CN103594390A - 终点检测装置及终点检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于检测二氟化氙气相刻蚀工艺终点的终点检测装置，包括：工艺腔，开设有进气口及排气口；气体浓度检测装置，设置在工艺腔的排气口处，检测从工艺腔中排出的二氟化氙气体的浓度；终点控制装置，与气体浓度检测装置相连，根据气体浓度检测装置的检测结果计算排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与预设浓度值比较，若排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于预设浓度值，终点控制装置产生并发送控制信号；及进气控制装置，与工艺腔的进气口相连，并通过工艺腔的进气口向工艺腔通入恒定量的二氟化氙气体，进气控制装置接收终点控制装置发送的控制信号后停止向工艺腔通入二氟化氙气体。本发明还揭示了一种终点检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及气相刻蚀技术领域，尤其涉及一种二氟化氙气相刻蚀工艺的终点检测装置及终点检测方法。
背景技术
二氟化氙（XeF2）由于其对半导体常用材料具有很高的选择比，因此在制作半导体器件互连结构时，常用二氟化氙气体刻蚀多余的金属。为了提高二氟化氙气相刻蚀的均匀性，在刻蚀过程中，对刻蚀工艺的终点检测是非常必要的。
目前常用的二氟化氙气相刻蚀工艺终点检测方法是靠计算二氟化氙气体通入工艺腔的时间来进行终点控制。但是，考虑到工艺过程中，工艺参数的波动，比如流量、压力及温度等变化，都会影响二氟化氙气体对被刻蚀物的刻蚀速率，这种情况下靠提前设定的工艺时间来控制终点是不精确的，从而会造成刻蚀的均匀性无法达到工艺要求或者产生较严重的过刻蚀，进而影响半导体器件的性能，降低半导体器件的良率。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够精确地检测二氟化氙气相刻蚀工艺的终点的终点检测装置。
为实现上述目的，本发明终点检测装置，包括：工艺腔，开设有进气口及排气口；气体浓度检测装置，设置在所述工艺腔的排气口处，检测从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度；终点控制装置，与所述气体浓度检测装置相连，所述终点控制装置根据所述气体浓度检测装置的检测结果计算从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与预设浓度值比较，若排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于所述预设浓度值，所述终点控制装置产生并发送控制信号；及进气控制装置，与所述进气口相连，并通过所述进气口向所述工艺腔通入恒定量的二氟化氙气体，所述进气控制装置接收所述终点控制装置发送的控制信号后停止向所述工艺腔通入二氟化氙气体。
本发明的另一目的是提供一种终点检测方法，包括如下步骤：
将待刻蚀的加工件放入工艺腔；
向所述工艺腔通入恒定量的二氟化氙气体；
检测从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与预设浓度值比较，若排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于所述预设浓度值，则判定二氟化氙气相刻蚀工艺已到终点并停止向所述工艺腔通入二氟化氙气体。
综上所述，本发明终点检测装置及终点检测方法通过实时检测从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与所述预设浓度值比较来判定二氟化氙气相刻蚀工艺是否到终点，因而能够更精确地检测二氟化氙气相刻蚀工艺的终点，保证了加工件的质量，提高了加工件的良率。
附图说明
图1揭示了根据本发明的一实施例的终点检测装置的结构示意图。
图2（a）至2（c）揭示了二氟化氙气相刻蚀加工件的三个阶段。
图3揭示了二氟化氙气相刻蚀加工件的三个阶段中在排气口处所检测到的二氟化氙气体的浓度。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
