CN102044431A - 刻蚀方法和刻蚀系统 - Google Patents
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Abstract
一种刻蚀方法，包括：提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；提供所述待刻蚀层的厚度阈值；设定初始刻蚀参数；采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度；判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所述初始刻蚀参数的刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。本发明还提供一种刻蚀系统。本发明可以实时检测刻蚀过程，反映真实的刻蚀程度，调整刻蚀参数进而达到理想的刻蚀效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种刻蚀方法和刻蚀系统。
背景技术
半导体制造工艺是一种平面制造工艺，该工艺结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入多种工艺，需要在同一衬底上形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的电子功能。其中，任何一步的工艺出现偏差，都可能会造成电路的性能参数偏离设计值。目前，随着超大规模集成电路的器件特征尺寸不断地比例缩小，集成度不断地提高，对各步工艺的控制及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。
以刻蚀工艺为例，集成电路制造中，常需要利用刻蚀技术形成各种刻蚀图形，如接触孔，通孔图形，沟槽隔离图形或栅极图形，如果因控制不当使上述刻蚀图形的特征尺寸(CD，critical dimension)出现偏差，将直接影响到电路的性能，降低产品的成品率。
现有技术在对待刻蚀层进行刻蚀前，常常将刻蚀系统的刻蚀参数进行固定，所述工艺参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。比如设定固定刻蚀时间，当达到固定刻蚀时间后立即停止刻蚀，然后进入下一步的工艺程序。
现有技术中的固定的刻蚀参数不能如实反映具体每一次的刻蚀过程中的真实需要的刻蚀参数。如在干法离子刻蚀过程中，在预先设定好固定的刻蚀气体和刻蚀温度，刻蚀时间的参数的情况下，随着刻蚀腔的持续使用，刻蚀腔内的环境变化会引起刻蚀速率的变化，导致所需实际的刻蚀时间也随之发生变化。如预先设定的固定刻蚀时间过短会导致残留有未刻蚀掉的材料，或如预先设定的固定的刻蚀时间过长会导致刻蚀程度过大，影响关键尺寸。
在专利号为ZL200510029261.7的中国专利中提供了一种刻蚀方法。包括在刻蚀步骤中引入光发射谱检测法，即依靠光发射谱检测刻蚀过程中刻蚀腔内的离子体的化学键信号的变化，当检测到化学键信号变化时，结束刻蚀。其中所述化学键为TI～Cl或Si～F。
上述专利提供的方案是通过化学键信号的变化来检测待刻蚀层的刻蚀过程，然而，化学键信号微弱，需要经过一定的信号放大才能用于检测；腔内若存在其他杂质，则会影响对待刻蚀层的刻蚀程度作出判断；当检测到刻蚀腔内的化学键信号发生变化时，待刻蚀层已经全部被刻蚀掉，因此不能及时反应刻蚀情况；在湿法刻蚀时，没有离子刻蚀腔体，无法使用光发射谱来检测刻蚀过程。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种刻蚀方法和刻蚀系统，实时检测刻蚀过程，及时反映刻蚀程度。
为解决上述问题，本发明提供一种刻蚀方法，包括：
提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；
提供所述待刻蚀层的厚度阈值；
设定初始刻蚀参数；
采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度；
判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。
可选的，所述厚度阈值为待刻蚀层的厚度的20％～30％。
可选的，所述采用光干涉检测法检测待刻蚀层的剩余厚度为通过待刻蚀层的上表面与下表面的光程差计算出剩余出所述待刻蚀层的剩余厚度。
可选的，所述待刻蚀层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其任意组合。
可选的，在停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀之后，还包括调整刻蚀参数，采用调整后的刻蚀参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀步骤。
可选的，所述刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。
可选的，所述刻蚀方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。
