CN103594309A

CN103594309A - 氧化物刻蚀方法及设备

Info

Publication number: CN103594309A
Application number: CN201210288282.0A
Authority: CN
Inventors: 陈亚威
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明公开了一种氧化物刻蚀方法及设备，所述方法包括以下步骤：S1、测量刻蚀设备腔体中电子载台上掩避环的缺失厚度，判断缺失厚度是否小于系统设置阈值，若是，执行步骤S2，若否，更换新的电子载台后执行步骤S2；S2、将晶圆放置于刻蚀设备腔体中的电子载台上；S3、开启刻蚀设备，通入刻蚀气体，产生等离子轰击晶圆，完成刻蚀。本发明通过对电子载台上的缺陷厚度进行监控，当缺失厚度达到一定值时，更换新的电子载台，有效地控制了晶圆表面的缺陷数量。

Description

氧化物刻蚀方法及设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种氧化物刻蚀方法及设备。

背景技术

在集成电路制造工艺中，刻蚀技术与光刻技术统称为精细加工技术，所不同的是光刻工艺仅仅是一种表面加工技术，而刻蚀工艺则是光刻工艺的延伸和发展，晶片经过曝光、显影后，在光刻胶上显示出集成电路的图形，刻蚀即利用显影后的光刻胶图形作掩蔽，在SiO₂、Si₃N₄、金属膜、多晶硅等不同类型的薄膜上刻蚀出与光刻胶图形相同的集成电路图形，实现图形的转移。随着集成电路的集成度不断提高，加工线宽越来越小，人们在追求“微细化”的过程中进行了大量的研究工作，包括曝光技术和刻蚀技术等。光刻胶上的图形能作多精细，是由曝光技术所决定的，而光刻胶下的图形能作多精细，则是由刻蚀技术决定的。因此，刻蚀技术是微细加工技术最核心的工艺之一。

刻蚀方法从宏观上可分为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类，各有其优缺点：

湿法刻蚀技术是采用化学试剂进行的刻蚀工艺。其优点是能够实现良好的选择比、产能高；缺点是各向同性腐蚀，图形较差，且CD、OE量难以控制。

干法刻蚀就是利用气体分子或其产生的离子自由基，对晶圆上的材质同时进行物理式撞击溅蚀及化学反应，来移除欲蚀刻部分，被蚀刻的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，从而得到需要的图形。其优点是各向异性腐蚀，CD、图形控制良好，能够实现较小尺寸的腐蚀，对OE较好控制；缺点是选择比难以控制，产能较低。

参图1所示为现有技术中使用氧化物刻蚀设备得到的晶圆缺陷示意图，图中的黑点即表示氧化物缺陷，缺陷大部分集中在晶圆的边缘。图2中为通过模拟晶圆刻蚀得到的模拟晶圆缺陷示意图，同样地，缺陷也大部分集中在模拟晶圆的边缘。通过对模拟晶圆进行EDX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，能量色散X射线光谱仪)进行分析，测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量，可知晶圆缺陷元素包括Al、F和Si，而Al元素来自于刻蚀设备中的电子载台，而在刻蚀过程中，电子载台上的掩避环由于刻蚀气体的作用会逐渐缺失，缺失后电子载台的侧边缘会有部分直接与蚀刻气体接触从而发生氧化反应，因此，在晶圆的表面会产生Al₂O₃、AlF₃等聚合物缺陷，进而得到的晶圆缺陷密度较大。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的氧化物刻蚀方法及设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减小晶圆边缘氧化物缺陷的氧化物刻蚀方法及设备。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种氧化物刻蚀方法，所述方法包括以下步骤：

S1、测量刻蚀设备腔体中电子载台上掩避环的缺失厚度，判断缺失厚度是否小于系统设置阈值，若是，执行步骤S2，若否，更换新的电子载台后执行步骤S2；

S2、将晶圆放置于刻蚀设备腔体中的电子载台上；

S3、开启刻蚀设备，通入刻蚀气体，产生等离子轰击晶圆，完成刻蚀。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中缺失厚度的系统设置阈值为1mm。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中电子载台上掩避环的缺失厚度通过千分尺进行测量。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的刻蚀气体包括CF₄、CHF₃、Ar、C₄F₈和CO。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中刻蚀气体的体积流量CF₄为10~50SCCM，CHF₃为10~60SCCM，Ar为90~180SCCM，C₄F₈为4SCCM和CO为95SCCM。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3后还包括：

S4、通入清洁气体，对电子载台上残留的聚合物进行处理。

作为本发明的进一步改进，所述清洁气体包括Ar、CF₄、CHF₃、O₂。

相应地，一种氧化物刻蚀设备，所述氧化物刻蚀设备包括一腔体，所述腔体中设有圆形电子载台，所述电子载台上表面设有圆环状的掩避环，其特征在于，所述掩避环上还设有一厚度测量装置，用于测量所述掩避环的缺失厚度。

