CN100365788C - 一种多晶硅栅刻蚀终点的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的一种多晶硅栅刻蚀终点的检测装置，根据刻蚀过程分的四个阶段，采用不同的终点检测方式。偏压补偿终点检测对较低刻蚀选择比的刻蚀过程进行预报终点，合理利用该方法的灵敏特性，保证了在刻蚀临近栅氧前对该氧化层的提前保扩。为了有效进行多晶刻蚀，通过对OES终点检测方法，检测具有很高选择比的刻蚀过程，这样既保证了多晶硅的充分刻蚀，又有效保护了栅氧层。
Description
技术领域
本发明微电子技术领域，特别涉及一种多晶硅栅刻蚀终点的检测装置。
背景技术
在半导体器件制造中，例如制造集成电路或液晶平板显示器，这些产品衬底的原料一般为多晶硅。多晶硅硅片结构如下：
底层为硅片；硅片上生长一薄栅氧化硅10-30埃；栅氧化硅上生长一层多晶硅1000-3000埃；多晶硅上生长一层硬掩膜；硬掩膜可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅；硅片最上面是光刻后的光胶图形。
衬底一般需在等离子体腔室环境下进行生产，多采用光刻和刻蚀工艺。在多晶硅刻蚀应用中，在刻蚀过程中，由适当的刻蚀气源电离形成等离子体，对没有被光胶图形覆盖的部分进行刻蚀。当刻蚀进行到将栅氧层全部暴露时，刻蚀过程立即终止。
在所有的等离子体刻蚀过程中都伴随着有200-800nm波段的发射光谱从气相反应物及产物、吸收的基团或是正在被刻蚀的薄膜中释放出来。在等离子体刻蚀的终点，会同时在气相和薄膜上发生化学组分的改变。产物基团消失了，反应物增加了，这是由于这些反应物不再被等离子所驱动的化学反应所消耗。在对刻蚀界面进行清洁时，下层的薄膜将暴露在等离子体轰击下，所以由下层薄膜表面与等离子体反应所形成的产物基团就开始增加了。这种化学改变可以通过被传感器所探测到的发射光谱信号的强度的改变表现出来的。通过监控发射光谱的波峰或是波长，可以监控刻蚀的全过程。因此，光学发射光谱技术已经广泛应用于各种离子体刻蚀应用中，如多晶硅、光阻刻蚀和氧化硅刻蚀等。
光学发射光谱法是最常用的终点检测方法，是由于它可以很容易集成在刻蚀机上且不影响刻蚀过程的进行，对反应的细微变化可以进行非常灵敏的检测，可以实时的提供刻蚀过程中的许多有用的信息。
典型的OES(光谱分析仪)信号如图1所示。
随着器件的临界尺寸向深亚微米的过度，尤其是当器件的临界尺寸小于100nm时，MOS(中文含义)器件栅氧厚度也按照比例缩减，栅氧的厚度由微米器件的几十个纳米，下降到几个纳米。也就是说，对于多晶硅刻蚀而言，保护该氧化层目前多晶硅刻蚀的难点。因而，对工艺步骤的终点非常精确的控制就是一个基本的要求。在这种情况下，仅仅依赖于等离子体发光谱的OES终点检测办法是无法可靠保护栅氧层的。
现有技术中的一种新型的终点检测办法，该方法使用一个偏压补偿静电卡盘，并通过监测衬底电势、补偿电流或补偿电压的方法进行终点检测，然而，该方法的灵敏性很强，很难直接控制刻蚀终点。也就是说，仅仅依赖于该方法对于既要满足多晶硅充分刻蚀，又要有效保护保护几个纳米的栅氧是不够的。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，发明的目的是设计一种保护多晶硅栅氧化层的终点检测装置，能够有效控制多晶硅刻蚀终点，进而保护栅氧层。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多晶硅刻蚀终点的检测装置，其特征在于，包括：
偏压补偿功率获取单元：用于获取静电卡盘的偏压补偿功率信息，并输出给信号处理单元；
特定波长信号检测单元：用于检测多晶硅栅刻蚀腔中特定波长信号信息，并发送给光电转换单元；
光电转换单元：将所述特定波长信号信息转换为电信号输出给信号处理单元；
信号处理单元：将所述的偏压补偿功率信息和所述特定波长信号对应的电信号进行滤波放大处理后发送给刻蚀终点计算单元；
刻蚀终点计算单元：根据所述的偏压补偿功率信息的变化情况及特定波长信号强度的变化情况确定多晶硅栅刻蚀过程进入刻蚀终点。
所述的特定波长信号检测单元可以为单色仪，所述的光电转换单元可以为光电倍增管。
所述的刻蚀终点计算单元可以为应用计算机。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的一种多晶硅栅刻蚀终点的检测方法及检测装置，根据刻蚀过程分的四个阶段，采用不同的终点检测方式。偏压补偿终点检测对较低刻蚀选择比的刻蚀过程进行预报终点，合理利用该方法的灵敏特性，保证了在刻蚀临近栅氧前对该氧化层的提前保护。为了有效进行多晶刻蚀，通过对OES终点检测方法，检测具有很高选择比的刻蚀过程，这样既保证了多晶硅的充分刻蚀，又有效保护了栅氧层
