CN102486987B - 刻蚀方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种刻蚀方法和系统，该方法包括：主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点，如果否，进入过刻蚀步骤继续捕捉刻蚀停止点，所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时，以及捕捉到刻蚀停止点之后，再经过了正常的过刻蚀时间时自动停止；所述过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点，如果是，根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值；采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。本发明实施例通过引入判断机制以及时间反馈机制，通过控制刻蚀设备的刻蚀方式，避免了现有技术中因过早的停止主刻蚀，而导致的过刻蚀之后的刻蚀残留以及器件CD偏大等问题。

Description

刻蚀方法和系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种刻蚀方法和系统。

背景技术

随着超大规模集成电路(ULSI，Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，对刻蚀效果的要求也越来越严格。目前半导体器件生产过程中的各刻蚀步骤，一般多分为主刻蚀和过刻蚀两步，主刻蚀采用捕捉刻蚀停止点的方式适时的停止主刻蚀，但如果达到预设的最大主刻蚀时间仍没有找到刻蚀停止点，也同样会停止主刻蚀，之后采用固定刻蚀时间的方式进行过刻蚀，以避免刻蚀残留。

但是现有技术中的上述刻蚀方法，往往会出现刻蚀残留，下面以金属层的刻蚀过程为例进行说明。

金属层刻蚀过程中的主刻蚀应终止在金属和氧化物的界面处，即主刻蚀过程中如果扫描到了氧化物，即停止主刻蚀，进入过刻蚀步骤，但如果在预设的金属层主刻蚀时间范围内没有扫描到氧化物，也同样会停止主刻蚀进入过刻蚀步骤。

采用上述方式，一般情况下，主刻蚀步骤就能够捕捉到刻蚀停止点，但是，实际操作中，由于各种原因，很多时候主刻蚀步骤未能捕捉到刻蚀停止点便因达到预设的主刻蚀停止时间而停止了，之后进入过刻蚀步骤，在固定的时间内完成过刻蚀。这样便导致刻蚀停止点之后，实际的过刻蚀时间小于正常的过刻蚀时间，即实际上整个刻蚀过程刻蚀掉的金属层的厚度小于正常的刻蚀厚度，这种情况下，往往容易导致金属层的刻蚀残留，或者器件的CD(关键尺寸)偏大等不良后果。

发明内容

本发明实施例提供一种刻蚀方法和系统，避免了因过早地停止主刻蚀，而导致过刻蚀之后的刻蚀残留以及器件CD偏大等问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种刻蚀方法，包括：

主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点，如果否，则进入过刻蚀步骤继续捕捉刻蚀停止点，所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时自动停止，以及捕捉到刻蚀停止点之后，再经过了正常的过刻蚀时间时自动停止；

所述过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点，如果是，根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值；

采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。

优选的，还包括：

主刻蚀停止时捕捉到了刻蚀停止点，则按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀。

优选的，还包括：

所述过刻蚀停止前未捕捉到刻蚀停止点，则停止整个刻蚀过程，检查刻蚀设备和/或前层工序。

优选的，所述最大主刻蚀时间的修正值与刻蚀厚度和最大主刻蚀时间的关系式为：

t₂＝t₁*h₂/h₁；

其中，t₂为最大主刻蚀时间的修正值，t₁为最大主刻蚀时间，h₂为捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀厚度，h₁为主刻蚀停止时的刻蚀厚度。

优选的，所述捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀厚度为，捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀层厚度与刻蚀前的刻蚀层厚度的差值；

所述主刻蚀停止时的刻蚀厚度为，主刻蚀停止时的刻蚀层厚度与刻蚀前的刻蚀层厚度的差值。

优选的，所述最大主刻蚀时间的修正值为按照此时刻蚀设备的主刻蚀速率，达到刻蚀停止点所需的主刻蚀时间。

优选的，所述刻蚀方法应用于栅介质层和/或金属层的刻蚀过程。

本发明实施例公开了一种刻蚀系统，包括：

第一判断单元，用于主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点；

第一控制单元，用于所述主刻蚀停止时未捕捉到刻蚀停止点的情况下，控制刻蚀设备进入过刻蚀继续捕捉刻蚀停止点，所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时自动停止，以及捕捉到刻蚀停止点之后，再经过了正常的过刻蚀时间时自动停止；

第二判断单元，用于过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点；

计算单元，用于当过刻蚀停止前捕捉到刻蚀停止点的情况下，根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值；

第一反馈单元，用于采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。

优选的，还包括：

第二控制单元，用于所述主刻蚀停止时捕捉到刻蚀停止点的情况下，控制刻蚀设备按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀；

