CN108091585A - 氧化物的刻蚀工艺的监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有氧化物；刻蚀去除所述氧化物的至少一部分；采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底反应，而未能与所述氧化物反应；检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物。本发明方案可以更准确地检测到氧化物刻蚀缺陷，从而及时地确认刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。

Description

氧化物的刻蚀工艺的监测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法。
背景技术
在现有的半导体工艺中，采用刻蚀工艺有选择地去除半导体制造过程中的材料，例如氧化物。然而由于刻蚀机器不稳定或刻蚀工艺不合适，容易在刻蚀过程中产生氧化物残留的问题。
在重要步骤，例如栅氧化物(Gate Oxide)的形成工艺中，由于刻蚀后残留的栅氧化物会导致半导体器件的电性异常，因此对栅氧化物是否发生刻蚀后残留的监测尤为重要。
然而，在现有技术中，对于厚度极薄的刻蚀后残留的栅氧化物，检测准确率较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法，可以更准确地检测到氧化物刻蚀缺陷，从而及时地确认刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有氧化物；刻蚀去除所述氧化物的至少一部分；采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底反应，而未能与所述氧化物反应；检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物。
可选的，所述检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物包括：当检测到所述清洗后的半导体衬底的表面存在凸起的表面缺陷，则确定存在残留的氧化物。
可选的，采用扫描电子显微镜检测清洗后的半导体衬底的表面。
可选的，所述半导体衬底为硅衬底。
可选的，所述氧化物为栅氧化物。
可选的，所述化学溶液包括四甲基氢氧化铵。
可选的，刻蚀去除所述氧化物的至少一部分包括：采用湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述氧化物的至少一部分。
可选的，采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面包括：采用化学溶液浸泡或喷淋所述半导体衬底的表面。
可选的，所述氧化物的刻蚀工艺的监测方法还包括：在确定存在残留的氧化物时，存储异常记录。
可选的，所述氧化物的刻蚀工艺的监测方法还包括：在确定存在残留的氧化物时，发出异常警示信息。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有氧化物；刻蚀去除所述氧化物的至少一部分；采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底反应，而未能与所述氧化物反应；检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物。采用上述方案，通过采用与半导体衬底反应而未能与氧化物反应的化学溶液清洗半导体衬底的表面，可以在半导体衬底的表面发生反应去除一定深度的半导体衬底，而难以在残留的氧化物的表面发生反应，从而形成凸起的表面缺陷，采用现有的检测方式容易检测出来。相比于现有技术中直接检测刻蚀后残留的氧化物，由于形貌比较单一不明显难以实现准确地检测，采用本发明实施例的方案，根据清洗后是否形成凹凸形貌，可以更准确地检测到是否存在残留的氧化物，有助于及时地确认刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。
进一步，所述氧化物为栅氧化物，由于刻蚀后残留的栅氧化物的厚度极薄，并且会导致半导体器件的电性异常，采用本发明实施例的方案，可以更准确地检测到栅氧化物是否发生刻蚀后残留，从而及时地确认栅氧化物的刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。
附图说明
图1是现有技术中一种存在有残留的氧化物的半导体器件的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例中一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法的流程图；
图3至图6是本发明实施例中一种不存在残留的氧化物的刻蚀工艺的监测方法中各步骤的对应的器件剖面结构示意图；
图7至图8是本发明实施例中一种存在有残留的氧化物的刻蚀工艺的监测方法中各步骤的对应的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
在现有的半导体工艺中，由于刻蚀机器不稳定或刻蚀工艺不合适，容易在刻蚀氧化物的过程中产生氧化物残留的问题。