本发明还提供一种刻蚀系统，包括：
光源，用于发射单色光至待刻蚀层，所述待刻蚀层为透光材料，具有上表面与下表面；
光信号探测单元，探测并接收所述待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号，并将所述反射光线信号传输至数据处理单元；
数据处理单元，根据待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号计算所述待刻蚀层的剩余厚度，并将所述待刻蚀层的剩余厚度传输至控制单元；
控制单元，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入预先输入其内部厚度阈值范围，若否，则发出继续的刻蚀信号至刻蚀单元；若是，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元；
刻蚀单元，根据控制单元的信号对待刻蚀层进行刻蚀。
可选的，所述单色光的波长范围为320nm-400nm。
可选的，所述阈值厚度为待刻蚀层厚度的20％～30％。
与现有技术相比，本技术方案具有如下优点：所述刻蚀方法在刻蚀的同时使用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度，可以实时检测刻蚀过程，真实反映刻蚀程度，并可以通过调整刻蚀参数以达到理想的刻蚀效果；
技术方案的刻蚀系统包括光源、信号探测单元、数据处理单元以及控制单元，通过这些单元可以实时检测出待刻蚀层的剩余厚度，真实反映刻蚀程度，并通过控制单元作出刻蚀判断，有效控制刻蚀过程，适用于干法刻蚀和湿法刻蚀。
附图说明
图1是本发明刻蚀方法的具体实施方式流程图；
图2是本发明刻蚀方法和刻蚀系统中刻蚀结构的示意图；
图3是光干涉法检测剩余厚度的原理示意图；
图4是本发明刻蚀系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种刻蚀方法和刻蚀系统，所述刻蚀方法在刻蚀的同时使用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度，可以实时检测刻蚀过程，真实反映刻蚀程度，并可以通过调整刻蚀参数以达到理想的刻蚀效果；刻蚀系统包括光源、信号探测单元、数据处理单元以及控制单元，通过这些单元可以实时检测出待刻蚀层的剩余厚度，真实反映刻蚀程度，并通过控制单元作出刻蚀判断，有效控制刻蚀过程，适用于干法刻蚀和湿法刻蚀。
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。
图1是本发明刻蚀方法的具体实施方式流程图，如图1所示，包括：
执行步骤S101，提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；
执行步骤S102，提供所述待刻蚀层的厚度阈值；
执行步骤S103，设定初始刻蚀参数；
执行步骤S104，采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度；
执行步骤S105，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若未落入所述阈值范围，则继续采用所述初始刻蚀参数的刻蚀；
执行步骤S106，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。
图2为本发明刻蚀方法的一个实施例中的刻蚀结构的剖面结构示意图。
如图2所示，提供一个基底100，所述基底上形成有待刻蚀层101，所述待刻蚀层上形成有掩膜层102，所述掩膜层102已经被图形化，所述待刻蚀层101为透光材料，具有上表面201和下表面202。所述掩膜层102为光刻胶掩膜层或硬掩膜层。本实施例选取所述待刻蚀层101为介电质层氮氧化硅(SiON)，所述掩膜层102为光刻胶掩膜层。所述待刻蚀层101还可以为氧化硅、氮化硅或者氧化硅、氮化硅、氮氧化硅的任意组合等其他透光材料。
提供所述待刻蚀层101的厚度阈值，所述厚度阈值为所述待刻蚀层的厚度的20％～30％。本实施例中所述待刻蚀层的厚度为
选取的所述待刻蚀层的25％作为阈值厚度，为
所述刻蚀方法为干法刻蚀或湿法刻蚀，本实施例选取干法刻蚀。
根据所述待刻蚀层101的材料与厚度，设定一组刻蚀参数为初始刻蚀参数。所述初始刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。本实施例的待刻蚀层的材料为SiON，待刻蚀层的厚度为
设定所述的初始刻蚀参数为：
压强为8mTorr(毫托)，氯气为90sccm(立方厘米)，三氟甲烷的流量为10sccm(立方厘米)，上电极功率为1000W(瓦)，偏置功率为40W(瓦)。
采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层101进行刻蚀，同时采用光干涉法检测所述待刻蚀层101的剩余厚度，并判断所述待刻蚀层101的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若未落入所述厚度阈值
