CN102487027B

CN102487027B - 确定湿法刻蚀工艺窗口的方法

Info

Publication number: CN102487027B
Application number: CN201010574471.5A
Authority: CN
Inventors: 杨永刚; 肖志强; 刘轩
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN102487027A

Abstract

本发明公开了一种确定湿法刻蚀工艺窗口的方法，该方法在同一晶圆上进行，将该晶圆垂直酸槽液面浸入酸槽中的酸液，利用晶圆上不同高度先后浸入酸液中的时间不同，改变所述晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度；根据所述晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度所对应的电性测试结果确定湿法刻蚀工艺窗口。采用本发明的方法能够准确得到湿法刻蚀的工艺窗口。

Description

确定湿法刻蚀工艺窗口的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术，特别涉及一种确定湿法刻蚀工艺窗口的方法。

背景技术

在半导体器件制造工艺中，为达到检测工艺窗口(process check)的目的，现有技术中对不同的晶圆进行湿法刻蚀，在刻蚀的酸浓度一定的情况下，每片晶圆分别采用不同的刻蚀时间得到不同的刻蚀厚度。例如，在浅沟槽隔离(STI)的制作工序中为控制STI与有源区(AA)的高度差，则需要对STI的湿法刻蚀进行工艺窗口检测，将STI在不同晶圆上分别刻蚀得到不同的高度，从而得到STI与AA的不同高度差，所述不同的高度差在后续晶圆允收测试(WAT)中得到电性结果是不同的，根据客户的要求，在所得到的所有电性结果中选择需要的电性结果，也就是说选择需要的电性结果所对应的STI的刻蚀厚度，即在STI的所述刻蚀厚度范围内，都是可以接受的。举例来说，假设每个晶圆对应的刻蚀厚度为10毫米(mm)、20mm、30mm、40mm、50mm和60mm，经过WAT测试，符合客户要求的电性结果所对应的刻蚀厚度为30～50mm，其他刻蚀厚度都不符合要求，即工艺窗口为30～50mm，也就是说在实际刻蚀过程中，刻蚀厚度在30～50mm的范围内，都是可以接受的。

需要说明的是，WAT测试是在其他制程都完成后才进行的测试，所以很可能所得到的测试结果会受到后续其他制程的影响，因为其他制程对每片晶圆的影响是不同的，使得一些测试结果不清楚是否是因为在湿法刻蚀过程中的刻蚀厚度超出容忍值而导致WAT测试结果不符合客户要求。根据上述举例，很可能具有20mm刻蚀厚度的晶圆也在工艺窗口范围内，但是由于后续其他制程的影响，导致其电性结果不合格。因此，其他制程对每片晶圆的影响不同，导致工艺窗口检测的结果不准确成为现在困扰人们的一个问题所在。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：如何准确得到湿法刻蚀的工艺窗口。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种确定湿法刻蚀工艺窗口的方法，该方法在同一晶圆上进行，将该晶圆垂直酸槽液面浸入酸槽中的酸液，利用晶圆上不同高度先后浸入酸液中的时间不同，改变所述晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度；根据所述晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度所对应的电性测试结果确定湿法刻蚀工艺窗口。

所述晶圆在浸入酸槽中酸液的过程中每下降或者上升一定高度停顿浸泡预定时间。

晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度为：

A＝a*{(D-y)/v1+INT[(D-y)/h1]*t1+(D-y)/v2+INT[(D-y)/h2]*t2+t}，其中，A为晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度，a为刻蚀速率，v1为下降的速率，h1为下降高度，t1为每下降h1高度时的停顿浸泡时间，v2为上升的速率，h2为上升高度，t2为每上升h2高度时的停顿浸泡时间，t为下降完成后浸泡时间，D为晶圆直径，y是以与酸槽液面垂直相交的点为原点，建立坐标轴的Y轴上的任一值，其对应晶圆上的不同位置；*表示乘号，/表示除号，+表示加号，-表示减号，()表示小括号，[]表示中括号，{}表示大括号。

