CN101769848B

CN101769848B - 检测刻蚀液过滤器的方法

Info

Publication number: CN101769848B
Application number: CN2008102049801A
Authority: CN
Inventors: 魏广升; 赵建方; 王瑞明; 黄海英
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101769848A

Abstract

本发明提供了一种检测刻蚀液过滤器的方法，包括在覆盖一层均匀氧化物薄膜的晶片上选定多个点；测量所述晶片在所述多个点处的初始厚度；对所述晶片进行过刻蚀处理；测量所述晶片在所述多个点处的残留厚度；计算各个点处的初始厚度与残留厚度的差值并计算这些差值的标准方差，将所述标准方差与标准值做比较，若大于标准值，表明检测结果不合格，需要更换所述过滤器，若小于标准值，表明检测结果合格，本发明能够检测到过滤器的老化与否，为在过滤器老化的情况下，及时更换过滤器提供了判定依据，减少了由于过滤器老化而导致的次品的产生，保证了产品的合格率。

Description

检测刻蚀液过滤器的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种检测刻蚀液过滤器的方法。

背景技术

在众多半导体工艺中，刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一，刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀，湿法刻蚀在半导体工艺中得到广泛应用。从将硅锭切成半导体硅片开始，化学腐蚀机就被用来研磨和抛光，以获得光学级的平整和无损的表面。在热氧化和外延生长之前，要对半导体硅片进行化学清洗以除去操作和贮存过程带来的污染。湿法刻蚀特别适用于多晶硅、氧化物、氮化物和金属的表面刻蚀，在当前半导体工艺中，湿法刻蚀的一个非常重要的应用便是在晶片双栅氧化物工艺中的刻蚀，包括高压栅极预刻蚀(清除之前制程氧化层，如牺牲氧化层等)、高压栅的湿法刻蚀(去除特定区域高压栅氧化层，生长低压栅氧化层)、低压栅的预清洗等，这些制程对MOS工艺来说非常重要，将直接决定器件的电学性质，因此有必要进行严格的监控。

湿法刻蚀的机理涉及三个基本阶段：反应物通过扩散运输到反应表面，化学反应在此表面发生，然后通过扩散将反应生成物从表面移除。腐蚀液的(搅拌)循环和温度将影响腐蚀速率(单位时间内通过刻蚀去除的薄膜量)。在集成电路工艺中，大多数湿法刻蚀是将硅片浸入化学溶液或向硅片上喷洒刻蚀溶剂，对于浸入式刻蚀，是将硅片浸入化学溶剂，通常需要搅拌(循环)来保证刻蚀过程以一致和恒定的速率进行，同时会对使用的化学液进行过滤，以去除化学液中的颗粒、气泡、反应附产物等，以保持化学液的稳定性。如果化学液过滤器存在老化的现象，则其中过滤出来的化学液就会有过多的颗粒、气泡、反应附产物等残留。化学液中存在过多的颗粒可以通过后续工艺检测到，并且有办法加以去除，然而残留的小气泡在刻蚀过程中，虽然对氧化物刻蚀过程的影响不大，但是，在过刻蚀工艺中，由于小气泡中含有氧气，氧气会和衬底中的硅发生反应，生成氧化物，并在过刻蚀工艺中被刻蚀掉，而没有和氧气反应的衬底硅则不会被刻蚀掉，这样便容易造成晶片表面的凹凸不平，若是在凹凸不平的晶片上继续生长栅极氧化层，这种凹凸不平的影响便会被放大，造成下一步骤的氧化膜质量和厚度偏离正常值，直接影响到产品的电性测试参数，如开启电压、饱和漏电流等，而电性测试参数的变化越大，也就意味着产品的良率损失越大，通俗来讲，就是产品报废的比例越大，图1是电性测试参数和产品的良率损失的关系图，电性测试参数为3.3V NMOS器件的开启电压，从图1可以比较明显的看出，随着开启电压的增大，产品的良率损失也越来越大，即产品的良率越来越低，因此，及时的监测过滤器的老化对于刻蚀工艺有着很重要的意义。