请参阅图1，为本发明终点检测装置的一示例性实施例的结构示意图。本发明终点检测装置适用于二氟化氙气相刻蚀工艺的终点检测。本发明终点检测装置包括一工艺腔101、一气体浓度检测装置104、一终点控制装置105及一进气控制装置106。所述工艺腔101的顶部开设有一进气口102，所述进气口102与所述进气控制装置106相连。所述工艺腔101的底部开设有一排气口103。所述气体浓度检测装置104设置在所述排气口103处且与所述终点控制装置105相连，所述气体浓度检测装置104可以是发光光谱仪、吸收光谱仪、离子质谱仪或X射线能谱仪等。
较佳的，所述工艺腔101的排气口103处设置有一排气管（图中未示），所述工艺腔101中的气体从所述排气管排出。所述气体浓度检测装置104设置在所述排气管的管口处。由于二氟化氙气体从所述工艺腔101排出时温度较高，随着二氟化氙气体在所述排气管中的流动，二氟化氙气体的温度会降低，从而二氟化氙会沉积在所述排气管的内壁上，进而导致所述气体浓度检测装置104检测的二氟化氙气体的浓度与从所述工艺腔101排出的二氟化氙气体的浓度不符，为了解决此问题，在所述排气管上安装加热装置，用于对所述排气管中的二氟化氙气体加热。所述排气管外壁包裹有保温材料，如保温棉。
使用本发明终点检测装置检测二氟化氙气相刻蚀工艺的终点时，先将一待刻蚀的加工件200放置于所述工艺腔101中，所述加工件200上待刻蚀的材料为选自下列材料中的一种或几种：硅、钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨、钌。所述进气控制装置106通过所述进气口102向所述工艺腔101中通入恒定量的二氟化氙气体，二氟化氙气体被均匀的喷洒在所述加工件200的表面并刻蚀加工件200，同时，所述工艺腔101中的气体，具体为未反应的二氟化氙气体和二氟化氙气体刻蚀所述加工件200生成的产物通过所述排气口103排出所述工艺腔101之外，设置在所述排气口103处的气体浓度检测装置104实时检测排出的二氟化氙气体的浓度。因为二氟化氙分子中有两个Xe-F键，该键是半离子键半共价键性质，因此它的发光光谱显示有两个明显的特征峰，分别在340nm-360nm和250nm-270nm之间。通过如荧光光谱仪并结合光谱强度分析软件可以实时计算排出的二氟化氙气体浓度。排出的二氟化氙气体的浓度会根据气相刻蚀的不同阶段而发生变化，具体地，在气相刻蚀的初始阶段，通入的二氟化氙气体会被大量消耗，与此同时，所述加工件200上的被刻蚀物也被大量刻蚀，随着所述加工件200上的被刻蚀物剩余的量越来越少，通入的二氟化氙气体被消耗的也越来越少，由于通入的二氟化氙气体的量是恒定的，因此，排出的二氟化氙气体的浓度会逐渐增大并趋于稳定。所述气体浓度检测装置104将检测的结果发送至所述终点控制装置105，所述终点控制装置105根据检测结果计算出从所述工艺腔101排出的二氟化氙气体的浓度并将该浓度值与一预设浓度值比较，如果排出的二氟化氙气体的浓度低于预设浓度值，则判定二氟化氙气相刻蚀工艺还未到终点，需要继续向所述工艺腔101通入二氟化氙气体进行气相刻蚀；如果排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于预设浓度值，则判定二氟化氙气相刻蚀已到终点，为了获得更好的气相刻蚀均匀性，所述终点控制装置105判定二氟化氙气相刻蚀已到终点时便启动过刻蚀计时，所述过刻蚀是指即使二氟化氙气相刻蚀已到终点，仍会继续通入二氟化氙气体刻蚀一定时间。过刻蚀完成以后，所述终点控制装置105向所述进气控制装置106发送一控制信号，所述进气控制装置106接收该控制信号后停止向所述工艺腔101通入二氟化氙气体，二氟化氙气相刻蚀工艺结束。
请参阅图2（a）至2（c）及图3，以在半导体器件中形成互连结构为例，说明本发明二氟化氙气相刻蚀工艺的终点检测方法。
首先简要介绍半导体器件中互连结构的形成工艺，包括：首先，在一衬底10上沉积第一导电层20；然后，在所述衬底10及所述第一导电层20上沉积一层间介电质层30；接着，在所述层间介电质层30上形成通孔，所述通孔的底部暴露出所述第一导电层20的顶部；然后，在所述层间介电质层30的表面及通孔内依次沉积阻挡层50和导电金属60；最后，采用二氟化氙气相刻蚀工艺去除除通孔内的阻挡层50和导电金属60外的所有阻挡层50和导电金属60，保留在所述通孔内的阻挡层50和导电金属60形成互连结构。