参照图1，图1是现有技术中一种存在有残留的氧化物的半导体器件的剖面结构示意图。
所述半导体器件包括半导体衬底100，在所述半导体衬底100的表面形成有氧化物110。对氧化物110进行刻蚀以去除所述氧化物110的至少一部分，然而由于刻蚀机器不稳定或刻蚀工艺不合适，容易在刻蚀过程后存在残留的氧化物111。
为了避免影响后续工艺及产品良率，需要检测出残留的氧化物111，从而及时进行处理。然而在现有技术中，对于厚度较薄的刻蚀后残留的氧化物，检测准确率较低。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，采用的检测方式为直接检测，例如采用扫描电子显微镜对刻蚀后残留的氧化物进行检测，由于残留的氧化物较薄，形貌比较单一不明显导致难以准确地检测。以栅氧化物为例，随着高密度集成电路特征尺寸的不断减小，栅氧化物的厚度也随之降低，刻蚀后残留的栅氧化物更薄，例如在关键特征尺寸为65nm的工艺或更为先进的工艺中，刻蚀后残留的栅氧化物的厚度通常在5nm以下，直接对刻蚀后残留的氧化物进行检测，准确性较低。
在本发明实施例中，提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有氧化物；刻蚀去除所述氧化物的至少一部分；采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底反应，而未能与所述氧化物反应；检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物。采用上述方案，通过采用与半导体衬底反应而未能与氧化物反应的化学溶液清洗半导体衬底的表面，可以在半导体衬底的表面发生反应去除一定深度的半导体衬底，而难以在残留的氧化物的表面发生反应，从而形成凸起的表面缺陷，采用现有的检测方式容易检测出来。相比于现有技术中直接检测刻蚀后残留的氧化物，由于形貌比较单一不明显难以实现准确地检测，采用本发明实施例的方案，根据清洗后是否形成凹凸形貌，可以更准确地检测到是否存在残留的氧化物，有助于及时地确认刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2，图2是本发明实施例中一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法的流程图。所述氧化物的刻蚀工艺的监测方法可以包括步骤S21至步骤S24：
步骤S21：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有氧化物；
步骤S22：刻蚀去除所述氧化物的至少一部分；
步骤S23：采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底反应，而未能与所述氧化物反应；
步骤S24：检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物。
下面结合图3至图6对上述步骤S11至步骤S14进行说明。
图3至图6是本发明实施例中一种不存在残留的氧化物的刻蚀工艺的监测方法中各步骤的对应的器件剖面结构示意图。
参照图3，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200的表面形成有氧化物210。
具体地，所述半导体衬底200可以为硅衬底，或者所述半导体衬底200的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述半导体衬底200还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层(Epitaxy layer，Epi layer)的衬底。
所述氧化物210可以为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅等。形成所述氧化物210的工艺可以为氧化工艺或者化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺。其中，所述化学气相沉积工艺例如可以包括流体化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、亚常压化学气相沉积以及低压化学气相沉积等。
优选地，所述氧化物210可以为栅氧化物，例如场效应晶体管中的栅氧化物。
在具体实施中，所述栅氧化物的材料可以为氧化硅。为了精确控制栅氧化物的厚度及均匀度，并且具有工艺重复性，往往采用较慢的氧化速率生成该栅氧化物。
由于刻蚀后残留的栅氧化物的厚度极薄，并且会导致半导体器件的电性异常，采用本发明实施例的方案，可以更准确地检测到栅氧化物是否发生刻蚀后残留，从而及时地确认栅氧化物的刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。
参照图4，刻蚀去除所述氧化物210的至少一部分。需要指出的是，在图4示出的半导体器件中，不存在残留的氧化物。
具体地，可以采用干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺、或干法刻蚀和湿法刻蚀相结合的工艺对所述氧化物210进行刻蚀。