由上述的技术方案可见，本发明通过将同一晶圆垂直于酸槽液面，逐渐接触酸槽中的酸液，利用晶圆上不同高度的部分先后浸入酸液中的时间不同，改变同一晶圆不同高度位置的刻蚀厚度，从而在同一晶圆上实现刻蚀梯度。这样，在其他制程都完成后进行WAT测试时，由于其他制程对同一晶圆的影响是相同的，所以工艺窗口的检测结果是在同一前提下得到的，因此是准确的。与现有技术采用多个晶圆逐个得到刻蚀厚度相比，不但提高了效率，而且由于同一晶圆受到后续制程的影响是相同的，所以检测工艺窗口的结果就更加明朗清晰。

附图说明

图1为本发明以与酸槽液面垂直相交的点为原点，建立坐标轴的示意图。

图2为本发明实施例得到晶圆上具有梯度的刻蚀厚度的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

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，表示结构的示意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。

本发明的核心思想是：通过将同一晶圆，垂直于酸槽液面，逐渐接触酸槽中的酸液，利用晶圆上不同高度的部分先后浸入酸液中的时间不同，改变同一晶圆不同高度位置的刻蚀厚度，从而在同一晶圆上实现刻蚀梯度。这样，在其他制程都完成后进行WAT测试时，由于其他制程对同一晶圆的影响是相同的，所以工艺窗口的检测结果是在同一前提下得到的，因此是准确的。

具体地，将需要刻蚀的晶圆平面垂直于酸槽中的酸平面，通过机台手柄将所述晶圆夹住，对其进行控制，逐渐接触酸槽中的酸液。这样，晶圆的不同高度是先后浸入酸槽中的，所以浸泡时间是不同的，先进入酸液的晶圆位置上刻蚀时间要相对长一些，这样刻蚀厚度就会大一些。而现有技术晶圆是水平放入酸槽中的，所以经过一定刻蚀时间，整片晶圆上得到的是相同的刻蚀厚度。其中，所述酸液对于本领域技术人员来说，可以为酸性液体，也可以为碱性液体，只要能够对需要刻蚀的位置进行刻蚀即可。

进一步地，如果晶圆只是按照一定速率下降浸入酸槽，然后按照一定速率上升取出酸槽，由于时间比较短，则可能达不到预定的刻蚀厚度，为使每个高度位置上的刻蚀厚度达到预定值，可以设定晶圆在浸入酸槽中酸液的过程中每下降或者上升一定高度停顿浸泡预定时间。

根据公式

A＝a*{(D-y)/v1+INT[(D-y)/h1]*t1+(D-y)/v2+INT[(D-y)/h2]*t2+t} (1)

其中，下降的速率v1毫米每秒(mm/s)，下降高度h1毫米(mm)后，每下降h1高度时的浸泡时间t1(s)；上升的速率v2(mm/s)，上升高度h2(mm)后，每上升h2高度时的浸泡时间t2(s)；下降完成后晶圆完全浸泡时间t(s)；蚀刻速率a埃每秒(A/s)；晶圆直径D(mm)；蚀刻厚度A(mm)；y是以与酸槽液面垂直相交的点为原点，建立坐标轴的Y轴上的任一值，示意图如图1所示。将某一y值代入公式(1)就可以得到，晶圆上与y值对应的水平位置上的刻蚀厚度A。

需要注意的是，上升指的是晶圆从完全浸没于液面内的状态开始上升，所以(D-y)/v2表示上升时间，INT[(D-y)/h2]*t2表示上升过程中y值所对应的水平位置上的浸泡时间。另外，(D-y)/v1表示下降时间，INT[(D-y)/h1]*t1表示下降过程中y值所对应的水平位置上的浸泡时间。所以公式(1)中的各项相加，乘以刻蚀速率就可以得到晶圆上与y值对应的水平位置上的刻蚀厚度A。一般地，按照工艺窗口的要求，在晶圆上作多个梯度，如果对于300mm直径的晶圆来说，需要每10mm作一个梯度，则h1或者h2就等于10mm，晶圆每下降或者上升10mm，就会停顿t1或t2的时间。其中，每下降h1停顿t1，或者每上升h2停顿t2，就是为了使每个高度位置上的刻蚀厚度达到预定值。