在所述工艺腔101中，二氟化氙气相刻蚀所述阻挡层50和导电金属60一般可以分为三个阶段：第一阶段是二氟化氙气体与所述阻挡层50和导电金属60大量反应阶段，在此阶段，二氟化氙气体被大量消耗，通常情况下，二氟化氙气体的消耗率为75％到100％，以刻蚀阻挡层钽为例，二氟化氙气体与阻挡层钽充分反应时，其消耗率为81％，因此排出的二氟化氙气体的浓度为19％。随着气相刻蚀的不断进行，所述阻挡层50和导电金属60大部分被刻蚀，只剩下不连续的阻挡层50，此时气相刻蚀进入第二阶段，由于大部分的阻挡层50和导电金属60已被刻蚀，所以二氟化氙气体的消耗量逐渐减少，反之，排出的二氟化氙气体的浓度逐渐增大。当除通孔内的阻挡层50和导电金属60外的所有阻挡层50和导电金属60被完全刻蚀后，在所述排气口103处检测到的二氟化氙气体的浓度为90％，此时，气相刻蚀已到终点。为了获得更好的气相刻蚀均匀性和保证不需要的阻挡层50完全被刻蚀，即使气相刻蚀已到终点，仍会继续向所述工艺腔101通入二氟化氙气体刻蚀一定时间，该过程为气相刻蚀的第三阶段，即过刻蚀阶段，过刻蚀的时间会随着整个工艺时间的不同而不同，一般设定在1秒到60秒。过刻蚀阶段结束后，停止向所述工艺腔101中通入二氟化氙气体，二氟化氙气相刻蚀工艺结束。
由上述可知，本发明终点检测装置及终点检测方法通过实时检测从所述工艺腔101排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与预设浓度值比较来判定二氟化氙气相刻蚀工艺是否到终点，因而能够精确地检测二氟化氙气相刻蚀工艺的终点，保证了加工件200的质量，提高了加工件200的良率。
综上所述，本发明终点检测装置及终点检测方法通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
Claims (9)
1.一种终点检测装置，用于二氟化氙气相刻蚀工艺的终点检测，其特征在于，包括：
工艺腔，开设有进气口及排气口；
气体浓度检测装置，设置在所述工艺腔的排气口处，检测从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度；
终点控制装置，与所述气体浓度检测装置相连，所述终点控制装置根据所述气体浓度检测装置的检测结果计算从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与预设浓度值比较，若排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于所述预设浓度值，所述终点控制装置产生并发送控制信号；及
进气控制装置，与所述工艺腔的进气口相连，并通过所述工艺腔的进气口向所述工艺腔通入恒定量的二氟化氙气体，所述进气控制装置接收所述终点控制装置发送的控制信号后停止向所述工艺腔通入二氟化氙气体。
2.根据权利要求1所述的终点检测装置，其特征在于：所述终点控制装置计算从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于所述预设浓度值时，所述终点控制装置启动过刻蚀计时，过刻蚀完成后，所述终点控制装置产生所述控制信号。
3.根据权利要求1所述的终点检测装置，其特征在于：所述气体浓度检测装置选自下列装置之一：发光光谱仪、吸收光谱仪、离子质谱仪和X射线能谱仪。
4.根据权利要求1所述的终点检测装置，其特征在于：所述工艺腔的排气口处设置有排气管，所述气体浓度检测装置设置在所述排气管的管口处。
5.根据权利要求4所述的终点检测装置，其特征在于：所述排气管上安装有加热装置，用于对所述排气管中的二氟化氙气体加热。
6.根据权利要求5所述的终点检测装置，其特征在于：所述排气管外壁包裹有保温材料。
7.一种终点检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
将待刻蚀的加工件放入工艺腔；
向所述工艺腔通入恒定量的二氟化氙气体；
检测从所述工艺腔排出的二氟化氙气体的浓度，并将该浓度与预设浓度值比较，若排出的二氟化氙气体的浓度等于或高于所述预设浓度值，则判定二氟化氙气相刻蚀工艺已到终点并停止向所述工艺腔通入二氟化氙气体。
8.根据权利要求7所述的终点检测方法，其特征在于：判定二氟化氙气相刻蚀工艺已到终点时，启动过刻蚀计时，过刻蚀完成后，停止向所述工艺腔通入二氟化氙气体。
9.根据权利要求7所述的终点检测方法，其特征在于：所述加工件上待刻蚀的材料为选自下列材料中的一种或几种：硅、钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨、钌。
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| PB01 | Publication | ||
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