本发明的有益效果是：本发明通过对电子载台上的缺陷厚度进行监控，当缺失厚度达到一定值时，更换新的电子载台，有效地控制了晶圆表面的缺陷数量；同时，通过通入清洁气体对电子载台进行清洁操作，进一步地减少了晶圆表面的缺陷数量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中使用氧化物刻蚀设备得到的晶圆缺陷示意图；

图2为现有技术中通过模拟晶圆刻蚀得到的模拟晶圆缺陷示意图；

图3为本发明一实施方式中的氧化物刻蚀方法流程图；

图4a~4d为本发明一实施方式中的电子载台局部示意图；

图5为本发明一实施方式氧化物刻蚀方法中晶圆批次与缺陷数量趋势图；

图6为本发明另一实施方式中的氧化物刻蚀方法流程图；

图7为本发明另一实施方式氧化物刻蚀方法中晶圆批次与缺陷数量趋势图。

具体实施方式

本发明公开了一种氧化物刻蚀方法，该方法包括以下步骤：

S1、测量刻蚀设备腔体中电子载台(E-Chuck)上掩避环(Shadow Ring)的缺失厚度(Loss Thickness)，判断缺失厚度是否小于系统设置阈值，若是，执行步骤S2，若否，更换新的电子载台后执行步骤S2；

S2、将晶圆放置于刻蚀设备腔体中的电子载台上；

本发明通过对电子载台上的缺陷厚度进行监控，当缺失厚度达到一定值时，更换新的电子载台，有效地控制了晶圆表面的缺陷数量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图3所示为本发明一优选实施方式中的氧化物刻蚀方法，该方法包括以下步骤：

S2、将晶圆放置于刻蚀设备腔体中的电子载台上；

本实施例中步骤S1具体为：

使用千分尺测量刻蚀设备腔体中电子载台上掩避环的缺失厚度；

判断缺失厚度是否小于系统设置阈值，其中，本实施方式中的缺失厚度的系统设置阈值设为1mm，缺失厚度的系统设置阈值是根据刻蚀的精细度要求而设定的，当遇到更高精细度要求的时候，缺失厚度的系统设置阈值会设定的更小，而当精细度要求略低时，可以将缺失厚度的系统设置阈值设定稍大；

若测得电子载台上掩避环的缺失厚度小于1mm，则进行下一步操作；若测得电子载台上掩避环的缺失厚度大于或等于1mm，则认为该电子载台已经不能满足该刻蚀工艺的精度要求，更换新的电子载台后再进行下一步操作。

进一步地，步骤S3具体为：

开启刻蚀设备，使得刻蚀设备内工艺条件满足：压力为50mTorr(1Torr=1333帕斯卡)，电极功率为400~1000W，磁场为10~20高斯，通入刻蚀气体，本实施方式中刻蚀气体包括CF₄、CHF₃、Ar、C₄F₈和CO，优选地，通入刻蚀气体时的体积流量分别为CF₄为10~50SCCM，CHF₃为10~60SCCM，Ar为90~180SCCM，C₄F₈为4SCCM和CO为95SCCM，通入的刻蚀气体CF₄、CHF₃、Ar、C₄F₈、CO对晶圆上的材质同时进行物理式撞击溅蚀及化学反应，来移除需蚀刻部分，被蚀刻的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，从而完成晶圆的刻蚀工艺，准备对下一个晶圆进行刻蚀工艺。

结合图4a~4d中电子载台局部示意图，对发明中的刻蚀工艺进行进一步说明。

图4a为未刻蚀过晶圆的电子载台局部示意图，图4b为刻蚀过一定数量晶圆的电子载台局部示意图。图4c为刻蚀过程中气体产生反应的离子轰击电子载台侧壁示意图。如图4d所示，未刻蚀过晶圆10的电子载台20和刻蚀过一定数量晶圆的电子载台相比，刻蚀过一定数量晶圆的电子载台20上的掩避环21具有一定的缺失厚度(Loss Thickness)，且缺失厚度逐渐变大，造成电子载台20的侧壁部分裸露，在缺失厚度的侧壁会与刻蚀气体直接接触，由于电子载台中含有Al元素，当有刻蚀气体轰击时，会与刻蚀气体发生反应，产生一定的Al₂O₃、AlF₃等聚合物，从而造成晶圆的缺陷。

参表1及图5所示，测得该实施方式氧化物刻蚀方法中晶圆批次与缺陷数量关系的具体数据如下。

表1：本发明一实施方式氧化物刻蚀方法中晶圆批次与缺陷数量关系

批次	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
														缺陷数量	106	99	64	109	130	150	136	110	112	136	150	99	165
批次	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
														缺陷数量	86	170	67	2	5	1	3	7	12	4	7	6	13
批次	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39
														缺陷数量	3	3	3	7	1	2	0	3	5	5	1	0	3

