下圖顯示了Intel的第6代晶體管（6T）SRAM尺寸縮小時間表，以及多晶硅柵刻蝕技術(shù)后從90nm到22nm技術(shù)節(jié)點6TSRAM單元的SEM圖像俯視視圖。可以看出，SRAM的布局從65nm節(jié)點已發(fā)生了革命性的變化，這種布局完全不同于90nm節(jié)點。從45nm節(jié)點后，雙重圖形化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在柵圖形化工藝中。隨著技術(shù)節(jié)點的繼續(xù)縮小，MOSFET柵極關(guān)鍵尺寸CD繼續(xù)縮小遇到了困難，IC設(shè)計人員開始減少柵極之間的間距。

多晶硅柵MOSFET需要多晶硅刻蝕形成柵極圖形。具有高k和金屬柵極（HKMG）MOSFET需要刻蝕多晶硅。事實上，采用45nm、32nm和22nm技術(shù)節(jié)點的IntelSRAM多晶硅柵在ILDOCMP后被刻蝕（見下圖）,并且被金屬層取代形成金屬柵極。因為柵極之間的間距對32nm和22nmSRAM很小，具有刻蝕工藝的溝槽式接觸與DRAM的自對準(zhǔn)接觸（SAC）類似,并且已經(jīng)被開發(fā)應(yīng)用于形成接觸栓塞。

圖9.44顯示了一個多晶硅蝕刻工藝用于形成CMOS柵和局部互連。可以看出，它使用柵氧化層和STI氧化物上的光刻膠作為刻蝕掩膜和刻蝕停止層。

Cl2是多晶硅刻蝕的主要刻蝕劑。等離子體中，Cl2分子分解產(chǎn)生容易反應(yīng)的氯元素自由基，氯自由基能與硅形成氣態(tài)四氯化硅。下表列出了部分氯元素的相關(guān)參數(shù)。

Cl2很容易和光刻膠材料結(jié)合并在側(cè)壁上沉積一層聚合物薄膜，從而有助于形成非等向性的刻蝕輪廓和較小的關(guān)鍵尺寸損失（或增加）。HBr也可作為第二種刻蝕劑及側(cè)壁鈍化作用的催化劑。能用來改善對氧化物的選擇性。

多晶硅柵刻蝕最大的挑戰(zhàn)之一是對二氧化硅的高選擇性，因為多晶硅下方是一個超薄的柵氧化層。對于45nm器件，柵氧化層的厚度大約只有12A,相當(dāng)于兩層二氧化硅分子的厚度。由于刻蝕速率和多晶硅薄膜厚度不均勻，所以部分的多晶硅可能已被刻蝕而其他部分仍在進(jìn)行刻蝕(見下圖)。由于不能刻蝕掉薄的柵氧化層薄膜，況且刻蝕多晶硅的刻蝕劑也將刻蝕掉柵氧化層下的單晶硅而形成缺陷，所以在多晶硅過刻蝕中，對氧化物的選擇性一定要足夠高。

下圖顯示了多晶硅過刻蝕的要求。如果刻蝕工藝在高的刻蝕率下進(jìn)行，晶圓的一部分就已經(jīng)被刻蝕到了柵氧化層，見下圖(a)的左部。然而在低刻蝕速率部分，仍有薄的多晶硅殘留需要刻蝕掉，見下圖(a)的右部。假設(shè)高低刻蝕速率有3%的差異，對于均勻厚度為50nm的多晶硅薄膜，殘留的多晶硅厚度大約為1.5nm。如果工藝僅僅允許約0.5A的柵氧化層損失，過刻蝕的選擇性必須高于30：1。對于下圖(b)所示的LOCOS情況，當(dāng)器件工作區(qū)的多晶硅被刻蝕的同時，場氧化層側(cè)壁上殘留的多晶硅仍然需要刻蝕。這個選擇性取決于側(cè)壁殘留物的厚度與可容許的柵氧化層損失比例。如果側(cè)壁殘留物厚度為1500A,而最大柵氧化層損失為30A,則在過刻蝕中多晶硅對二氧化硅的選擇性至少為1500：30=50：1。

審核編輯：湯梓紅