CN101329983A - 刻蚀工艺条件的检验及优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刻蚀工艺条件的检验方法，包括步骤：提供第一衬底和第二衬底；在所述第一衬底上沉积停止层；在所述第一衬底上的所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；检测所述刻蚀的结果；根据所述结果判断所述刻蚀的工艺条件是否满足要求。采用本发明的检验方法可以检验所用的刻蚀工艺条件是否能具有一定的工艺窗口，以确保刻蚀工艺的一致性。本发明还相应提供了一种刻蚀工艺条件的优化方法，可以根据检测的结果实现对刻蚀工艺条件的调整及优化。

Description

刻蚀工艺条件的检验及优化方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种刻蚀工艺条件的检验及优化方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，元器件的尺寸越来越小，因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体工艺制作结果的影响日益突出，对工艺的要求也更为严格。此时，在先工艺的偏差对在后工艺的影响也更为严重。

以刻蚀工艺为例，当在其前面进行的材料层沉积工艺出现不一致时，如，可能在批与批之间，同一批的不同衬底之间，甚至发生在同一衬底的不同位置之间，所沉积的材料层的厚度都可能会不相同，此时，其刻蚀后的刻蚀图形也很可能出现不一致的问题：材料层较薄处，出现过刻蚀现象；材料层较厚处，出现刻蚀未到位现象。

除在先工艺带来的刻蚀结果不一致的问题外，刻蚀工艺本身也可能存在不一致的问题。如，在同一刻蚀腔室的不同位置进行刻蚀，其刻蚀速率可能会有些差别；再如，当衬底上所要刻蚀的各图形的大小、形状及分布密度存在较大差异时，也会出现刻蚀速率不相同的情况，而这些可能会导致在刻蚀后，部分刻蚀图形已经过刻蚀，而部分图形的刻蚀还未到位。在实际生产中，上述刻蚀结果的不一致会导致器件性能漂移，甚至失效。

为了避免刻蚀结果的不一致，现有技术中通常会在材料层下沉积一层停止层，其刻蚀速率小于材料层的刻蚀速率，可以增大刻蚀工艺的工艺窗口：在一定范围内，只要增加刻蚀时间令原来刻蚀不足的刻蚀图形刻蚀到位，而其余过刻蚀的刻蚀图形都停止于停止层处即可。图1为采用现有刻蚀方法刻蚀后正常的器件剖面图，如图1所示，在衬底101上先沉积一层停止层102，然后再在其上沉积材料层103，该停止层102与材料层103的刻蚀速率差较大。这样，在对材料层进行刻蚀时，对于尺寸相同但材料层103厚度不同的刻蚀图形104和105，当材料层较厚的刻蚀图形105刻蚀到位时，材料层较薄的刻蚀图形104会向下多刻蚀一部分，但由于材料层103下的刻蚀速率明显较低的停止层102的存在，其刻蚀会停止于停止层内，而不会损伤到下面的衬底101；同理，对于材料层103厚度差不多，但刻蚀图形尺寸相差较远，导致刻蚀速率不同的刻蚀图形104和106，由于该材料层103下停止层102的存在，同样可以实现当刻蚀速率较慢的小尺寸图形106刻蚀到位时，大的、刻蚀速率较快的刻蚀图形104能够停止于停止层102内，不会因过刻蚀而损坏其下的衬底101。

有关利用刻蚀停止层对结构进行保护的信息，在2006年5月3日公开的公开号为CN1767171A的中国专利申请中还可以找到更多。

但是，该增加停止层的方法中，所增加的停止层的厚度是有限的，一则是因为若其太厚会增加去除的困难，二则是因为若其太厚，对其进行去除时同样可能会出现腐蚀速率差，也就仍会出现刻蚀结果不一致的现象。因此，该方法只能适用于一定的范围，当刻蚀速率差或介质厚度相差较远时，其仍不能避免出现过刻蚀或刻蚀未到位的现象。图2为采用现有的刻蚀方法刻蚀后出现异常的器件剖面图，如图2所示，当大的、材料层较厚的刻蚀图形202刻蚀至停止层时，同样大小的、材料层较薄的刻蚀图形201已发生过刻蚀，损伤到了位于停止层102下的衬底101，而此时，刻蚀速率低的、小的刻蚀图形203还未刻蚀到位。可见当刻蚀图形的刻蚀速率相差较远(或材料层厚度相差较远)时，即使停止层102可以在一定程度上缓解这一材料层厚度或刻蚀速率偏差所引起的刻蚀结果的不一致，但若刻蚀工艺条件选择不合适(包括停止层厚度选择不合适)，仍可能出现过刻蚀或刻蚀未到位的现象。