测试上述数据时，每一个批次晶圆的刻蚀工艺均包括该实施方式中的步骤S1~S3。其中，在第16批次的晶圆刻蚀结束，第17批次的晶圆刻蚀时，使用千分尺测得电子载台上掩避环的缺失厚度大于1mm，因此，在第17批次的晶圆进行刻蚀前，将刻蚀设备腔体中的电子载台更换，再进行下一步的刻蚀工艺。

由上述数据可以看出，第1~16批次的晶圆刻蚀时，电子载台的缺失厚度相对较大，若不更换电子载台继续对后续晶圆进行刻蚀工艺，缺失厚度会逐渐增大，缺陷数量也会很多，进而会达不到晶圆刻蚀微细加工的要求。本实施方式中在第17批次的晶圆刻蚀前，将电子载台进行更换，发现使用新的电子载台进行刻蚀工艺，缺陷数量变的很小，提高了刻蚀质量，满足了晶圆刻蚀微细加工要求。

参图6所示，在本发明的另一实施方式中的氧化物刻蚀方法，该方法包括以下步骤：

S2、将晶圆放置于刻蚀设备腔体中的电子载台上；

S3、开启刻蚀设备，通入刻蚀气体，产生等离子轰击晶圆，完成刻蚀；

S4、通入清洁气体，对电子载台上残留的聚合物进行处理。

本实施方式中的步骤S1~S3与第一实施方式完全相同，在此不再详细描述。本实施方式增加了步骤S4，优选地，步骤S4中清洁气体包括Ar、CF₄、CHF₃、O₂，通过清洁气体的通入，对电子载台上残留的聚合物进行处理，清洁气体与聚合物发生反应，生成挥发性气体，再将气体排出刻蚀设备外，从而进一步降低了晶圆刻蚀后的缺陷数量。

参表2及图7所示，测得该实施方式氧化物刻蚀方法中晶圆批次与缺陷数量关系的具体数据如下。

表2：本发明另一实施方式氧化物刻蚀方法中晶圆批次与缺陷数量关系

批次	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
															缺陷数量	13	22	47	13	57	144	73	96	0	142	3	60	80	0
批次	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28
															缺陷数量	2	4	2	52	9	0	4	9	26	113	0	210	0	42
批次	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42
															缺陷数量	18	15	158	3	17	0	4	0	0	0	0	0	3	0

测试上述数据时，在第1~31批次的晶圆刻蚀时，未采用本实施方式中的步骤S4，在第32~42批次的晶圆刻蚀时，采用了步骤S4的清洁操作。

由上述数据可以看出，增加了步骤S4的清洁操作后，刻蚀后的晶圆上缺陷密度大幅减少，进一步提高了刻蚀工艺的质量。

相应地，本发明还公开了一种氧化物刻蚀设备，该氧化物刻蚀设备包括一腔体，腔体中设有圆形电子载台，电子载台上表面设有圆环状的掩避环，其中掩避环上还设有一厚度测量装置，用于测量掩避环的缺失厚度，当缺失厚度大于或等于系统设置阈值时，则更换新的电子载台。优选地，在本发明实施方式中的厚度测量装置为千分尺，系统设置阈值设定为1mm，当然，在其他实施方式中，只要能测量掩避环的确实厚度，均属于本发明所涵盖的范畴。

由上述技术方案可以看出，本发明通过对电子载台上的缺陷厚度进行监控，当缺失厚度达到一定值时，更换新的电子载台，有效地控制了晶圆表面的缺陷数量；同时，通过通入清洁气体对电子载台进行清洁操作，进一步地减少了晶圆表面的缺陷数量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种氧化物刻蚀方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S2、将晶圆放置于刻蚀设备腔体中的电子载台上；

2.根据权利要求1所述的氧化物刻蚀方法，其特征在于，所述步骤S1中缺失厚度的系统设置阈值为1mm。

3.根据权利要求1所述的氧化物刻蚀方法，其特征在于，所述步骤S1中电子载台上掩避环的缺失厚度通过千分尺进行测量。

4.根据权利要求1所述的氧化物刻蚀方法，其特征在于，所述步骤S3中的刻蚀气体包括CF₄、CHF₃、Ar、C₄F₈和CO。

5.根据权利要求4所述的氧化物刻蚀方法，其特征在于，所述步骤S3中刻蚀气体的体积流量CF₄为10~50SCCM，CHF₃为10~60SCCM，Ar为90~180SCCM，C₄F₈为4SCCM和CO为95SCCM。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3后还包括：

S4、通入清洁气体，对电子载台上残留的聚合物进行处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述清洁气体包括Ar、CF₄、CHF₃、O₂。

8.一种如权利要求1所述的氧化物刻蚀设备，所述氧化物刻蚀设备包括一腔体，所述腔体中设有圆形电子载台，所述电子载台上表面设有圆环状的掩避环，其特征在于，所述掩避环上还设有一厚度测量装置，用于测量所述掩避环的缺失厚度。