发明内容
本发明提供了一种栅极刻蚀方法,可借助栅极刻蚀终点检测而准确地刻蚀栅极,继而减小栅极结构的变化;本发明提供了一种栅极刻蚀终点检测方法,可准确检测栅极刻蚀终点;本发明提供了一种栅极刻蚀终点检测系统,利用所述系统可准确检测栅极刻蚀终点。
本发明提供的一种栅极刻蚀方法,包括:
在半导体衬底上定义有源区;
在所述有源区之间形成浅沟槽隔离区;
确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差;
沉积栅层,所述栅层覆盖有源区及浅沟槽隔离区;
执行所述栅层的第一刻蚀过程,并由光学终点检测确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区;
利用所述高度差确定辅助刻蚀时间;
执行所述栅层的第二刻蚀过程,以形成栅极,所述第二刻蚀过程持续所述辅助刻蚀时间。
可选地,所述光学终点检测包括光学干涉终点检测或光发射谱终点检测;可选地,所述辅助刻蚀时间利用所述高度差与经历所述第一刻蚀过程后继续栅层刻蚀过程的持续时间的统计数据获得;可选地,所述辅助刻蚀时间利用所述高度差与选定的刻蚀速率计算获得。
本发明提供的一种栅极刻蚀终点检测方法,对刻蚀栅层以形成所述栅极的过程进行终点检测,所述栅层覆盖半导体衬底有源区及位于所述有源区之间的浅沟槽隔离区;该方法包括:
确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差;
利用光学终点检测确定栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区,以完成所述栅层的第一刻蚀过程;
利用所述高度差确定辅助刻蚀时间;
所述栅层刻蚀过程在进入刻蚀终点区后持续所述辅助刻蚀时间,以完成所述栅层的第二刻蚀过程并确定刻蚀终点。
可选地,所述光学终点检测包括光学干涉终点检测或光发射谱终点检测;可选地,所述辅助刻蚀时间利用所述高度差与进入刻蚀终点区后继续栅层刻蚀过程的持续时间的统计数据获得;可选地,所述辅助刻蚀时间利用所述高度差与选定的刻蚀速率计算获得。
本发明提供的一种栅极刻蚀终点检测系统,包括:测量单元、计算单元、光学终点检测单元及时间控制单元;
所述测量单元用以确定器件内有源区与浅沟槽隔离区表面的高度差,并将所述高度差发送至计算单元;
所述计算单元用以接收所述测量单元发送的所述高度差,并利用所述高度差确定辅助刻蚀时间,并将所述辅助刻蚀时间作为时间控制信息发送至时间控制单元;
所述光学终点检测单元用以提供光学检测信息及根据所述光学检测信息确定栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区,并将所述光学检测信息发送至时间控制单元;
所述时间控制单元用以接收所述计算单元发送的时间控制信息及所述光学终点检测单元发送的光学检测信息,以控制所述栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区后持续的辅助刻蚀时间,确定刻蚀终点。
可选地,所述测量单元包括光学临界尺寸测量单元、原子力显微镜或扫描电子显微镜及数据处理器;可选地,所述光学终点检测单元包括光学干涉终点检测单元或光发射谱终点检测单元及数据处理器。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的栅极刻蚀方法中,利用光学终点检测与时间控制相结合的方法确定刻蚀终点,即利用光学终点检测确定所述栅层刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区表面,换言之,利用光学终点检测确定第一刻蚀终点,继而通过时间控制确定经历所述第一刻蚀过程后继续的栅极刻蚀过程的刻蚀终点,即通过时间控制确定第二刻蚀终点,可减小所述高度差造成的刻蚀终点检测误判,进而减小栅极结构的变化,如改善栅极根部缺陷等;
本发明提供的栅极刻蚀终点检测方法中,通过测量所述有源区和浅沟槽隔离区之间的高度差,并利用所述高度差确定辅助刻蚀时间,可获取准确的第二刻蚀过程持续时间,进而准确地确定第二刻蚀终点,即可准确检测栅极刻蚀终点。
具体实施方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应当理解本领域技术人员可以修改在所述描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因所述,下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导,而并不作为对本发明的限制。
为了清楚,不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个实施例改变为另一个实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的,但是对于具有本发明优势的本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
应用本发明提供的方法刻蚀栅极的步骤包括:在半导体衬底上定义有源区;在所述有源区之间形成浅沟槽隔离区;确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差;沉积栅层,所述栅层覆盖有源区及浅沟槽隔离区;执行所述栅层的第一刻蚀过程,并由光学终点检测确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区;利用所述高度差确定辅助刻蚀时间;执行所述栅层的第二刻蚀过程,并持续所述辅助刻蚀时间,以形成栅极。