第二反馈单元，用于所述过刻蚀停止前未捕捉到刻蚀停止点的情况下，停止整个刻蚀过程，检查刻蚀设备和/或前层工序。

优选的，还包括：

存储单元，用于存储最大主刻蚀时间、最大过刻蚀时间、正常过刻蚀时间和最大主刻蚀时间的修正值中的至少一种数据。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的刻蚀方法和系统，通过在主刻蚀和过刻蚀停止之后，增加判断主刻蚀停止时以及过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点的步骤，进而根据判断结果确定最初的最大主刻蚀时间的设置是否合理，如果在过刻蚀过程中捕捉到了刻蚀停止点，说明最初的最大主刻蚀时间设置过短，需适当延长最大主刻蚀时间，以避免后续刻蚀过程中，主刻蚀之后剩余的刻蚀层厚度超出了过刻蚀的刻蚀厚度范围，而且在本次刻蚀过程中，通过控制过刻蚀的刻蚀方式，也避免了刻蚀残留等问题。

综上所述，本发明实施例通过引入判断机制以及时间反馈机制，通过控制刻蚀设备的刻蚀方式，避免了现有技术中因过早的停止主刻蚀，而导致的过刻蚀之后的刻蚀残留以及器件CD偏大等问题。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例一公开的刻蚀方法的流程图；

图2为本发明实施例二公开的刻蚀系统的结构图。

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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，采用现有技术中的刻蚀方法，容易导致刻蚀残留或器件CD偏大等问题，发明人研究发现，出现这些问题的原因在于，刻蚀过程中过早的停止了主刻蚀过程，而过刻蚀过程的时间和速度又是固定的，使得主刻蚀停止之后，剩余的需刻蚀掉的材料厚度超出了过刻蚀的刻蚀厚度范围，进而导致了刻蚀残留或器件的CD偏大等问题。而如果主刻蚀过程中仅以寻找刻蚀停止点的方式确定是否停止主刻蚀，反而会出现其它问题，如设备损坏的情况下，使刻蚀过程的安全性降低，导致器件缺陷，因此，必须采取其它刻蚀方式，既保证刻蚀的安全性，也避免刻蚀残留或器件CD偏大。

实施例一

基于此，本实施例一提供了一种刻蚀方法，该方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：刻蚀设备启动，开始主刻蚀；

步骤S102：达到最大主刻蚀时间或捕捉到刻蚀停止点时，主刻蚀停止；

步骤S103：主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点，如果是，进入步骤S104，如果否，进入步骤S105；

需要说明的是，本实施例中增加该步判断步骤，是为了确定最初设置的最大主刻蚀时间是否足以捕捉到刻蚀停止点，为后续是否需延长最大主刻蚀时间打下基础。

步骤S104：如果主刻蚀停止在刻蚀停止点，则说明设置的最大主刻蚀时间已经足以捕捉到刻蚀停止点，即可以按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀；

步骤S105：如果主刻蚀过程在达到最大主刻蚀时间时停止，且在停止时仍未捕捉到刻蚀停止点，排除设备的原因，就是最初设置的最大主刻蚀时间过短，使主刻蚀过早停止，因此需进入过刻蚀步骤继续捕捉刻蚀停止点；

本实施例中所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时能够自动停止，并且在捕捉到刻蚀停止点之后，自动按照正常的过刻蚀时间继续进行过刻蚀，再经过了正常的过刻蚀时间时也能够自动停止。

本实施例的过刻蚀步骤与现有技术中不同，在刚进入过刻蚀过程时，以捕捉刻蚀停止点的方式进行过刻蚀，待捕捉到刻蚀停止点之后，再以正常的过刻蚀时间进行过刻蚀，以确保刻蚀干净，没有刻蚀残留；若过刻蚀过程中不能捕捉到刻蚀停止点，说明可能是刻蚀设备出现问题，则需按照预设的最大过刻蚀时间停止过刻蚀，以避免因刻蚀时间过长而导致对晶片造成损害。

该步骤中，过刻蚀过程中捕捉到了刻蚀停止点之后，无须停止过刻蚀，而是直接按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀，当然，期间也可以停止过刻蚀，但为了节省生产时间，一般选择前者。

步骤S106：过刻蚀过程停止，过刻蚀停止原因如上所述；

步骤S107：所述过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点，如果否，进入步骤S108，如果是，进入步骤S109；