因此，为了获得刻蚀结果的高一致性，还需要对刻蚀工艺条件进行调整，使其刻蚀工艺其具有较大的工艺窗口，这样，在材料层厚度或刻蚀速率出现不一致时，才能得到均匀性、一致性较好的刻蚀结果。

现有的刻蚀工艺条件的试验是先沉积较厚的待刻蚀材料，然后，利用台阶仪等测量仪器测量其刻蚀的深度，接着，再根据该刻蚀深度来调整刻蚀工艺条件以确保刻蚀工艺条件能满足刻蚀深度的要求。但是该方法存在以下问题：

1、随着器件尺寸的逐渐缩小，当进行纵宽比较大的刻蚀图形的刻蚀速率试验时，已难以通过台阶仪等仪器较为准确地测得其实际的刻蚀深度；

2、对于刻蚀工艺，采用的停止层的厚度是否合适是一个关键问题，其的设置实际也应属于刻蚀工艺条件中可调整的一部分，而现有的刻蚀工艺试验未能将停止层厚度的设置与刻蚀工艺的其他条件结合考虑，对刻蚀工艺条件的优化不全面。

发明内容

本发明提供一种刻蚀工艺条件的检验及优化方法，其中，检验方法可以确定所用的刻蚀工艺条件是否满足有关工艺窗口的要求，优化方法可以对刻蚀工艺条件进行优化，使刻蚀工艺具有较大工艺窗口。

本发明提供的一种刻蚀工艺条件的检验方法，包括步骤：

提供第一衬底和第二衬底；

在所述第一衬底上沉积停止层；

在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；

在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；

在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；

对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；

对所述刻蚀的结果进行检测，当所述第一衬底上的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底上的刻蚀图形底部已露出衬底时，确定所述刻蚀工艺条件满足工艺窗口的要求。

其中，所述第一厚度可以小于所述第二厚度。此时，所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形可以是相同的。且所述刻蚀图形可以包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。

其中，所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形也可以不相同。

其中，对所述刻蚀的结果进行检测，包括步骤：

通过电子束扫描的方法检测所述刻蚀图形底部是否露出衬底。

其中，所述材料层至少包含介质层或半导体材料层中的一种。

本发明具有相同或相应技术特征的一种刻蚀工艺条件的优化方法，包括步骤：

提供第一衬底和第二衬底；

在所述第一衬底上沉积停止层；

在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；

在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；

在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；

对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；

对所述刻蚀的结果进行检测，并调整所述刻蚀的工艺条件：

当所述第一衬底和第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底时，减小刻蚀工艺中的刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体流量设置值、压力设置值或温度设置值降低刻蚀速率；

当所述第一衬底和第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部均未露出衬底时，增大刻蚀工艺中的刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体流量设置值、压力设置值或温度设置值增大刻蚀速率；

当所述第一衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底，所述第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部未露出衬底时，调整刻蚀工艺中的气体流量设置值或压力设置值以增大所述材料层与所述停止层间的选择比，或者增大所述停止层的厚度。

其中，所述第一厚度小于所述第二厚度。此时，所述第一衬底和所述第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形相同。且所述刻蚀图形可以包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。

其中，所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形可以不相同。

其中，对所述刻蚀的结果进行检测，包括步骤：

通过电子束扫描的方法检测所述刻蚀图形的底部是否到达衬底。

其中，当所述第一衬底的材料层的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底时，调整刻蚀工艺中的气体流量设置值或压力设置值以提高所述材料层的刻蚀速率，或者减小所述停止层的厚度。

