邵卫 耿其健
南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 江苏南京 210046
摘要：本文研究的主要目的是在集成电路技术发展及纳米时代到来的背景下，强调刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程的影响研究的重要性。通过设计刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程的影响研究实验，并对实验的动机、概况、结果、结论几方面做出分析，以全面提升国家芯片技术制造质量，进而推动国家现代化发展，应对国外技术封锁。此次研究选用的是文献研究法，通过对相应文献的查找，为文章的分析提供一些理论基础。
关键词：刻蚀腔环境；电介质刻蚀；混合制程
Abstract: The main purpose of this paper is to emphasize the importance of research on the influence of the etching cavity environment on the mixed process of dielectric etching in the context of the development of integrated circuit technology and the arrival of the nano age. Through the design of the etching cavity environment to study the impact of the dielectric etching hybrid process, and analyze the motivation, overview, results, and conclusions of the experiment, in order to comprehensively improve the quality of national chip technology manufacturing, and promote the development of national modernization. Foreign technology blockade. The literature research method is selected for this study, and some theoretical foundations are provided for the analysis of the article by searching the corresponding literature.
Keywords: Etching chamber environment; Dielectric etching; Hybrid process
刻蚀工艺是在集成电路技术基础上完成对目标电路的极致缩小工艺，而随着现代科技的不断突破，新型金属材料的使用成为了辅助刻蚀工艺提高精度克服传统工艺局限的新思路。芯片生产制造业作为我国新兴的高精尖技术密集型产业是我国应对霸权主义及贸易技术封锁的重要领域，也是我国现代化发展建设的基石领域。但由于集成电路的精密性与我国刻蚀技术的局限性，我国该领域仍处于起步阶段，目前亟须通过技术实验总结相关技术经验为我国后续该领域内的健康发展提供理论支撑与实践经验。因此，本文此次研究的内容和提出的策略对我国高新制造产业发展具有理论性意义，对推进我国现代化建设具有现实意义。
1.刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程实验动机
集成电路及芯片制造业作为我国新兴的技术密集型高新技术产业，决定其产品质量的刻蚀工艺的精确性及较高的容错率对其生产制造成果的表现至关重要，尤其在混合制程刻蚀工艺之中，关键技术设备环境内的偏差将会直接对产品的质量及合格率造成影响，因此本实验以寻找并控制混合刻蚀工艺中刻蚀环境的变量因素为实验目的，意图为了提高集成电路及芯片制造精确性及容错率提供理论及实践方面的支撑。
2.刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程实验概况
为探究集成电路芯片刻蚀过程中其刻蚀环境对于工艺操作及成品质量的影响，本实验选用在我国芯片生产制造中较为通用的反应离子刻蚀设备，其设备内部具体构成结构如图1所示。为了进一步强化实验数据的可参考性，本实验在正式开始前对实验对象结构做出局部改造，其具体方案为将以石英晶体薄膜作为主要材质的监控仪安置在实验对象本身的石英窗口零件卡槽内，进而为实验结果追加刻蚀腔聚合物沉积数据，同时由于石英晶体的物理特性，该监控仪也可以在微观层面实现对实验所需等离子体光谱数据完成补充收集[1]。同时本实验为保证光谱测量的精密性对全部实验样本统一采用光学发射光谱设备进行实验结果的参照，该设备将在实验全程的任意时刻记录在200~800nm内的可感知光谱强度。
刻蚀腔环境对电介刻蚀混合制程实验的具体流程为：（1）采用工业标准清洁仪器对全部研究对象及测量完成物理清洗与校准；（2）使用行业标准配方采用晶体结构光片20例对研究对象的刻蚀腔体进行暖机；（3）使用行业标准硬掩膜工艺配方对目标晶片进行刻蚀操作，以20例为单位循环对硬掩膜的CD及二氧化硅刻蚀速率进行一次测量，以60例为耽误对刻蚀设备腔体进行暖机休整，并增加对硬掩膜的CD及二氧化硅刻蚀速率的测量一次。
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3.刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程实验结果
通过以20例、60例及完整一次实验为单位的刻蚀腔光谱情况测量，本实验得出硬掩膜CD与二氧化硅刻蚀速率的表现趋势，其具体数据表现如图2所示。根据图表内变量的波动，可以得出硬掩膜CD与二氧化硅刻蚀速率同步变动，不同的行业标准工艺操作将直接影响到硬掩膜的工艺的技术层面表现。
通过光谱测量标准仪器与石英晶体薄膜对刻蚀工艺中光谱的测试数据。本实验得出刻蚀阶段的光谱图变化主要发生在240~300nm之间，该区域内有效光谱中最主要的表现成为为CF2基团[2]。随着刻蚀操作的不断进行该基团的单位分布数量也会增多，但在刻蚀设备完成暖机休整操作后该基团的密度与数量就会呈现出断崖式下降进而恢复为初始水平。240~300nm区间内出现的其他有效光谱反应还包括F、氧及一氧化碳等。
通过分析石英晶体薄膜所采集到的刻蚀过程中的聚合物生成的类型及数量相关数据，可知刻蚀工艺主要产出的聚合物成分包括碳、氮、氧、氟，其中生成速度最快且生成数量较高的为碳、氟元素，同时在反应中出现频次最高的聚合物为（CF2）n[3]。在参照光谱补充辅助数据后，可以得到该聚合物光谱强度与刻蚀过程中的厚度之间的线性关系：CF2基团的增多直接导致刻蚀反应中（CF2）n聚合物厚度的增加，同时也将在反应生成过程中提升CF2自身的光谱强度，是导致刻蚀工艺出现误差的关键所在。
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4.刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程实验结论
根据实验具体数据可知刻蚀腔内的等离子环境会在刻蚀作业中同步生成以碳元素及氟元素为主的聚合物干扰成分，而此类聚合物的生成是建立在刻蚀环境中充足的前驱物及反应物的前提下的，一般情况下前驱物为CF2基团，反应物由氧、氟元素自由基构成，在刻蚀过程中及时地暖机休整工作可以使二者处于动态平衡过程中，进而可以实现对聚合物刻蚀反应干扰的有效避免。但出于对刻蚀工艺的效率考虑，在实际制造操作中应当尽可能减弱硬掩膜中CF2等离子基团的生成以降低前驱物与反应物进行分聚合物结合的结合能力，但这种元素调整同时也会带来刻蚀工艺过程中硬掩膜CD与二氧化硅反应速率的变化，因此实际元素的光谱数值调整必须要充分依托于实际生产状况。
5.结束语
对刻蚀腔环境进行电介质刻蚀混合制程的影响研究对推进我国高精尖技术发展的至关重要，能够充分发挥刻蚀技术对我国芯片制造的第一生产力作用。基于此本文设计了蚀腔环境对电介刻蚀混合制程实验，并在文中对实验的动机、概况、结果及结论作出了分析。
参考文献：
[1]殷冠华.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[D].复旦大学,2011.
[2]蔡辉.刻蚀腔环境对电介质刻蚀混合制程的影响研究[D].上海交通大学,2009.
[3]王倩.金属刻蚀工艺开发与评价[D].上海交通大学,2006.