目前，用于检测化学液刻蚀速率的方法是九点测定法，首先采用一平板晶片，晶片上已淀积一层氧化膜，选取9个点测量淀积了氧化膜的晶片的厚度，然后将晶片浸入化学液中，经过一定时间后取出，再次测量所选取的9个点所对应的刻蚀后的晶片的厚度，结合之前的测量值计算出厚度差，最后结合刻蚀的时间，计算出化学液每分钟的刻蚀速率和均匀度。一般选取的九点是均匀分布在平板晶片上的，如图2所示，图2中的9个点为测试点，均匀度表征的是各点刻蚀速率之间的差异。在九点测定法中，采用的氧化膜厚度一般比较厚，而且，刻蚀后的氧化膜不会被刻蚀完全，一般都会有剩余，这样，无法刻蚀到衬底硅，也就无法检测出化学液中是否带有小气泡，即无法检测出过滤器是否老化，这些漏检的老化过滤器用于单纯的刻蚀情况还好，若是中间夹杂了过刻蚀的情况，则晶片的表面就会变得凹凸不平，为晶片的后续生长埋下了隐患。由于在半导体制造工艺中，过刻蚀是很普遍采用的一种刻蚀过程，再加上化学液所用的过滤器长期在液压下工作，也容易老化，因此，如何监控过滤器老化已经是一件很重要的事情，然而现有的九点测定法却很难及时的通过监控化学液刻蚀速率及均匀度来发现这一过滤器老化的问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在正常监控方法无法检测过滤器是否老化的问题，本发明提供一种能够准确检测出过滤器是否老化的方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种检测刻蚀液过滤器的方法，包括以下步骤：在覆盖一层均匀氧化物薄膜的晶片上选定多个点；测量所述晶片在所述多个点处的初始厚度；对所述晶片进行工艺处理；测量所述晶片在所述多个点处的残留厚度；计算各个点处的初始厚度与残留厚度的差值以及这些差值的标准方差，将所述标准方差与一标准值做比较，若大于标准值，检测结果不合格，说明过滤器老化严重要更换所述过滤器，若小于标准值，检测结果合格；所述工艺处理为过刻蚀处理。

可选的，所述氧化物的厚度小于100纳米。

可选的，所述点的数量至少为40个。

可选的，所述点均匀分布于所述晶片上。

可选的，所述标准值为0.3。

可选的，所述过刻蚀处理中所用化学溶液为BOE或HF。

本发明检测刻蚀液过滤器的方法的有益技术效果为：本发明在原有检测方法的基础上，将刻蚀处理更换为过刻蚀处理，从而使得整个检测方法能够检测到过滤器的老化与否，为在过滤器老化的情况下，及时更换过滤器提供了依据，减少了次品的产生，保证了产品的合格率，另外，本发明增加了晶片上测量的点数，进一步的提高了测量的精度，保证了结果的准确性。

附图说明

图1为产品良率损失和电性测试参数的关系图；

图2为九点测试法的点在晶片上的分布示意图；

图3为本发明监控刻蚀液所用过滤器的方法的流程示意图；

图4为本发明监控刻蚀液所用过滤器的方法选取的点在晶片上的分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的监控刻蚀液所用过滤器的方法作进一步的详细说明。