其中，所述材料层至少包含介质层或半导体材料层中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的刻蚀工艺条件的检验方法，利用具有不同材料层厚度的刻蚀试片对刻蚀工艺条件(包括停止层的厚度是否合适)进行了检验，确定其是否具有较大的工艺窗口；本发明的刻蚀工艺条件的优化方法，通过检验结果的分析，进一步对刻蚀工艺条件(包括停止层的厚度)进行了优化，以确保即使在材料层厚度出现较大偏差的情况下，仍能得到满足要求的刻蚀结果，提高了刻蚀结果的一致性。另外，由于利用本发明的优化方法可以确定具有较大的工艺窗口的刻蚀工艺条件(包括确定合适的停止层厚度)，降低了对在先工艺及刻蚀工艺的均匀性、一致性要求，为缩短产品开发时间，提高产品的成品率奠定了基础。

此外，本发明的刻蚀工艺条件的检验方法，还可以通过在刻蚀试片上分别形成各种尺寸、形状及密集度的刻蚀图形，检验工艺条件是否能在刻蚀速率存在较大差异的情况下，得到均匀一致的刻蚀结果；同样地，此时也可以利用本发明的刻蚀工艺条件的优化方法，通过对检验结果的分析，进一步对刻蚀工艺条件进行优化，使得在存在较大的刻蚀速率差的情况下，所设置的刻蚀工艺条件也可以满足要求。

附图说明

图1为采用现有刻蚀方法刻蚀后正常的器件剖面图；

图2为采用现有的刻蚀方法刻蚀后出现异常的器件剖面图；

图3A至3G为本发明第一实施例中的示意图；

图4为本发明第二实施例的刻蚀工艺条件的检验方法的流程图；

图5为本发明第二实施例的材料层较薄时的正常的剖面图；

图6为本发明第二实施例的材料层较厚时的正常的剖面图；

图7为本发明第三实施例的刻蚀工艺条件的优化方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，并且可利用许多适当的材料制作，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

刻蚀工艺是利用刻蚀设备，如反应离子刻蚀设备、等离子体刻蚀设备等，将图形转移至材料层的工艺。其中的材料层可以是介质层或半导体材料层中的一种或多种的结合。理想情况下，每一次刻蚀前所形成的材料层的厚度都是一致且均匀的，但实际生产中，材料层的沉积厚度往往会存在差异，此时，如果刻蚀工艺条件选择不合适(包括停止层厚度选择不合适)，具有的工艺窗口过小，即使在材料层下加入停止层，仍可能会出现刻蚀结果不一致的现象。

为此，本发明的第一实施例提出了一种刻蚀工艺条件的检验方法，利用具有不同厚度的材料层的衬底，检验在材料层厚度出现偏差时，所用的刻蚀工艺条件能否得到一致性较高的刻蚀结果，也就是检验该刻蚀工艺条件是否具有足够大的工艺窗口。

图3A至3G为本发明第一实施例中的示意图，其中，图3A为本发明第一实施例的刻蚀工艺条件的检验方法的流程图，图3B至3G为本发明第一实施例中的器件剖面图，下面结合图3A至3G对本发明第一实施例进行详细介绍。

首先，提供第一衬底和第二衬底(S301)。图3B为所提供的第一衬底和第二衬底的剖面图，如图3B所示，考虑到衬底材料对刻蚀结果可能的影响，选取的两个衬底311和312至少表面材料要相同，如本实施例中的两个衬底311和312都为硅衬底。

然后，在所述第一衬底上沉积停止层(S302)。图3C为形成停止层后的第一衬底的剖面图，如图3C所示，本实施例中的停止层313选用了氮化硅层，这是因为本实施例中的材料层选用的是氧化硅层，通过对刻蚀工艺条件的调整(如选用不同的刻蚀气体和气体流量等)，氮化硅的刻蚀速率通常可以比氧化硅慢得多，二者之间实现较高的刻蚀选择比，这对于提高刻蚀结果的一致性非常重要。

该停止层通常可以利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法形成，其厚度需要综合刻蚀深度、与材料层间的刻蚀速率选择比等进行考虑，不可以过厚(去除时会出现问题)也不可以过薄(保护力度可能会不够)，通常其的厚度可以设置在200至600

