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等离子体硅栅刻蚀(也称干法刻蚀)是集成电路制造中的关键工艺之一，目的是将掩膜图形精确地转移到下层材料表面，随着技术节点的推进，成熟工艺中刻蚀线条的宽度要求已经小于25nm，这对刻蚀设备与工艺提出了巨大的挑战。刻蚀设备研发是刻蚀工艺研发的核心关键，在以商业化为目的的前提下，本文以300mm ICP硅栅刻蚀机的硬件性能分析和刻蚀工艺参数的优化分析为重点进行了研究。
本论文完成的主要工作有：√300mm ICP多晶硅栅刻蚀设备的机制研究
1.随着线圈自身电感的增加，等离子体稳定起辉窗口在变小，为保证稳定起辉的线圈接地电容值也相应的变小，大自感的射频线圈对等离子体的电性参数变化更加敏感。另外试验中也发现线圈组件中内外圈的过渡连接结构会明显的影响到晶片对应部分的刻蚀速率分布。
2.对于下电极系统(ESC)，随着ESC设定温度的增高，多晶硅刻蚀速率也会变大，主要是因为硅刻蚀以化学反应为主，并且较高温度下刻蚀产生物易挥发；ESC背吹氦气压力在较低的下电极射频功率条件下，对ESC表面温度影响最大；在一定条件下，虽然不施加下电极射频功率，但上电极射频功率会在下电极上耦合产生射频偏压，特别是在高气压的电负性气体起辉条件下；另外，在正常的工艺条件下，下电极射频偏压与其他工艺参数(上下电极功率和气体压力)不是平常认为的简单的比例关系，随着条件的改变，对应的趋势比例关系会发生转折性变化，这种变化在高上电极射频、低下电极射频功率和低气压的条件下很容易发生。
3.借助朗谬尔探针对等离子体本身参数进行了试验分析。对氩气起辉条件下，正离子密度、电子密度、电子温度和等离子体电位进行了不同条件下(上下电极射频功率、气体流量和气体压力)的试验，并对相应的变化趋势进行了具体分析。
4.对等离子体起辉不稳定性进行了试验总结与分析。通过试验得到了溴化氢气体的稳定起辉窗口；通过对射频线圈的V-I衍生频率在不同射频功率和不同气体压力条件下的分析，指出电子的吸附与脱附是等离子体不稳定性的一个很重要的因素。
√300mm ICP多晶硅栅刻蚀设备的工艺研究
1.在光板片工艺的基础上，对不带胶膜层结构和带胶膜层结构的硅栅刻蚀进行了工艺试验，通过试验得到：氯气的异向刻蚀作用明显，易引起Bowling现象；下电极射频功率对于轰击离子的方向准直性影响最大，决定了刻蚀Profile的陡直性，但是较大的功率下对氧化硅刻蚀选择比下降，易造成栅氧化层的打穿；氧气有利于提高对氧化硅刻蚀选择比。最终得到了可满足亚65nm技术的刻蚀结果。
2.对薄栅氧刻蚀中击穿机制进行了模型分析。提出了由电子荫庇效应和图形结构综合引起的轰击离子聚焦现象，以及图形线条底部氧元素的消耗现象，两种工艺现象的共同作用加剧了薄栅氧的刻蚀击穿。
3.对刻蚀线条底切机制进行了模型分析。在较低的ESC温度下，由于淀积物与晶片表面吸附系数变大，更好的保护了刻蚀中的线条底部，避免了底切的发生；相对较低的氧元素量，也有利于防止底切的发生，这是由于氧元素对硅是一种刻蚀物，保护不够的条件下对硅易造成刻蚀，特别是在线条的底部。
4.对刻蚀工艺过程中的腔室侧壁附着物进行了试验分析。以C12/HBr/O2为刻蚀气体的多晶硅刻蚀工艺中，腔室淀积物元素以氧、溴、氯和硅为主，氟基气体等离子体对这种淀积物具有清除作用，同时也对腔室表面材料(氧化铝)有腐蚀作用，特别是在靠近射频线圈的腔室部位，这与射频线圈激发产生的等离子体的位置对应。