步骤S108：若过刻蚀过程中仍未捕捉到刻蚀停止点，则停止整个刻蚀过程，检查刻蚀设备和/或前层工序；

本领域技术人员可以理解，导致刻蚀过程异常的原因有多种，如果在足够长的刻蚀时间内，仍旧没有捕捉到刻蚀停止点，这就说明刻蚀过程的参数设置并非主要原因，而是刻蚀设备或者生产过程的前层工序出现异常，因此必须停止后续的刻蚀过程，检查可能出现问题的步骤，以避免后续的刻蚀过程异常。

步骤S109：若过刻蚀过程中捕捉到了刻蚀停止点，说明最初设置的最大主刻蚀时间过短，则根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值，所述最大主刻蚀时间的修正值为按照此时刻蚀设备的主刻蚀速率，达到刻蚀停止点所需的主刻蚀时间，该最大主刻蚀时间的修正值大于最大主刻蚀时间；

步骤S110：采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。

需要说明的是，本实施例中所述最大主刻蚀时间的修正值与刻蚀厚度和最大主刻蚀时间的关系式为：

t₂＝t₁*h₂/h₁；

其中，t₂为最大主刻蚀时间的修正值，t₁为最大主刻蚀时间，h₂为捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀厚度，即捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀层厚度与刻蚀前的刻蚀层厚度的差值；h₁为主刻蚀停止时的刻蚀厚度，即主刻蚀停止时的刻蚀层厚度与刻蚀前的刻蚀层厚度的差值。

本领域技术人员可以理解，除了上述关系式之外，还有其它多种关系式可以得出所述最大主刻蚀时间的修正值，如t₂＝t₁*(1+h₃/h₁)，h₃为过刻蚀过程捕捉到刻蚀停止点时，过刻蚀的刻蚀厚度，也就是捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀层厚度与主刻蚀停止时的刻蚀层厚度的差值，其它符号表示的含义与上一关系式相同。

若实现上述计算过程，则需要在刻蚀过程中实时的记录各刻蚀步骤中刻蚀层的厚度，所需记录的数据包括：进行刻蚀前刻蚀层的厚度、主刻蚀停止时刻蚀层的厚度以及过刻蚀过程中，捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀层厚度。

总之，测量点和测量的厚度不同，所使用的关系式也不同，具体使用哪种测量方式和计算方式，本实施例中不做具体限定，只要能够得出最大主刻蚀时间的修正值即可。

本实施例的刻蚀方法，通过增加判断步骤，进而通过逐步排除的确定出现问题的原因，是主刻蚀过早停止还是刻蚀设备出现异常等，若原因是最大主刻蚀时间设置过短，则适当延长最大主刻蚀时间，并通过引入时间反馈机制，采用延长后的最大主刻蚀时间对后续的刻蚀过程进行控制，以避免刻蚀残留，而且在本次刻蚀过程中，通过控制过刻蚀的刻蚀方式，也避免了刻蚀残留以及器件CD偏大等问题。

另外，本实施例的方法是根据生产过程循环进行的，对每一次刻蚀过程均可以进行调整，保证生产过程的连续性。

本实施例中所述的刻蚀方法，可以应用于多种刻蚀层的刻蚀步骤中，如栅介质层的刻蚀、侧墙的刻蚀、金属层的刻蚀等，只要各刻蚀层的刻蚀过程主要分为主刻蚀和过刻蚀即可，下面以金属层的刻蚀为例，对本实施例的刻蚀方法进行详细说明。

金属层的刻蚀过程中，主刻蚀应停止在金属和氧化物的界面处，在实际刻蚀过程中，主刻蚀过程刻蚀掉的刻蚀层为金属层，刻蚀之前，记录下金属层的厚度h₁’，当主刻蚀停止后，判断主刻蚀停止的原因，如果主刻蚀停止在刻蚀停止点，即金属和氧化物的界面处，则按照正常过刻蚀时间进入过刻蚀，如果主刻蚀停止在最大主刻蚀时间t₁，记录下主刻蚀停止时金属层的厚度h₂’，进而得出主刻蚀停止时的刻蚀厚度h₁＝h₁’-h₂’，并进入过刻蚀步骤；

过刻蚀过程，先采用捕捉刻蚀停止点的方式进行过刻蚀，如果期间捕捉到了刻蚀停止点，记录下此时金属层的厚度h₃’，并得到捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀厚度h₂＝h₁’-h₃’，根据最大主刻蚀时间的修正值t₂与t₁、h₁、h₂的关系式t₂＝t₁*h₂/h₁，得出最大主刻蚀时间的修正值，并按照正常过刻蚀时间继续进行过刻蚀，直至此次过刻蚀停止；之后，采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程；