之间，如为300

或400

如果其厚度需要大于这一范围才能达到所需的保护力度，则可以通过调整刻蚀工艺条件中其他的参数来增大刻蚀速率的选择比，从而可以实现在停止层较薄的情况下达到所需的保护力度。

接着，再在第一衬底的停止层上沉积具有第一厚度的材料层(S303)。图3D为形成第一厚度的材料层后的第一衬底的剖面图，如图3D所示，本实施例中所沉积的材料层314为氧化硅层，其也可以利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法形成，本实施例中选用的是化学气相沉积的方法。该第一厚度是根据具体器件的具体要求，同时考虑到材料层的沉积厚度可能会出现的薄的偏差情况来确定的。如器件的层间介质层通常要求在2000至8000

之间，如为5000

或6000

此即为理想情况下的正常值。假设本实施例中要求所检验的刻蚀工艺条件能够在其厚度偏薄了30％时仍能维持正常的刻蚀结果，则此时的第一厚度需设置为所要求的正常值偏离了-30％时的厚度：即3500

或4200

再接着，在第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且第一厚度小于第二厚度(S304)。图3E为形成第二厚度的材料层后的第二衬底的剖面图，如图3E所示，本实施例中该第二厚度的材料层315是利用化学气相沉积的方法形成的，其厚度是根据具体器件的具体要求，同时考虑到材料层的沉积厚度可能会出现的厚的偏差情况来确定的。仍以器件的层间介质层厚度的正常值为5000

或6000

为例，假设本实施例中要求所检验的刻蚀工艺条件能够在其厚度偏厚了30％时仍能维持正常的刻蚀结果，则此时的第二厚度需设置为所要求的正常值偏离了+30％时的厚度：即6500

或7800

然后，对第一衬底和第二衬底上的材料层进行光刻处理，定义出刻蚀图形(S305)。本实施例中只是为了单纯地检测刻蚀工艺条件在材料层的沉积厚度偏离在±30％以内时是否仍能满足条件，因此两个衬底的材料层上所形成的刻蚀图形可以是相同的。图3F为所光刻后的第一衬底和第二衬底的剖面图，如图3F所示，在第一衬底和第二衬底的材料层上分别利用光刻胶定义了相同的刻蚀图形321和322。

接着，对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀(S306)。本实施例中，利用反应离子刻蚀设备选择相同的确定的工艺条件对材料层进行了刻蚀。通常本步中两个衬底的刻蚀可以在同一设备中同时进行，以确保刻蚀工艺条件完全相同。

接着，检测所述第一衬底和第二衬底的刻蚀结果(S307)。本实施例中，利用电子束扫描的方法来检验各衬底的刻蚀图形是否刻蚀到位，其相比于传统的SEM方法对刻蚀剖面的测量要方便许多。本实施例中，衬底为硅材料，停止层为氮化硅材料，材料层为氮化硅材料，如果刻蚀已到属于半导体材料的硅衬底，其在电子扫描下会产生较多的二次电子，会观察到亮场图形，但如果刻蚀停留于属于介质层的停止层或材料层，其仅产生少量的二次电子，不会表现为亮场图形，因此，根据刻蚀图形表现为亮场还是暗场，可以很方便地判断出各衬底上的刻蚀图形是否已刻蚀至露出衬底。

检测后，再根据所述检测判断所述刻蚀的工艺条件是否满足工艺窗口的要求(S308)。检测结果中可能出现两个衬底的刻蚀图形分别刻蚀到位或不到位等多个结果，但只有出现了第一衬底刻蚀未至露出衬底，第二衬底刻蚀已至露出衬底的情况才表明该刻蚀工艺条件满足要求。原因在于：当第二衬底刻蚀到位时，第一衬底上的材料层必然也被刻蚀干净，之所以其未刻蚀至露出衬底，说明其是停止于停止层上，这表明此时的停止层足够厚或刻蚀选择比足够高，可以起到足够的保护作用，此时的刻蚀工艺条件满足了要求，实现了本实施例中所要求的材料层厚度偏差在±30％以内均可以正常实现刻蚀的工艺窗口。否则，表明所用的刻蚀工艺条件不能满足工艺窗口的要求。图3G为刻蚀工艺条件满足要求时的刻蚀后的第一衬底和第二衬底的剖面图，如图3G所示，第一衬底上的刻蚀图形331的底部上仍留有部分停止层313，第二衬底上的刻蚀图形332的底部则已刻蚀至衬底材料312。