图1为说明本发明实施例的栅极刻蚀方法流程示意图,应用本发明提供的方法刻蚀栅极的具体步骤包括:
步骤101:在半导体衬底上定义有源区,并在所述有源区之间形成浅沟槽隔离区后,确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差。
所述形成浅沟槽隔离区的步骤包括:在已定义有源区的半导体衬底上沉积第一氧化层和氮化层;刻蚀所述第一氧化层、氮化层和部分半导体衬底,以在所述有源区之间形成浅沟槽;在所述浅沟槽内沉积第二氧化层,所述第二氧化层覆盖氮化层;平整化所述第二氧化层,以暴露覆盖所述有源区的氮化层;去除氮化层。
图2为说明本发明实施例的有源区与浅沟槽隔离区之间高度差的结构示意图,如图2所示,在所述半导体衬底10中,所述有源区30和浅沟槽隔离区50之间具有高度差20,即作为刻蚀终止层的氧化层在所述有源区30和浅沟槽隔离区50之间具有高度差20,所述高度差20的存在将使以所述氧化层作为刻蚀终止层的栅极40刻蚀终点的判定具有不确定性,继而易形成栅极40刻蚀不足或刻蚀过度,进而造成栅极结构的改变。由此,如何减小所述高度差20对栅极40刻蚀终点判定的影响成为获得具有良好形貌的栅极40的指导方向。
所述高度差20可利用光学临界尺寸测量单元(Optic CriticalDimension,OCD)或其它显微单元,如原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)等获得。具体的测量方法可应用任何现行的方法,在此不再赘述。
需说明的是,图2中仅示出所述有源区30表面高出所述浅沟槽隔离区50表面的实施方式,然而,对于所述浅沟槽隔离区50表面高出所述有源区30表面的实施方式,仍适用本发明提供的方法与系统。
步骤102:沉积栅层,所述栅层覆盖有源区及浅沟槽隔离区。
所述栅层优选地由多晶硅(poly)或由多晶硅与金属硅化物等材料层叠而成。所述栅层用以通过刻蚀过程形成栅极。
步骤103:执行所述栅层的第一刻蚀过程,并由光学终点检测确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区。
所述第一刻蚀过程意指进行至有源区及/或浅沟槽隔离区表面氧化层时经历的栅极刻蚀过程,利用光学终点检测可确定所述栅极刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区氧化层表面;所述光学终点检测包括光学干涉终点检测(IEP)或光发射谱终点检测(OES)。
利用光学终点检测确定所述栅极刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区氧化层表面时,确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区。
步骤104:利用所述高度差确定辅助刻蚀时间。
所述辅助刻蚀时间意指经历所述第一刻蚀过程后继续栅层刻蚀过程的持续时间。所述辅助刻蚀时间可利用所述高度差与经历所述第一刻蚀过程后继续栅层刻蚀过程的持续时间的统计数据获得;所述辅助刻蚀时间还可利用所述高度差与选定的刻蚀速率计算获得。所述统计数据经由生产数据库获得,所述统计数据包含对应不同产品的所述高度差与经历所述第一刻蚀过程后继续栅层刻蚀过程的持续时间的实际生产数据。
通过测量所述高度差,并利用所述高度差确定辅助刻蚀时间,可获取准确的第二刻蚀过程持续时间,进而准确地确定第二刻蚀终点,即可准确检测栅极刻蚀终点,以减小所述高度差造成的刻蚀终点检测误判,进而减小栅极结构的变化,如改善栅极根部缺陷等。
步骤105:执行所述栅层的第二刻蚀过程,以形成栅极,所述第二刻蚀过程持续所述辅助刻蚀时间。
所述第二刻蚀过程意指经历所述第一刻蚀过程后继续的栅极刻蚀过程。通过时间控制确定所述第二刻蚀过程的刻蚀终点,即通过将所述第二刻蚀过程持续所述辅助刻蚀时间后,确定栅极刻蚀过程完成。所述栅极刻蚀过程完成后,形成栅极。
利用光学终点检测与时间控制相结合的方法确定刻蚀终点,以完成栅层刻蚀过程,即利用光学终点检测确定刻蚀过程已进行至氧化层,换言之,利用光学终点检测确定栅层第一刻蚀过程的完成情况,继而通过时间控制确定经历所述第一刻蚀过程后继续的栅极第二刻蚀过程的完成情况,可减小所述高度差造成的刻蚀终点检测误判。
本发明还提供了一种栅极刻蚀终点检测方法,对刻蚀栅层以形成所述栅极的过程进行终点检测,所述栅层覆盖半导体衬底有源区及位于所述有源区之间的浅沟槽隔离区。应用本发明提供的方法进行栅极刻蚀终点检测的步骤包括:确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差;利用光学终点检测确定栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区,以完成所述栅层的第一刻蚀过程;利用所述高度差确定辅助刻蚀时间;将所述栅层刻蚀过程在进入刻蚀终点区后持续所述辅助刻蚀时间,以完成所述栅层的第二刻蚀过程并确定刻蚀终点。
图3为说明本发明实施例的栅极刻蚀终点检测方法流程示意图,如图3所示,应用本发明提供的方法进行栅极刻蚀终点检测的具体步骤包括:
步骤301:确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差。
所述高度差可利用光学临界尺寸测量单元(Optic CriticalDimension,OCD)或其它显微单元,如原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)等获得。具体的测量方法可应用任何现行的方法,在此不再赘述。
步骤302:利用光学终点检测确定栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区,以完成所述栅层的第一刻蚀过程。
