CN103173766A

CN103173766A - 湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法

Info

Publication number: CN103173766A
Application number: CN2011104411220A
Authority: CN
Inventors: 刘佳磊
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明涉及一种湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法，该方法包括以下步骤：通过测量装置测量，得到湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度；减去湿法蚀刻后的目标膜厚度，确定实际的目标湿法蚀刻曲线；和根据所得实际的目标湿法蚀刻曲线确定蚀刻流程进行蚀刻。

Description

湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法

技术领域

本发明涉及一种湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法。

背景技术

在近些年的装置加工中，由以芯片的机械强度提升或电气热特性的提升为目的的旋转蚀刻装置所进行的晶圆的湿法蚀刻工艺被广为运用。

随着CMOS收缩到32nm或更小，如何控制晶圆变化变得越来越重要。但是传统的膜沉积步骤，例如加热炉和CVD，在晶圆边缘的膜厚度比晶圆中心的厚，这个变化不能通过后续的湿法蚀刻工艺减少，因为一般的湿法蚀刻工作台不能控制晶圆蚀刻量。

单片湿法蚀刻工具使用旋转的湿法清洗方法，能够控制从晶圆的中心算起不同半径的湿法蚀刻量。

但是，由于湿法蚀刻工艺流程是固定的，因此无法减少在湿法蚀刻工艺之后膜厚度变化。如果湿法蚀刻工艺前膜厚度不均匀，由于湿法蚀刻流程固定，在湿法蚀刻工艺后膜厚度也是不均匀的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法，使用该方法，可以根据现实情况调整蚀刻流程，从而得到需要的膜厚度，将膜厚度的差异减少到晶圆厚度差异范围内。

在本发明的一个方面中，提供了一种湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法，该方法包括以下步骤：通过测量装置测量，得到湿法蚀刻前的膜的全图(full map)或线性膜厚度(在晶圆直径上的膜厚度)；用所得湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度，确定实际的目标湿法蚀刻曲线；根据所得实际的目标湿法蚀刻曲线确定蚀刻流程进行蚀刻。

在本发明的方法中，所述蚀刻流程包括以下参数中至少一个：蚀刻时间、喷嘴摆动位置、蚀刻温度和蚀刻速率。

喷嘴摆动位置可以是固定的点(即摆动速率为0)，也可以是线段，比如从25％到50％半径。

在本发明的方法中，所述蚀刻流程中的喷嘴摆动位置包括大于2个点和/或线段。

在本发明的方法中，所述蚀刻流程中的喷嘴摆动位置包括1～10个点和/或线段。

在本发明的方法中，所述喷嘴摆动位置为距晶圆中心0、25％半径、50％半径、75％半径、和90％半径的点。

在本发明的方法中，所述蚀刻流程还包括蚀刻剂浓度、晶圆旋转速率和喷嘴摆动速率。

在本发明的方法中，所述蚀刻流程的参数中至少一个可调。

在本发明的方法中，当湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度所得的值小于0时，所得实际的目标湿法蚀刻曲线中该位置的值设定为0。

在本发明的方法中，在确定蚀刻流程时，自动调整参数以满足实际的目标湿法蚀刻曲线。

在本发明的方法中，所述蚀刻流程包括1组或多组预设控制模式，所述预设控制模式包括以下参数中至少一个：蚀刻时间、喷嘴摆动位置、蚀刻温度、蚀刻速率、蚀刻剂浓度、晶圆旋转速率、和喷嘴摆动速率。

在本发明的方法中，在确定蚀刻流程时，自动选取1组或多组预设控制模式以满足实际的目标湿法蚀刻曲线。

在本发明的方法中，所述湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度包括至少3个点的膜厚度值。

通过这样的方法，可以根据现实情况调整蚀刻流程，从而控制膜厚度的变化在晶圆厚度差异范围内，并使平均膜厚度达到目标厚度。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1示出了根据本发明的一个实施方式的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施方式所得的湿法蚀刻前的膜的线性膜厚度的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施方式所得的膜厚度与没有实施本发明的先进工艺控制方法所得的膜厚度的比较图。

图4示出了根据本发明的一个实施方式。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤和结构，以便说明本发明是根据现实情况调整蚀刻流程，控制膜厚度的。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