本实施例中，利用了两个材料层厚度不同的衬底进行了刻蚀工艺条件的工艺窗口的检验，在本发明的其他实施例中，还可以利用两个以上的具有不同刻蚀层厚度的衬底检验刻蚀工艺条件所具有的工艺窗口。如，可以在六个衬底上分别沉积厚度偏离-10％、-20％、-30％的材料层，及厚度偏离+10％、+20％、+30％的材料层，并在形成厚度偏离-10％、-20％、-30％的材料层的衬底上预先形成停止层，然后，利用与第一实施例类似的方法，确定其所用的刻蚀工艺条件所具有的工艺窗口大小。如：若-10％、-20％、+30％的刻蚀图形均未刻蚀至露出衬底，-30％、+10％及+20％的刻蚀至了衬底，则表明：在厚度偏离了+10％及+20％时，不会出现刻蚀不足现象，在厚度偏离了+30％时，则出现了刻蚀不足的现象；由于连偏离了+20％的都刻蚀至了衬底，在厚度偏离了-10％和-20％时，其材料层肯定被刻蚀干净，之所以未至露出衬底，表明其刻蚀是止于停止层，而-30％的被刻蚀至了衬底，表明其停止层也已被去除干净，出现了过刻蚀现象。通过对检测结果的上述分析，可以确定所用的刻蚀工艺条件的工艺窗口为材料层的厚度偏离在±20％以内。如果所要求的工艺窗口为至少±30％，则该工艺条件不能满足要求，如果所要求的工艺窗口为至少±20％，则该工艺条件满足要求。

此外，考虑到刻蚀工艺中存在着刻蚀尺寸效应(SDE，size-dependentetching)和微负载效应(ML，micro-loading effect)，对于尺寸较小、形状较为尖锐或密集度较大的刻蚀图形部分，其刻蚀的速率会相对较低，而这一刻蚀速率的不一致(尤其当器件尺寸缩小至一定程度后，这一速率差会更明显)，导致的在相同的刻蚀条件下对相同的待刻蚀材料进行刻蚀，结果却不一致的情况，在刻蚀工艺的工艺窗口较大时也可以避免，因此，也可以将其作为检验刻蚀工艺条件的工艺窗口是否满足要求时的检验因素之一。

本发明的第二实施例考虑了刻蚀图形的尺寸、形状、密集度等对刻蚀速率的影响，在进行刻蚀工艺条件的检验时，还在刻蚀前先利用掩膜在材料层上定义了包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形，然后，再对其进行刻蚀。

图4为本发明第二实施例的刻蚀工艺条件的检验方法的流程图，下面结合图4对本发明的第二实施例进行介绍。

首先，提供第一衬底和第二衬底(S401)，本实施例中为硅衬底。然后，在第一衬底上沉积停止层(S402)，本实施例中，该停止层为氮化硅层，厚度约为400

再在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层(S403)，本实施例中，该材料层为氧化硅层，其刻蚀速率高于停止层的刻蚀速率，且该氧化硅层厚度的正常值设置为6000

本实施例中的第一厚度设置为材料层正常值偏薄20％时的值，即为4800

接着，在第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层(S404)，本实施例中的第二厚度为材料层正常值偏厚20％时的值，即设置为7200

再接着，采用光刻技术利用掩膜在所述第一衬底和第二衬底上定义出包含各种尺寸的刻蚀图形(S405)，该刻蚀图形中可以包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形，在本实施例中，在刻蚀图形中包含了各种尺寸的图形。