附图说明
图1为典型OES终点检测图谱；
图2为本发明所述的终点检测结构图；
图3为本发明所得终点检测图谱。
具体实施方式
本发明所述的一种多晶硅栅刻蚀终点的检测装置有具体实施方式如图2所示包括发下几个单元：
偏压补偿功率获取单元：用于获取静电卡盘的偏压补偿功率信息，并输出给信号处理单元；
特定波长信号检测单元：用于检测多晶硅栅刻蚀腔中特定波长信号信息，并发送给光电转换单元；本实施方式采用单色仪；
光电转换单元：将所述特定波长信号信息转换为电信号输出给信号处理单元；本实施方式采用光电倍增管；
信号处理单元：将所述的偏压补偿功率信息和所述特定波长信号对应的电信号进行滤波放大处理后发送给刻蚀终点计算单元；
刻蚀终点计算单元：根据所述的偏压补偿功率信息的变化情况及特定波长信号强度的变化情况确定多晶硅栅刻蚀过程进入刻蚀终点；本实施方式采用应用计算机。
应用上述检测装置的多晶硅栅刻蚀终点的检测方法的具体实施方式为：
1、获得多晶硅栅刻蚀过程中静电卡盘的偏压补偿功率变化信息；
通过偏压补偿功率获取单元来获得多晶硅栅刻蚀过程中静电卡盘的偏压补偿功率变化信息；本实施方式是获取偏压补偿功率强度与经过的时间之间的变化曲线信息。
2、根据所述的偏压补偿功率变化信息，确定多晶硅栅刻蚀过程进入刻蚀终点期；
在此过程中需要判断所述的偏压补偿功率变化信息是否符合预定的条件，本实施方式的预定的条件指设定的偏压补偿功率变化值与经过时间值间的比值，或者为在设定时间段内偏压补偿功率强度变化曲线的斜率。
如果符合，则确定多晶硅栅刻蚀过程进入刻蚀终点期，否则，继续由偏压补偿功率获取单元来获得多晶硅栅刻蚀过程中静电卡盘的偏压补偿功率变化信息。
3、进入刻蚀终点期后，则采集获取多晶硅栅刻蚀腔中的特定波长信号强度变化信息；
根据多晶硅栅刻蚀工艺确定多晶硅栅刻蚀腔中的特定波长信号信息；实时获取在设定的时间段内，多晶硅栅刻蚀腔中的特定波长信号强度变化信息。本实施方式的特定波长信号强度变化信息包括特定波长信号强度变化曲线的斜率，或者特定波长信号强度变化与时间之间的比值。
4、根据所述的特定波长信号强度变化信息，在所述刻蚀终点期内确定多晶硅栅刻蚀终点。
在此过程中需要判断所述的特定波长信号强度变化信息是否符合预定的条件，如果符合，则确定此时达到多晶硅栅刻蚀终点，否则，继续采集获取多晶硅栅刻蚀腔中的特定波长信号强度变化信息。
如图3所示，采用本发明可以将整个刻蚀过程分为四个阶段，第一阶段为刻蚀稳定期、第二阶段为预报刻蚀终点期、第三阶段为与OES衔接区、第四阶段为OES终点检测区，从而方便针对不同的阶段采用不同的刻蚀工艺进行刻蚀处理。图中，a1与a2为补偿电压信号的曲线，b1与b2为OES信号。
在刻蚀终点计算单元，应用计算机系统对其进行计算处理，该软件应用各种算法进行数据压缩和噪音处理，其中的算法包括各种终点检测算法，如PCA和基于多变量的算法，以及隐马尔可夫终点检测算法，对信号进行离线分析、处理和报告刻蚀终点。通过给定的纵坐标数值或者求出曲线的下降(上升)部分的斜率(Counts/s)，当纵坐标的数值或者下降(上升)斜率到达一定的预定数值后，报告终点，并将该信号返回给刻蚀系统，并中止刻蚀过程。
通过上述终点检测方法，多晶硅既可以被充分刻蚀，又可以有效保护栅氧层。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种多晶硅刻蚀终点的检测装置，其特征在于，包括：
偏压补偿功率获取单元：用于获取静电卡盘的偏压补偿功率信息，并输出给信号处理单元；
特定波长信号检测单元：用于检测多晶硅栅刻蚀腔中特定波长信号信息，并发送给光电转换单元；
光电转换单元：将所述特定波长信号信息转换为电信号输出给信号处理单元；
信号处理单元：将所述的偏压补偿功率信息和所述特定波长信号对应的电信号进行滤波放大处理后发送给刻蚀终点计算单元；
刻蚀终点计算单元：根据所述的偏压补偿功率信息的变化情况及特定波长信号强度的变化情况确定多晶硅栅刻蚀过程进入刻蚀终点。
2.根据权利要求1所述的多晶硅刻蚀终点的检测装置，其特征在于，所述的特定波长信号检测单元为单色仪，所述的光电转换单元为光电倍增管。
3.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀终点的检测装置，其特征在于，所述的刻蚀终点计算单元为应用计算机。
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