范围，则继续采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。
图3为实施例中光干涉法检测计算剩余厚度示意图。如图3所示，用单色光(用箭头A表示)斜射到待刻蚀层101上。当单色光A到达上表面201时，一部分光反射，一部分光透射。透射部分继续传播，直到单色光A到达待刻蚀层101下表面202时，一部分光反射，一部分光透射。通过待刻蚀层101上表面的反射光线R1与下表面的反射光线R2的光程差计算出待刻蚀层101的剩余厚度。
本实施例中，采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀后30秒时，光干涉法检测所述待刻蚀层的剩余厚度为所述待刻蚀层的剩余厚度与所述预先输入的阈值厚度
进行比较，判断出所述待刻蚀层的剩余厚度已经落入阈值厚度范围内，停止采用所述初始刻蚀参数刻蚀。
停止采用所述初始刻蚀参数的刻蚀后，还包括：调整刻蚀参数，采用调整后的刻蚀参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀步骤。所述刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。
本实施例中，为了保证所述刻蚀环境的稳定，减少对刻蚀腔环境的扰动。仅对刻蚀时间进行如下调整：
参考采用所述初始刻蚀参数的刻蚀，获得采用所述初始刻蚀参数的刻蚀时间30秒和刻蚀掉厚度
进而计算出所述初始刻蚀参数刻蚀过程中的刻蚀速率，计算公式为刻蚀速率＝刻蚀厚度/刻蚀时间。通过计算，所述刻蚀速率为每秒
根据所述的刻蚀速率每秒
及剩余的待刻蚀层的厚度
调整刻蚀参数中的刻蚀时间为10秒。
调整后的参数为：压强为8mTorr(毫托)，氯气为90sccm(立方厘米)，三氟甲烷的流量为10sccm(立方厘米)，上电极功率为1000W(瓦)，偏置功率为40W(瓦)，刻蚀时间为10秒。
采用所述调整后的参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀。
本发明还提供一种刻蚀系统，如图4所示，为本发明刻蚀系统010结构示意图。包括：
光源011，用于发射单色光至待刻蚀层101，所述待刻蚀层为透光材料，具有上表面与下表面。所述待刻蚀层为SiON，SiO，SiN等透光材料。
光信号探测单元012，探测并接收所述待刻蚀层101的上、下表面反射的光线信号，并将所述反射光线信号传输至数据处理单元013；
数据处理单元013，根据待刻蚀层101的上、下表面反射的光线信号计算所述待刻蚀层101的剩余厚度，并将所述待刻蚀层的剩余厚度传输至控制单元014；
控制单元014，根据所述待刻蚀层101的剩余厚度及预先输入其内部的厚度阈值进行判断，若所述待刻蚀层101的剩余厚度未落入所述厚度阈值范围，则发出继续的刻蚀信号至刻蚀单元015；若所述待刻蚀层101的剩余厚度落入所述厚度阈值范围，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元015；
刻蚀单元015，根据控制单元014的信号对待刻蚀层101进行刻蚀。
作为本发明刻蚀系统进行刻蚀的一个实施例，如图2所示，提供一个基底100，所述基底上形成有待刻蚀层101，所述待刻蚀层上形成有掩膜层102，所述掩膜层102已经被图形化，所述待刻蚀层101为透光材料，具有上表面201和下表面202。所述掩膜层102为光刻胶掩膜层或硬掩膜层。本实施例选取所述待刻蚀层101为介电质层氮氧化硅，所述掩膜层102为光刻胶掩膜层。
提供所述待刻蚀层101的厚度阈值，所述厚度阈值为所述待刻蚀层的厚度的20％～30％。本实施例中所述待刻蚀层的厚度为
选取的所述待刻蚀层的25％作为阈值厚度，为
参考图4，所述刻蚀系统010的刻蚀过程为：
所述控制单元014中预先输入所述阈值厚度
所述刻蚀单元中015输入所述初始刻蚀参数，作为一个实施例，所述初始刻蚀参数为：压强为8mTorr(毫托)，氯气为90sccm(立方厘米)，三氟甲烷的流量为10sccm(立方厘米)，上电极功率为1000W(瓦)，偏置功率为40W(瓦)。
所述刻蚀单元015采用初始刻蚀参数对待刻蚀层101进行刻蚀；
同时所述光源011发射单色光至待刻蚀层101，其中，所述单色光的波长范围为320nm-400nm。本实施例选取的单色光波长为365nm；
光信号探测单元012接收所述待刻蚀层101的上表面201与下表面202反射的光线信号，并将所述反射光线信号传输至数据处理单元013；
数据处理单元013根据所述反射光线信号计算出所述待刻蚀层101的剩余厚度，并将所述待刻蚀层101的剩余厚度传输至控制单元014，其中，所述数据处理单元013的计算的过程为：利用所述待刻蚀层101上表面的反射光线信号与下表面的反射光线的光程差，计算出所述待刻蚀层101的剩余厚度。
控制单元014根据所述待刻蚀层的剩余厚度及控制单元内部预先输入的厚度阈值
进行判断，若所述待刻蚀层的剩余厚度落入所述厚度阈值
的范围，则发出继续采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元015；若所述待刻蚀层101的剩余厚度未落入所述厚度阈值