图1示出了根据本发明的一个实施方式的流程图。

在步骤101中，通过测量装置测量，得到湿法蚀刻前的膜的全图或线性膜厚度。

在本发明中，使用常规的设备测量膜的全图或线性膜厚度，例如可以使用KLA-Tencor公司的Aleris型号机台测量膜的全图或线性膜厚度。

在测湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度时，至少测量3个点的膜厚度值，在测线性膜厚度时，优选10～125个点。在测全图的情况下，优选为45～230个点。

在步骤102中，用测得的膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度，确定实际的目标湿法蚀刻曲线。

因为蚀刻值不小于0，所以当湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度所得的值小于0时，所得实际的目标湿法蚀刻曲线中该位置的值设定为0。

在步骤103中，根据所得实际的目标湿法蚀刻曲线确定蚀刻流程进行蚀刻。

本发明的蚀刻流程中包括以下参数：蚀刻时间、喷嘴摆动位置、蚀刻温度、蚀刻速率、蚀刻剂浓度、晶圆旋转速率和喷嘴摆动速率等。每一个参数都可变可调。

本发明中，喷嘴设在晶圆上方，可以固定在一个位置，或沿径向一定范围内摆动。本发明中，术语“喷嘴摆动位置”为晶圆上方的至少一个点或线段，优选1～10个点和/或线段(如25％到50％半径)。

在实际操作中，蚀刻剂浓度、晶圆旋转速率和蚀刻温度通常是固定的。在常规方法中，蚀刻时间、喷嘴摆动位置、蚀刻温度、蚀刻速率一旦设定，也不会变动，因此常规方法的蚀刻流程是固定的。本发明中，根据所得实际的目标湿法蚀刻曲线，自动调整参数以满足实际的目标湿法蚀刻曲线。即，本发明中的蚀刻流程的参数值是可变的，从而能够自动调整蚀刻量，使蚀刻后的膜更加平整。

在本发明的一个实施方式中，可预先设定控制模式(x₁，x₂，x₃……)，每个控制模式中可变参数有喷嘴摆动速率(为延半径方向的径向速率)、喷嘴摆动位置，蚀刻温度、蚀刻剂浓度、蚀刻剂流量，镜片旋转速率等。

每个控制模式的参数的值是不尽相同的，都是人工设定的，并且是固定的。例如：x_n＝f(喷嘴摆动速率、喷嘴摆动位置，蚀刻温度、蚀刻剂浓度、蚀刻剂流量，镜片旋转速率，等等)。

实际生产中，薄膜刻蚀前厚度与目标厚度的差值图为Y。调用计算机中的控制模式库A，利用其中储存的预设控制模式(x₁，x₂，x₃……)拟合出的图Y’，使其尽可能接近Y。

Y’＝f(A)＝f(x₁，x₂，x₃，x₄，……)＝∑t_n*x_n+σ→Y，

n≥1，σ为修正值，t_n为执行x_n这一动作的时间。

总刻蚀时间为T＝∑t_n，n≥1。

由此，根据具体薄膜刻蚀前厚度与目标厚度的差值，设定不同的蚀刻流程。

较之实时监测厚度以控制蚀刻条件的方法而言，本发明的方法的性价比更高。由于预先已经调整好蚀刻流程，因此蚀刻效率更高，也不会受到实测数据信息延迟的影响。

而且，储存的预设控制模式可以调用历次实验的结果，因此使用时间越长，数据结果积累越多，则拟合程度越高，精确度越好，适用于大规模生产。

实施例

实施例1

以利用常规湿法蚀刻工艺除去

的膜以得到

的目标膜厚度这样的工艺为例。

将利用常规方法制得的目标膜厚为

的晶圆置于工作台。

利用KLA-Tencor公司的Aleris型号机台测得湿法蚀刻前的膜的线性膜厚度，如图2所示。

将所得数据传送至控制器，该控制器可与计算机连接，以处理、显示和/或储存数据。计算机将输入的膜的全图或线性膜厚度与湿法蚀刻后的目标膜厚度进行比对，确定实际的目标湿法蚀刻曲线，输出蚀刻流程的参数至控制器。当湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度所得的值小于0时，所得实际的目标湿法蚀刻曲线中该位置的值输出为0。

