作为40nm半导体制造工艺中要求最为严格的模块之一,栅刻蚀工艺面临着非常大的挑战,其中物理形貌,负载效应,线宽粗糙度和均匀性的控制尤为困难。本论文从这四个方面对40nm刻蚀工艺进行优化和研究。首先,通过改变工艺集成方式,使得N型和P型掺杂多晶硅栅形貌的差异最小化,并在不同刻蚀步骤中,研究氧气,压力和物理轰击等参数的作用效果和机理;其次,通过建立的作用机理模型,利用等离子体处理和改变偏压功率等方法,将关键区域的CD(Critical dimension)变化值控制在2nm之内,减少CD负载效应;另外,在确定线宽粗糙度量测方式后,评估和分析刻蚀气体类型,等离子体处理工艺和物理轰击对线粗糙度的影响,并提出有效的改善方法;最后,通过温度和压力等参数的优化,栅CD均匀性也远优于目标值。本课题一方面开发出多晶硅栅刻蚀菜单,同时提出与实验结果吻合的作用机理模型。这些为更先进的刻蚀工艺研发奠定基础。