所述光学终点检测包括光学干涉终点检测(IEP)或光发射谱终点检测(OES);利用光学终点检测可确定所述栅极刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区氧化层表面;确定所述栅极刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区氧化层表面时,确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区。所述第一刻蚀过程意指进入刻蚀终点区之前经历的栅极刻蚀过程。
步骤303:利用所述高度差确定辅助刻蚀时间。
所述辅助刻蚀时间意指进入刻蚀终点区后继续栅层刻蚀过程的持续时间。所述辅助刻蚀时间可利用所述高度差与进入刻蚀终点区后继续栅层刻蚀过程的持续时间的统计数据获得;所述辅助刻蚀时间还可利用所述高度差与选定的刻蚀速率计算获得。所述统计数据经由生产数据库获得,所述统计数据包含对应不同产品的所述高度差与经历所述第一刻蚀过程后继续栅层刻蚀过程的持续时间的实际生产数据。
通过测量所述高度差,并利用所述高度差确定辅助刻蚀时间,可获取准确的辅助刻蚀时间,即可准确检测栅极刻蚀终点。
步骤304:将所述栅层刻蚀过程在进入刻蚀终点区后持续所述辅助刻蚀时间,以完成所述栅层的第二刻蚀过程并确定刻蚀终点。
通过时间控制确定刻蚀终点,即通过将所述栅层刻蚀过程在进入刻蚀终点区后持续所述辅助刻蚀时间时,确定到达栅极刻蚀终点。所述第二刻蚀过程意指进入刻蚀终点区后继续的栅极刻蚀过程。
利用光学终点检测与时间控制相结合的方法确定刻蚀终点,即利用光学终点检测确定刻蚀过程已进行至氧化层,换言之,利用光学终点检测确定第一刻蚀终点,继而通过时间控制确定经历所述第一刻蚀过程后继续的栅极刻蚀过程的刻蚀终点,即通过时间控制确定第二刻蚀终点,可减小所述高度差造成的刻蚀终点检测误判。
图4为说明本发明实施例的栅极刻蚀终点检测系统结构示意图,如图4所示,本发明提供了一种栅极刻蚀终点检测系统,测量单元60、计算单元70、光学终点检测单元80及时间控制单元90;所述测量单元60用以确定器件内有源区与浅沟槽隔离区表面的高度差,并将所述高度差发送至计算单元;所述计算单元70用以接收所述测量单元发送的所述高度差,并利用所述高度差确定辅助刻蚀时间,并将所述辅助刻蚀时间作为时间控制信息发送至时间控制单元;所述光学终点检测单元80用以提供光学检测信息及根据所述光学检测信息确定栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区,并将所述光学检测信息发送至时间控制单元;所述时间控制单元90用以接收所述计算单元发送的时间控制信息及所述光学终点检测单元发送的光学检测信息,以控制所述栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区后持续的辅助刻蚀时间,确定刻蚀终点。
利用光学终点检测单元80可确定所述栅极刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区氧化层表面;确定所述栅极刻蚀过程已进行至有源区及/或浅沟槽隔离区氧化层表面时,可确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区。
所述辅助刻蚀时间意指进入刻蚀终点区后继续栅层刻蚀过程的持续时间。所述辅助刻蚀时间可利用所述测量单元60获得的所述高度差经由所述计算单元70获得。具体地,可利用所述计算单元70调用进入刻蚀终点区后继续栅层刻蚀过程的持续时间的统计数据获得;还可利用所述计算单元70根据所述高度差与选定的刻蚀速率计算获得。所述统计数据经由生产数据库获得,所述统计数据包含对应不同产品的所述高度差与进入刻蚀终点区后继续栅层刻蚀过程的持续时间的实际生产数据。
通过时间控制单元90确定刻蚀终点,即通过将所述栅层刻蚀过程在进入刻蚀终点区后持续所述辅助刻蚀时间时,确定到达栅极刻蚀终点。换言之,所述时间控制单元90接收所述光学终点检测单元80发送的光学检测信息,并确定所述栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区后,再根据所述计算单元70发送的时间控制信息控制所述栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区后持续的辅助刻蚀时间,以确定刻蚀终点。
所述测量单元60包括光学临界尺寸测量单元、原子力显微镜或扫描电子显微镜及数据处理器;所述计算单元70包括根据所述高度差对统计数据进行调用及数据处理以确定辅助刻蚀时间的数据处理器,或者,根据所述高度差及选定的刻蚀速率以确定辅助刻蚀时间的数据处理器;所述光学终点检测单元80包括光学干涉终点检测单元或光发射谱终点检测单元及数据处理器;所述数据处理器用以在相应单元内进行数据或信息的存储,以及在上述各单元间进行数据或信息的发送与接收;所述数据处理器中包含上述统计数据。
所述时间控制单元90包括刻蚀制程中可控制时间的任意进程(program)。所述进程可存储于计算机可读介质中。
尽管通过在所述的实施例描述说明了本发明,和尽管已经足够详细地描述了实施例,申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因所述,在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因所述,可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。