论文摘要
动态随机存取记忆体(DRAM)作为所有计算机内最主要的读写元件,是存储器元件中的重要分子。DRAM的元件设计在市场激烈竞争之下正快速地向高密度、高容量的方向发展,在这种高速发展的趋势下,几乎每三年,DRAM的最小线宽都会进步一个时代.一再提高的密度与设计要求也同时带来了半导体元器件在生产制造过程中的新挑战,与此同时,几乎所有的DRAM制造商也不得不增加技术研发与设备更新的投入来应对这一DRAM的发展要求.DRAM半导体元器件的生产制造可以分为以下几个主要模块:存储器(Capacitor),CMOS器件(Transistor),层间隔绝(Isolation),金属互联(MetallizationInter Connection).而在这些关键制造工艺中,增加存储器的容量,提高器件性能,控制层间,线间漏电流与寄生电容等问题,成为能否支持更小的设计线宽,获得稳定的成品率(Yield)的重要课题。本论文基于深沟式(Deep Trench)DRAM的制造工艺,研究了作为层间隔绝层的硼磷硅玻璃(BPSG)在深亚微米制造技术中,在实际量产时遇到的空洞问题,并运用各种分析手段找出了工艺问题产生的原因,并结合实验设计(DOE)的方法通过各种实验找出工艺优化的方法,最终使工艺更加稳定,提高良率。研究表明,BPSG的空洞问题,主要取决于它本身的沉积工艺参数,回火工艺条件,并极大的受限于沉积前的晶片表面形貌。而并不十分完美得BPSG空洞控制,极有可能在后续的制造中,难以抵挡化学刻蚀带来的影响,从而造成对电路性能的破坏。研究发现,通过改变BPSG沉积工艺中温度,和沉积速度可以获得较好的BPSG的填充能力,在大量的生产中,严格控制加热系统的稳定性和均匀性,可以加少异常沉积结果的发生机率。提高BPSG中硼,磷的成分比,也可以增加BPSG对高密度晶片形貌的填充能力。然而上述方法,也会遇到由于相关制程的变化而遇到瓶颈,特别是晶片形貌(Aspect Ratio)的变化,研究发现BPSG在某个特定的深宽比例下会达到最苛刻的填充效果,这时需要适当改变深宽比(在器件性能允许的范围内)从而避免BPSG空洞导致的电路失效。实验中还发现了更为有效的改良措施来控制BPSG填充的空洞,就是通过改良BPSG的回火工艺,从传统的氮气保护热退火的或是水汽的热退火步骤,改进为两步退火。结果显示,这一方法大大增加了BPSG填充对前后关联工艺的适应度。通过对大量产品的数据跟踪,以上的改良措施使BPSG空洞问题在0.11微米DRAM制造中的发生几率从6%降低到0%(基于50万片)。上述的每一种方法都会或多或少的改变IC器件的电学性能(主要表现在器件的阈值电压,结电阻,接触电阻),需要根据产品特性作适度调节以维持原有的电学性能。本论文还展望了一种二次沉积的方法,它的优势在于应对更苛刻的密度条件下对BPSG沉积要求,通过沉积,部分刻蚀,再沉积的方法,可以获得更好的空洞控制,只是增加了制程的复杂性。
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