如果过刻蚀过程中也没有捕捉到刻蚀停止点，则在到达最大过刻蚀时间时，自动停止过刻蚀过程，以避免刻蚀掉的厚度过大，同时停止刻蚀设备，即停止后续的刻蚀过程，检查刻蚀设备和前层工艺是否发生异常，直至异常修复后，才能继续刻蚀。

该方法通过引入时间反馈机制，可以更为合理的控制主刻蚀和过刻蚀的时间，避免刻蚀残留和过刻蚀等不良现象的发生。

实施例二

与方法实施例相对应，本实施例公开了一种刻蚀系统，该系统的结构图如图2所示，该系统包括：

第一判断单元11，用于主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点；

第一控制单元13，用于所述主刻蚀停止时未捕捉到刻蚀停止点的情况下，控制刻蚀设备进入过刻蚀继续捕捉刻蚀停止点，所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时自动停止，以及捕捉到刻蚀停止点之后，再经过了正常的过刻蚀时间时自动停止；

第二判断单元15，用于过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点；

计算单元16，用于当过刻蚀停止前捕捉到刻蚀停止点的情况下，根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值；

第一反馈单元18，用于采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。

另外，该系统还包括：

第二控制单元12，用于所述主刻蚀停止时捕捉到刻蚀停止点的情况下，控制刻蚀设备按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀；

第二反馈单元17，用于所述过刻蚀停止前未捕捉到刻蚀停止点的情况下，停止整个刻蚀过程，检查刻蚀设备和/或前层工序。

存储单元14，用于存储最大主刻蚀时间、最大过刻蚀时间、正常过刻蚀时间和最大主刻蚀时间的修正值中的至少一种数据。

需要说明的是，本说明书中实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种刻蚀方法，其特征在于，包括：

主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点，如果否，则进入过刻蚀步骤继续捕捉刻蚀停止点，所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时自动停止，以及捕捉到刻蚀停止点之后，再经过了正常的过刻蚀时间时自动停止；

所述过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点，如果是，根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值；

采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。

2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，还包括：

主刻蚀停止时捕捉到了刻蚀停止点，则按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀。

3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，还包括：

所述过刻蚀停止前未捕捉到刻蚀停止点，则停止整个刻蚀过程，检查刻蚀设备和/或前层工序。

4.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述最大主刻蚀时间的修正值与刻蚀厚度和最大主刻蚀时间的关系式为：

t₂=t₁*h₂/h₁；

其中，t₂为最大主刻蚀时间的修正值，t₁为最大主刻蚀时间，h₂为捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀厚度，h₁为主刻蚀停止时的刻蚀厚度。

5.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀厚度为，捕捉到刻蚀停止点时的刻蚀层厚度与刻蚀前的刻蚀层厚度的差值；

所述主刻蚀停止时的刻蚀厚度为，主刻蚀停止时的刻蚀层厚度与刻蚀前的刻蚀层厚度的差值。

6.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述最大主刻蚀时间的修正值为按照此时刻蚀设备的主刻蚀速率，达到刻蚀停止点所需的主刻蚀时间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法应用于栅介质层和/或金属层的刻蚀过程。

8.一种刻蚀系统，其特征在于，包括：

第一判断单元，用于主刻蚀停止后，判断所述主刻蚀停止时是否捕捉到了刻蚀停止点；

第一控制单元，用于所述主刻蚀停止时未捕捉到刻蚀停止点的情况下，控制刻蚀设备进入过刻蚀继续捕捉刻蚀停止点，所述过刻蚀步骤在达到预设的最大过刻蚀时间时自动停止，以及捕捉到刻蚀停止点之后，再经过了正常的过刻蚀时间时自动停止；

第二判断单元，用于过刻蚀停止后，判断所述过刻蚀停止前是否捕捉到了刻蚀停止点；

计算单元，用于当过刻蚀停止前捕捉到刻蚀停止点的情况下，根据刻蚀厚度和最大主刻蚀时间，得出最大主刻蚀时间的修正值；

第一反馈单元，用于采用所述最大主刻蚀时间的修正值进行下一次刻蚀过程。

9.根据权利要求8所述的刻蚀系统，其特征在于，还包括：

第二控制单元，用于所述主刻蚀停止时捕捉到刻蚀停止点的情况下，控制刻蚀设备按照正常的过刻蚀时间进行过刻蚀；

第二反馈单元，用于所述过刻蚀停止前未捕捉到刻蚀停止点的情况下，停止整个刻蚀过程，检查刻蚀设备和/或前层工序。

10.根据权利要求9所述的刻蚀系统，其特征在于，还包括：

存储单元，用于存储最大主刻蚀时间、最大过刻蚀时间、正常过刻蚀时间和最大主刻蚀时间的修正值中的至少一种数据。

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