紧密相关。当沟道电阻因为栅极长度减小而大幅降低后，源漏区寄生电阻成为器件整体电阻的重要组成部分。太窄的偏置侧墙会导致较高的重叠电容，恶化短沟道效应；太宽的偏置侧墙，会使重叠电容偏小，会导致驱动电流下降。同时时间延迟会随着偏移侧墙宽度的增加而下降，但是到达一定尺度后会恶化。因此偏置侧墙的宽度要仔细优化，保证达到优的器件性能。

在90nm以前的技术工艺中，主要使用等离子清洗设备电容耦合(Capacity Coupled Plasma,CCP)的介质蚀刻机台来进行偏移侧墙的蚀刻。这种设备属于工作在高压力下的低密度等离子体设备，蚀刻均匀性和工艺稳定性相对较差。同时由于离子的发散的方向性,侧墙的侧壁角度的一致性也难以控制。因此,此前用于硅蚀刻的电感耦合(Inductively Coupled Plasma，ICP)高密度等离子体设备被逐渐应用到氮化硅侧墙蚀刻中来。由于电感耦合等离子体设备可以工作在低压力区间，离子的方向性好,散射少。同时气体在腔体内停留时间短，蚀刻均匀性好。而且在蚀刻过程中采用了腔体预沉积功能,即在每片晶片蚀刻前，在腔体上沉积一层薄膜，并在蚀刻后将此腔体壁上的薄膜去除。以此保证了晶片蚀刻时腔体环境的一致性，蚀刻工艺的稳定性大大提高。采用电感耦合的等离子清洗设备对偏置侧墙的形貌有更好的控制。

采用电感耦合的设备的偏置侧墙宽度的均匀性远远优于采用电容耦合的工艺。以透射电镜照片中侧墙中部宽度和底部宽度的差值对侧墙的侧壁进行评估，可以发现，采用电感耦合的蚀刻设备的侧墙宽度差值远远小于采用电容耦合设备的工艺。由此看出，电感耦合蚀刻等离子清洗设备的蚀刻均匀性和对侧墙形状的控制能力远远好于电容耦合设备。正是因为良好的偏移侧墙宽度均匀性和侧墙侧壁形状控制；带来了良好的晶体管均匀性。这一点从环形振荡器带来的良率损失可以得到明确验证。等离子清洗设备电感耦合蚀刻大幅减少了环形振荡器带来的良率损尖，便良率大幅提高。

表3.9不同蚀刻机台下侧墙形貌宽度差