然后，对所述第一衬底和第二衬底的所述材料层进行刻蚀(S406)。本实施例中，采用等离子体刻蚀设备选择确定的工艺条件对材料层进行刻蚀。在刻蚀后可以将光刻掩膜去除。

接着，检测所述第一衬底和第二衬底的所述刻蚀图形是否已刻蚀至露出衬底(S407)。本实施例中，对于包含各种尺寸的刻蚀图形的检测同样可以不测量其刻蚀深度，只要利用电子束扫描的方法来检验其是否刻蚀到位即可，本实施例中，如果刻蚀已到属于半导体材料的硅衬底，其在电子扫描下会产生较多的二次电子，会观察到亮场图形，但如果刻蚀停留于属于介质层的停止层或材料层，其仅产生少量的二次电子，不会表现为亮场图形，因此，根据刻蚀图形表现为亮场还是暗场，可以很方便地判断出各刻蚀图形是否已刻蚀至露出衬底。

检测后，再根据所述检测判断所述刻蚀的工艺条件是否满足工艺窗口的要求(S408)。本实施例中，在满足工艺窗口的工艺条件下得到刻蚀结果应该为：材料层较薄的衬底的刻蚀图形，包括刻蚀速率较快的、具有刻蚀速率较快的、最大尺寸的区域(其他实施例中也可以是刻蚀速率较快的、形状不太尖锐或图形密集度最小的区域)，均未刻蚀至露出衬底；材料层较厚的衬底的刻蚀图形，包括刻蚀速率较慢的、具有最小尺寸的区域(其他实施例中也可以是刻蚀速率较慢的、形状较尖锐或图形密集度最大的区域)，均刻蚀至露出衬底。

图5为本发明第二实施例的材料层较薄时的正常的剖面图，如图5所示(已去除了掩膜)，材料层较薄的衬底101上先沉积了一层停止层102；然后，再沉积了一层厚度与正常值相比较薄的材料层501；并在利用掩膜在其上定义出刻蚀图形后进行了刻蚀；如果所采用的刻蚀工艺条件合适，此时即使刻蚀速率较快的、尺寸较大的图形502也应未刻蚀至露出衬底101，而是停留于停止层102内，即未出现过刻蚀现象。

图6为本发明第二实施例的材料层较厚时的正常的剖面图，如图6所示(已去除了掩膜)，在材料层601的沉积厚度比正常值大时，如果所采用的刻蚀工艺条件合适，也应使刻蚀速率较慢的、尺寸较小的图形602刻蚀至露出衬底101，即未出现刻蚀不足的现象。

本发明的第二实施例中说明了刻蚀图形的尺寸对刻蚀结果的影响，此外，刻蚀图形的形状及密集度，也可能会影响到刻蚀的速率，在本发明的其他实施例中，还可以通过在刻蚀图形中加入不同形状的图形，实现对刻蚀工艺条件能否令各种形状及密集度的刻蚀图形的刻蚀结果都均匀一致的检验。

采用包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的刻蚀图形进行刻蚀的方法后，不仅可以检验刻蚀工艺条件对材料层的厚度偏差的容忍度，还可以检验刻蚀工艺条件对具有不同尺寸、形状及密集度的刻蚀图形(或者说刻蚀速率偏差)的容忍度，具有更全面、更灵活的特性。

同样地，为了能确定所用刻蚀工艺条件满足于何种工艺窗口，也可以同时利用具有多种不同厚度的材料层的衬底进行上述刻蚀试验。如，可以同时利用具有厚度偏离了-10％、-20％、-30％以及+10％、+20％、+30％的材料层的衬底(其中，偏薄的三个衬底的材料层下还具有停止层)对包含各种尺寸、形状及密集度的刻蚀图形进行刻蚀工艺条件的检验，受到本发明第一和第二实施例的启发后，本领域的普通技术人员可以根据上述各衬底是否已刻蚀到位推导得到此时所用的刻蚀工艺条件所能满足的工艺窗口，在此不再赘述。

另外，也可以单纯地检验刻蚀工艺条件对因不同尺寸、形状及密集度的刻蚀图形间的刻蚀速率偏差的容忍度。此时，可以在材料层厚度相同的情况下，在两个衬底的材料层上形成具有不种尺寸、和/或形状、和/或密集度的刻蚀图形，其中一个具有刻蚀速率较快的、尺寸较大或形状不太尖锐或图形密集度最小的图形，其在沉积刻蚀停止层前要先沉积停止层；另一个则具有刻蚀速率较慢的、尺寸较小或形状较尖锐或图形密集度最大的图形。并且在刻蚀后，同样可以利用电子束扫描的方式检查两个衬底是否刻蚀到位：当前者未到位，后者到位时，表明所用的刻蚀工艺条件能够容忍这一刻蚀速率差的影响，能够得到较为均匀一致的刻蚀结果。

