【摘 要】
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随着技术的进步以及人们对于生活便捷性的需求,电子元器件开始向小型化以及多功能化发展,因此作为电子元器件核心组成部分的集成电路器件在设计和制造上开始追求更小的栅极线宽,更多的金属层数以及更低的电阻电容延时。栅极线宽的变小要求集成电路中的介电层工艺具有在更小区间内的间隙填充能力,而多功能性则促使着相关研究单位尝试通过调整集成电路结构中薄膜氧化层的成分来缩短相关器件的电阻电容延时。在此背景下,采用高密度
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随着技术的进步以及人们对于生活便捷性的需求,电子元器件开始向小型化以及多功能化发展,因此作为电子元器件核心组成部分的集成电路器件在设计和制造上开始追求更小的栅极线宽,更多的金属层数以及更低的电阻电容延时。栅极线宽的变小要求集成电路中的介电层工艺具有在更小区间内的间隙填充能力,而多功能性则促使着相关研究单位尝试通过调整集成电路结构中薄膜氧化层的成分来缩短相关器件的电阻电容延时。在此背景下,采用高密度电浆法工艺生成的掺氟硅玻璃（HDP FSG:High Density Plasma Fluorine Silicon Glass）,依靠其在薄膜沉积时所采用的电浆溅射工艺,通过控制并延缓金属导线间的封口进程而获得的良好的小区间金属间隙填充能力,以及在薄膜成分中加入氟离子后所拥有的短时电阻电容延时性能,逐步成为200mm集成电路生产企业中0.11～0.18μm产品介电层的主要工艺。掺氟硅玻璃工艺的应用有效的促进了集成电路技术的发展,是近代集成电路产品更新迭代的基础。但随着时间的推移,在0.11～0.18μm产品的量产过程中,介电层附近经常发现的一种气泡形态缺陷,使产品无法满足外观检测的需求,并且引起了相关产品的功能以及可靠性失效,造成了大量的产品报废,对企业的生产良率以及成本控制造成了比较大的困扰,成为200mm集成电路制造企业中亟待解决的主要技术问题之一。本文结合200mm集成电路制造的实际情况,推测该缺陷的形成与0.11～0.18μm产品中的介电层工艺结构相关。通过对比0.25和0.35μm产品的介电层气泡缺陷发生几率以及工艺结构,我们发现如果产品的介电层结构中没有使用掺氟的工艺,在大规模生产中就不会发生介电层气泡缺陷.因此本文推测介电层气泡缺陷的生成机制是:0.11～0.18μm产品介电层中掺氟硅玻璃工艺所蕴含的氟离子在高温工艺过程中活性加强,将相关的薄膜氧化层撕裂,从而导致了介电层气泡缺陷的产生。本文通过实验验证了缺陷生成机制的正确性,依据在不同条件下相关产品的缺陷发生几率以及严重程度来定义与缺陷相关的各个因素,并寻找各因素之间的主次关系,从源头和防御两个层面寻找问题的解决方案。通过增强薄膜氧化层的抗撕裂能力,使游离氟离子难以将其撕裂,从而达到杜绝介电层气泡缺陷产生的目的。最后结合集成电路制造的实际情况提出了解决这一问题的具体方案:运用FSG liner取代0.11～0.18μm产品介电层结构中的富硅氧化层,增强薄膜氧化层的抗撕裂能力,使氟离子难以将其撕裂,杜绝介电层气泡缺陷的产生。并将该方案应用到大规模的生产中,验证方案的可行性与稳定性,得到了令人满意的结果。本文在分析介电层气泡缺陷特征的基础上,提出并验证了介电层气泡缺陷的生成机制,并依据该机制探索出一种彻底解决0.11～0.18μm集成电路生产中介电层气泡缺陷的方案。该方案在大规模生产中可以有效的解决介电层气泡缺陷对现有产品的影响,使单个企业年度减少产品报废约1200片,0.11～0.18μm产品的生产良率由97.5%提升至98.3%,减少客户诉讼的同时提升客户满意度,进而给相关的集成电路制造企业带来巨大的经济效益。
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