由于现有检测方法不能检测过滤器是否老化，因此，本发明提出一种新的检测方法，用于检测过滤器老化的问题，请参考图3，图3为本发明监控刻蚀液所用过滤器的方法的流程示意图，包括步骤111：在覆盖一层均匀氧化物薄膜的晶片上选定多个点，所述氧化物不宜太厚，一般在100纳米以下，这是为了后面的过刻蚀监控工艺考虑的，若厚度太厚，过刻蚀的监控工艺过程则时间会比较长，影响正常生产，另外，在晶片上选定的点在40个以上，至少为40个，而且平均分布在晶片上，如图4所示，这是为了后面步骤测量晶片表面凹凸不平时考虑的，点若太少或者分布不均匀，则会导致有些凹凸不平的部位检测不到，影响检测的精度。步骤112：测量所述晶片在所述多个点处的厚度，选定多少点，则测量多少个点，这个过程的结果是提供一个晶片在处理之前的初始厚度值，根据这个初始厚度值，选定过刻蚀工艺条件，另外，在晶片被处理前，晶片应该是平整的，各个点的厚度应该是相同的，但是为了精度考虑，还是选择每个点的厚度都测量。步骤113：对所述晶片进行工艺处理，所述工艺处理为过刻蚀处理，所用刻蚀的化学溶液为BOE(缓冲蚀刻液)或HF(氢氟酸)，所述BOE是HF与NH₄F(氟化铵)依照1∶4的比例制成，按照比例1∶10，或者比例1∶130，1∶200，1∶500都可以，HF为主要的蚀刻液，NH₄F则作为缓冲剂使用，利用NH₄F固定氢离子的浓度，使之保持一定的蚀刻速率，比如晶片上的氧化物薄膜的厚度为45纳米，处理过程中设定刻蚀的厚度大概在55纳米左右，刻蚀的厚度是通过选择刻蚀时间来确定的，刻蚀的厚度和刻蚀的时间成正比，另外，当用HF作为刻蚀的化学溶液时，其体积浓度一般小于50％，比如10％、20％或者40％，经过这个步骤，晶片表面的氧化物薄膜理应完全被刻蚀了，留下的是不和刻蚀溶液反应的衬底硅，如果化学液是理想的化学液，经过过刻蚀处理后，其表面应该是平整的，满足设定的标准值，若是由于过滤器老化，导致刻蚀溶液中含有的气泡无法去除，则小气泡中的氧气会附着于晶片表面，并和衬底中的硅发生反应，生成氧化物，使得生成的氧化物被刻蚀掉，而没有和氧气反应的衬底硅则被存留下来，这样便容易造成晶片表面的凹凸不平。步骤114：测量所述晶片在所述多个点处的残留氧化膜厚度，测量点和步骤112相同。步骤115：计算各个点处的初始厚度与残留厚度的差值以及这些差值的标准方差，步骤116：与设定的标准值做比较，步骤117：若大于标准值，表明检测不合格，过滤器存在老化现象，需更换所述过滤器，步骤118：若小于等于标准值，表明检测合格。根据步骤112和步骤114所测量得出的结果，求得每点的厚度差，然后，求出厚度差的平均值，即把所有的厚度差加起来除以测量的点的数量，然后，求得每个点和平均值的差值，再将所有差值的平方值相加，相加的总和除以测量的点的数量，所得值即为标准方差，标准方差是度量刻蚀均匀度的一个值，一般采用的标准值为0.3，当标准方差大于0.3时，则说明晶体表面凹凸不平的情况很严重，已经能够影响到器件的良率，那么则需要更换过滤器。

下面结合一具体实施例的检测数据来说明本发明的技术效果。本实施例中晶片上的氧化物薄膜的厚度为45纳米，过刻蚀设定的厚度为55纳米，参见如下表1和表2，表1是用本发明提供的检测方法得出的3次检测结果，由于3次检测结果的标准方差都大于设定的标准值0.3，因此，更换了过滤器，表2则是更换过滤器之后的2次检测值，检测结果显示，标准方差都远远小于设定的标准值，因此也可以推断，之前标准方差过大的原因是由于过滤器老化，导致过滤性能下降引起的，而更换过滤器之后，标准方差大大减小，但是仍然不为零，这是因为刻蚀过程中还有其他的不稳定因素的存在，比如刻蚀液的温度和浓度不绝对均匀等，只有以后通过不断的更新刻蚀的工艺来加以改善，但是在这样的情况下不会影响到器件的良率，还是可以接受的。

表1

最大值	20.15	14.12	15.74
				最小值	11.36	11.19	9.51
平均值	11.75	10.92	10.55
				标准方差	1.23	0.81	1.96

表2

最大值	11.40	7.10
			最小值	10.95	6.24
平均值	11.14	6.46
			标准方差	0.10	0.15

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种检测刻蚀液过滤器的方法，包括以下步骤：

S1：在覆盖一层均匀氧化物薄膜的晶片上选定多个点；

S2：测量所述晶片在所述多个点处的初始厚度；

S3：对所述晶片进行湿法刻蚀；

S4：测量所述晶片在所述多个点处的残留厚度；

S5：计算各个点处的初始厚度与残留厚度的差值以及这些差值的标准方差，将所述标准方差与一标准值做比较，若大于标准值，检测结果不合格，说明过滤器老化严重要更换所述过滤器，若小于标准值，检测结果合格；

其特征在于：所述湿法刻蚀为过刻蚀处理。

2.根据权利要求1所述一种检测刻蚀液过滤器的方法，其特征在于所述氧化物薄膜的厚度小于100纳米。

3.根据权利要求1所述一种检测刻蚀液过滤器的方法，其特征在于所述点的数量至少为40个。

4.根据权利要求1所述一种检测刻蚀液过滤器的方法，其特征在于所述点均匀分布于所述晶片上。

5.根据权利要求1所述一种检测刻蚀液过滤器的方法，其特征在于所述过刻蚀处理中所用的化学溶液为BOE或HF。