除了可以验证刻蚀工艺条件是否满足要求外，还可以利用本发明的方法对刻蚀工艺条件进行优化，本发明的第三实施例介绍了本发明的刻蚀工艺条件优化方法。

本发明第三实施例中，假设需要达到的工艺窗口为材料层厚度偏离±30％内仍能达到满足要求的刻蚀结果，图7为本发明第三实施例的刻蚀工艺条件的优化方法的流程图，下面结合图7对本发明的第三实施例进行详细介绍。

首先，至少提供了第一衬底和第二衬底(S701)。本实施例中，该两个衬底均为硅衬底。

然后，在所述第一衬底上沉积停止层(S702)。本实施例中的材料层为氮氧化硅层，选用的停止层为与其刻蚀速率相差较远的氮化硅层。本实施例中氮化硅停止层的厚度初步设置为250

该设置值是否合理，可以通过后面的试验检测结果确定。

接着，再在第一衬底上沉积具有第一厚度的材料层(S703)。本实施例中，该材料层为利用化学气相沉积方法形成的氧化硅层。其中的第一厚度是根据具体器件的具体要求，同时考虑到材料层的沉积厚度可能会出现的薄的偏差情况来确定的。如本实施例中材料层厚度的正常值为8000要求在其厚度偏离了±30％内仍能达到满足要求的刻蚀结果，则此时的第一厚度可以设置为5600

再接着，在第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且第一厚度小于第二厚度(S704)。本实施例中第二厚度可以设置为10400

然后，利用光刻技术在两个衬底的材料层上定义刻蚀图形(S705)，所述刻蚀图形可以相同，也可以包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的刻蚀图形。

接着，对所述第一衬底和第二衬底的所述材料层进行刻蚀(S706)，现检测所述第一衬底和第二衬底的刻蚀结果(S707)，并根据所述检测结果调整所述刻蚀的工艺条件(S708)。

对于本实施例中的两个衬底的情况，可能的刻蚀结果有四种，其分别代表了工艺条件的不同情况，通过对其的分析，可以实现对刻蚀工艺条件的优化：

A、当第一衬底和第二衬底上材料层的刻蚀图形底部均已至露出衬底：表明此时刻蚀时间可能过长，可以适当减小刻蚀时间的设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体流量设置值、压力设置值或温度设置值降低刻蚀速率，之后再进行下次刻蚀试验；

B、当第一衬底和第二衬底上材料层的刻蚀图形底部均未露出衬底：表明此时刻蚀时间可能过短，可以适当增大刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体流量设置值、压力设置值或温度设置值增大刻蚀速率，之后再进行下次刻蚀试验；

C、当第一衬底上材料层的刻蚀图形底部已露出衬底，第二衬底的材料层的刻蚀图形底部仍未露出衬底：表明停止层的沉积厚度过薄或本工艺条件下的刻蚀选择比过低，导致停止层未能起到足够的保护作用，可以适当增加停止层的厚度或调整刻蚀工艺条件提高选择比；

D、当第一衬底上材料层的刻蚀图形的底部未露出衬底，第二衬底上材料层的刻蚀图形底部已露出衬底：此时第一衬底上的刻蚀图形内的材料层必然也被刻蚀干净，其是停止于停止层上，表明所沉积的停止层足够厚或选择的刻蚀工艺条件的刻蚀选择比足够高，可以起到足够的保护作用，实现了本实施例中所要求的工艺窗口，提高了刻蚀结果的一致性，可以认为此时的刻蚀工艺条件满足了要求。但也可以对其进行进一步的优化，一则，如果此时的停止层厚度较厚，可以适当减小停止层的厚度再进行下一次试验，以确定停止层厚度是否可以进一步减小；二则如果此种刻蚀工艺条件下，刻蚀速率较慢，也可以适当调整刻蚀工艺条件，牺牲一定的刻蚀选择比来提高刻蚀速率。其中，可以影响刻蚀选择比或刻蚀速率的工艺条件有：刻蚀气体的流量、刻蚀气体间的比例、腔室内的压力、加热的温度及刻蚀功率等。