需要说明的是，如果对于不同晶圆，改变了参数v1、v2、h1、t1、h2或者t2中的任一参数，则得到的不同晶圆上相同y值的刻蚀厚度A不同。所以可以通过改变晶圆进入酸液中的速度和设定在酸液中不同浸入高度时的浸泡时间，改变不同晶圆上相同高度位置上的刻蚀厚度。但是对于本发明来说，需要得到的具有梯度的刻蚀厚度是在同一晶圆上体现，所以对于本发明的同一晶圆，a、D和t是一定的，当下降的速率v1和上升的速率v2、h1和h2、以及下降h1高度时的停顿浸泡时间t1和上升h2高度时的停顿浸泡时间t2都一定时，根据公式(1)，不同高度位置y上的刻蚀厚度A就可以得到。

现有技术一般都是将整片晶圆水平地完全浸没于酸液中，浸泡一段时间后拿出，即公式(1)中只关心t的时间长度，其他参数均为0。而本发明可以得到晶圆上具有梯度的刻蚀厚度。

为了更好地理解本发明，下面列举实施例进行具体说明。

下降速率v1＝10mm/s，下降高度h1＝0后，浸泡时间t1＝0；

上升速率v2＝300mm/s，上升高度h2＝0后，浸泡时间t2＝0；

下降完成后浸泡时间t＝10s，刻蚀速率a＝35A/s，晶圆直径D＝300mm；得到的蚀刻厚度A如图2所示。也就是说该实施例中晶圆只是按照一定速率v1下降浸入酸槽，然后按照一定速率v2上升取出酸槽，其间没有停顿浸泡时间，所得到的具有梯度的刻蚀厚度。

原则上晶圆上的曲线对应于刻蚀厚度值，应该是水平直线，但是由于实际操作不可避免的因素，难免会出现误差，因此会出现如图2所示的多条曲线的情况，晶圆从上至下颜色的变化意味着每条曲线上的刻蚀厚度从上至下逐渐增加，即实现了本发明的具有梯度的刻蚀厚度。

通过本发明的方法，在同一晶圆上可以得到不同的刻蚀厚度，不需要采用多个晶圆逐个得到刻蚀厚度，不但提高了效率，而且由于同一晶圆受到后续制程的影响是相同的，所以检测工艺窗口的结果就更加明朗清晰，比较准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种确定湿法刻蚀工艺窗口的方法，其特征在于，该方法在同一晶圆上进行，将该晶圆垂直酸槽液面浸入酸槽中的酸液，利用晶圆上不同高度先后浸入酸液中的时间不同，改变所述晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度；根据所述晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度所对应的电性测试结果确定湿法刻蚀工艺窗口；其中，所述晶圆在浸入酸槽中酸液的过程中每下降或者上升一定高度停顿浸泡预定时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度为：

A=a*{(D-y)/v1+INT[(D-y)/h1]*t1+(D-y)/v2+INT[(D-y)/h2]*t2+t}，其中，A为晶圆上不同高度位置上的刻蚀厚度，a为刻蚀速率，v1为下降的速率，h1为下降高度，t1为每下降h1高度时的停顿浸泡时间，v2为上升的速率，h2为上升高度，t2为每上升h2高度时的停顿浸泡时间，t为下降完成后浸泡时间，D为晶圆直径，y是以与酸槽液面垂直相交的点为原点，建立坐标轴的Y轴上的任一值，其对应晶圆上的不同位置；*表示乘号，/表示除号，+表示加号，-表示减号，（）表示小括号，[]表示中括号，{}表示大括号。