如图4a所示，在本实施例中，喷嘴位置设定为固定在距晶圆中心0、25％半径、50％半径、75％半径和90％半径的位置。

由于测得湿法蚀刻前的膜的线性膜厚度显示晶圆中心区的厚度比晶圆边缘的厚度要低，因此所得的不同喷嘴位置设置的蚀刻量均不相同，如图4b～图4f所示，由控制器接收的蚀刻流程的参数而决定：

蚀刻温度(30℃)、蚀刻剂浓度(TMAH∶H₂O₂＝2.38％)、蚀刻剂流量(1.5slm)，镜片旋转速率(600rpm)，喷嘴摆动位置：分别为距晶圆中心0、25％半径、50％半径、75％半径和90％半径的位置，摆动速率为0。

本实施例中，后续所用的湿法蚀刻工艺为常规工艺。

利用KLA-Tencor公司的Aleris型号机台测得湿法蚀刻后的膜的线性膜厚度，如图3中曲线w/i APC所示。

实施例2

利用和实施例1同批次的目标膜厚为的晶圆进行实验。利用与实施例1相同的方式进行湿法蚀刻工艺，不同在于：没有实施实施例1的先进工艺控制方法，而是直接执行常规蚀刻流程(蚀刻时间固定为270s)。

利用KLA-Tencor公司的Aleris型号机台测得湿法蚀刻后的膜的线性膜厚度，如图3中曲线w/o APC所示。

表1

表1示出了不同条件下的线性膜厚度，可以看出在蚀刻前，平均膜厚实际值比目标值低约

其中最大值(晶圆边缘)与最小值(晶圆中心)的差为

膜厚标准差(STD)为41.97，片内不均匀性％(U％)为2.83，说明膜厚有一定不均匀性。

用常规湿法蚀刻工艺加工后(w/o APC)，平均膜厚实际值比目标值低约

其中最大值(晶圆边缘)与最小值(晶圆中心)的差为

膜厚标准差(STD)为49.32，片内不均匀性％(U％)为4.15，说明膜的不均匀性增加了，且仍然是边缘高，中间低。

而实施了本发明的先进工艺控制方法，调整过蚀刻流程之后，再进行常规湿法蚀刻工艺，则会显著降低膜的不均匀性。如表1所示，实施了先进工艺控制方法的湿法蚀刻工艺后(w/i APC)，平均膜厚实际值比目标值低约

其中最大值(晶圆边缘)与最小值(晶圆中心)的差为

膜厚标准差(STD)降为15.09，片内不均匀性(U％)降为1.76。

综上所述，本发明提供了一种湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法，可以根据现实情况调整蚀刻流程，将膜厚度的差异减少到晶圆厚度差异范围内。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种湿法蚀刻工艺的先进工艺控制方法，该方法包括以下步骤：

通过测量装置测量，得到湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度；

用所得湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度，确定实际的目标湿法蚀刻曲线；和

根据所得实际的目标湿法蚀刻曲线确定蚀刻流程进行蚀刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻流程包括以下参数中至少一个：蚀刻时间、喷嘴摆动位置、蚀刻温度和蚀刻速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述喷嘴摆动位置包括大于2个点和/或线段。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述喷嘴摆动位置包括1～10个点和/或线段。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述蚀刻流程还包括蚀刻剂浓度、晶圆旋转速率、和喷嘴摆动速率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中当湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度减去湿法蚀刻后的目标膜厚度所得的值小于0时，所得实际的目标湿法蚀刻曲线中该位置的值设定为0。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻流程的参数中至少一个可调。

8.根据权利要求2所述的方法，其中在确定蚀刻流程时，自动调整参数以满足实际的目标湿法蚀刻曲线。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在确定蚀刻流程时，自动选取1组或多组预设控制模式以满足实际的目标湿法蚀刻曲线，所述预设控制模式的参数包括以下参数中至少一个：蚀刻时间、喷嘴摆动位置、蚀刻温度、蚀刻速率、蚀刻剂浓度、晶圆旋转速率、和喷嘴摆动速率。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻前膜的全图或线性膜厚度包括至少3个点的膜厚度值。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻前膜的全图包括45～230个点的膜厚度值。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻前膜的线性膜厚度包括10～125个点的膜厚度值。