范围，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元015；
刻蚀单元015根据控制单元014的信号对待刻蚀层101进行刻蚀。若为继续的刻蚀信号，则继续刻蚀；若为停止的刻蚀信号，则停止刻蚀。
与现有技术相比，本技术方案具有如下优点：所述刻蚀方法在刻蚀的同时使用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度，可以实时检测刻蚀过程，真实反映刻蚀程度，并可以通过调整刻蚀参数以达到理想的刻蚀效果；
技术方案的刻蚀系统包括光源、信号探测单元、数据处理单元以及控制单元，通过这些单元可以实时检测出待刻蚀层的剩余厚度，真实反映刻蚀程度，并通过控制单元作出刻蚀判断，有效控制刻蚀过程，适用于干法刻蚀和湿法刻蚀。
发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种刻蚀方法，包括：
提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；
提供所述待刻蚀层的厚度阈值；
设定初始刻蚀参数；
采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度；
判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述厚度阈值为待刻蚀层的厚度的20％～30％。
3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述采用光干涉检测法检测待刻蚀层的剩余厚度为通过待刻蚀层的上表面与下表面的光程差计算出剩余出所述待刻蚀层的剩余厚度。
4.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述待刻蚀层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，在停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀之后，还包括调整刻蚀参数，采用调整后的刻蚀参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀步骤。
6.根据权利要求5所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。
7.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。
8.一种刻蚀系统，包括：
光源，用于发射单色光至待刻蚀层，所述待刻蚀层为透光材料，具有上表面与下表面；
光信号探测单元，探测并接收所述待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号，并将所述反射光线信号传输至数据处理单元；
数据处理单元，根据待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号计算所述待刻蚀层的剩余厚度，并将所述待刻蚀层的剩余厚度传输至控制单元；
控制单元，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入预先输入其内部厚度阈值范围，若否，则发出继续的刻蚀信号至刻蚀单元；若是，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元；
刻蚀单元，根据控制单元的信号对待刻蚀层进行刻蚀。
9.根据权利要求8所述的刻蚀系统，其特征在于，所述单色光的波长范围为320nm-400nm。
10.根据权利要求8所述的刻蚀系统，其特征在于，所述厚度阈值为待刻蚀层厚度的20％～30％。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (BEIJING Effective date: 20121113 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20121113 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Applicant after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Applicant after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Address before: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Applicant before: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation |
|
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110504 |