另外，在实际应用中，第一厚度和第二厚度不一定是与正常值的对称偏离，如第一厚度可以是偏离正常值的-10％，第二厚度是偏离正常值的+30％，这与实际生产制造中工艺窗口的具体要求有关。因此，只要将第一厚度设置为工艺窗口要求的可以容忍的材料层向薄的方向偏离的量，第二厚度设置为工艺窗口要求的可以容忍的材料层向厚的方向偏离的量即可。

本发明的上述实施例中，对于影响刻蚀结果的前序工艺是以材料层的沉积厚度的偏离为例进行介绍的，在本发明的其他实施例中，还可以在工艺窗口中考虑其他前序工艺的偏离对刻蚀结果的可能的影响，如在化学机械研磨工艺后，衬底表面层(通常为介质层)厚度不同对后序刻蚀工艺的影响。再如，栅极高度的偏离对于其后栅极侧壁层刻蚀结果的影响等。其具体检验或优化方法的具体实施步骤与本发明的上述实施例相似，在本发明上述实施例的启发下，本领域的普通技术人员也可以依本发明的方法实现，在此不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1、一种刻蚀工艺条件的检验方法，其特征在于，包括步骤：

提供第一衬底和第二衬底；

在所述第一衬底上沉积停止层；

在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；

在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；

在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；

对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；

对所述刻蚀的结果进行检测，当所述第一衬底上的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底上的刻蚀图形底部已露出衬底时，确定所述刻蚀工艺条件满足工艺窗口的要求。

2、如权利要求1所述的检验方法，其特征在于：所述第一厚度小于所述第二厚度。

3、如权利要求2所述的检验方法，其特征在于：所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形相同。

4、如权利要求1所述的检验方法，其特征在于：所述刻蚀图形包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。

5、如权利要求1或4所述的检验方法，其特征在于：所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形不相同。

6、如权利要求1所述的检验方法，其特征在于：对所述刻蚀的结果进行检测，包括步骤：

通过电子束扫描的方法检测所述刻蚀图形底部是否露出衬底。

7、如权利要求1所述的检验方法，其特征在于：所述材料层至少包含介质层或半导体材料层中的一种。

8、一种刻蚀工艺条件的优化方法，其特征在于，包括步骤：

提供第一衬底和第二衬底；

在所述第一衬底上沉积停止层；

在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；

在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；

在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；

对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；

对所述刻蚀的结果进行检测，并调整所述刻蚀的工艺条件：

当所述第一衬底和第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底时，减小刻蚀工艺中的刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体流量设置值、压力设置值或温度设置值降低刻蚀速率；

当所述第一衬底和第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部均未露出衬底时，增大刻蚀工艺中的刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体流量设置值、压力设置值或温度设置值增大刻蚀速率；

当所述第一衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底，所述第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部未露出衬底时，调整刻蚀工艺中的气体流量设置值或压力设置值以增大所述材料层与所述停止层间的选择比，或者增大所述停止层的厚度。

9、如权利要求8所述的优化方法，其特征在于：所述第一厚度小于所述第二厚度。

10、如权利要求9所述的优化方法，其特征在于：所述第一衬底和所述第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形相同。

11、如权利要求10所述的优化方法，其特征在于：所述刻蚀图形包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。

12、如权利要求8或11所述的优化方法，其特征在于：所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形不相同。

13、如权利要求8所述的优化方法，其特征在于：对所述刻蚀的结果进行检测，包括步骤：

通过电子束扫描的方法检测所述刻蚀图形的底部是否到达衬底。

14、如权利要求8所述的优化方法，其特征在于：当所述第一衬底的材料层的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底时，调整刻蚀工艺中的气体流量设置值或压力设置值以提高所述材料层的刻蚀速率，或者减小所述停止层的厚度。

15、如权利8所述的优化方法，其特征在于：所述材料层至少包含介质层或半导体材料层中的一种。

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