优选地，当所述氧化物210为栅氧化物时，可以采用湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述栅氧化物的至少一部分。
更具体而言，所述湿法刻蚀工艺可以在常温下进行，根据具体工艺设置不同的刻蚀时间以刻蚀不同厚度的栅氧化物。作为一个非限制性的例子，刻蚀厚度可以为5.38纳米至5.98纳米。
参照图5，采用化学溶液清洗所述半导体衬底200的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底200反应，而未能与所述氧化物210反应。
具体地，当所述半导体衬底200为硅衬底，所述氧化物210为氧化硅时，所述化学溶液可以为四甲基氢氧化铵(Tetramethy1 ammonium hydroxide，TMAH)，分子式为(CH3)4NOH。更具体而言，TMAH具有强碱性，可以与硅发生反应，而不与氧化硅发生反应，符合本发明实施例对所述化学溶液的需求。
进一步地，采用化学溶液清洗所述半导体衬底200的表面的步骤可以采用化学溶液浸泡或喷淋所述半导体衬底200的表面。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，可以将所述半导体衬底200整体浸入所述化学溶液中，以浸泡方式清洗所述半导体衬底200的表面。
以所述半导体衬底200为硅衬底，所述氧化物210为氧化硅或栅氧化物，所述化学溶液为TMAH为例，采用浸泡方式清洗，不仅会在所述半导体衬底200的表面形成TMAH与硅的反应物，还可能在浸泡过程中将反应物从半导体衬底200分离，形成凹陷。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中，可以采用化学溶液喷淋所述半导体衬底200的表面，进而去除该化学溶液与半导体衬底200的反应物。
以所述半导体衬底200为硅衬底，所述氧化物210为氧化硅或栅氧化物，所述化学溶液为TMAH为例，采用喷淋方式清洗，会在所述半导体衬底200的表面形成TMAH与硅的反应物，还需要进一步去除TMAH与硅的反应物，形成凹陷。
参照图6，检测清洗后的半导体衬底200的表面，以确定是否存在残留的氧化物。
具体地，可以根据所述清洗后的半导体衬底200的表面是否存在凸起的表面缺陷，确定是否存在残留的氧化物。
在图6示出的半导体衬底200内，在去除了氧化物210的区域内均形成凹陷220，也即半导体衬底200的表面为正常形貌，不存在凸起的表面缺陷，则可以准确地判断为不存在残留的氧化物。
图7至图8是本发明实施例中一种存在有残留的氧化物的刻蚀工艺的监测方法中各步骤的对应的器件剖面结构示意图。
参照图7，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300的表面形成有氧化物310，刻蚀去除所述氧化物310的至少一部分，在刻蚀的过程中，存在有残留的氧化物311，所述残留的氧化物311的厚度薄于未刻蚀的氧化物310的厚度。
采用化学溶液清洗所述半导体衬底300的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底300反应，而未能与所述氧化物310以及残留的氧化物311反应。
有关采用化学溶液清洗所述半导体衬底300的表面的步骤的更多详细内容请参照图5中的步骤描述进行执行，此处不再赘述。
参照图8，检测清洗后的半导体衬底300的表面，以确定是否存在残留的氧化物。
具体地，可以根据所述清洗后的半导体衬底300的表面是否存在凸起的表面缺陷，确定是否存在残留的氧化物。
在图8示出的半导体衬底300内，在去除了氧化物310的区域内不仅形成有凹陷321，还存在有凸起的表面缺陷331，也即半导体衬底300的表面形貌存在异常。可以理解的是，所述化学溶液与所述半导体衬底300反应越多，所述凹陷321与凸起的表面缺陷331之间的差异越明显。
进一步地，采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)检测清洗后的半导体衬底的表面。
在现有的检测方案中，通常采用SEM检测清洗后的半导体衬底300的表面，相比于现有技术中需要依赖高精度的SEM，才能直接检测刻蚀后形貌比较单一不明显的残留的氧化物311，采用本发明实施例的方案，采用较低精度的SEM，就可以根据清洗后是否形成凹凸形貌，检测到所述清洗后的半导体衬底300的表面存在凸起的表面缺陷331，有助于降低运营成本。
在本发明实施例中，通过采用与半导体衬底300反应而未能与氧化物310反应的化学溶液清洗半导体衬底300的表面，可以在半导体衬底300的表面发生反应去除一定深度的半导体衬底300，而难以在残留的氧化物311的表面发生反应，从而形成凸起的表面缺陷331，采用现有的检测方式容易检测出来。相比于现有技术中直接检测刻蚀后残留的氧化物，由于形貌比较单一不明显难以实现准确地检测，采用本发明实施例的方案，根据清洗后是否形成凹凸形貌，可以更准确地检测到是否存在残留的氧化物311，有助于及时地确认刻蚀工艺的异常状况，有助于保证产品良率。
需要指出的是，在本发明实施例中，还可以及时地确认由于刻蚀机器异常导致的刻蚀工艺异常，有助于保证产品良率。
本领域技术人员可以理解的是，由于采用本发明实施例的方案，会对半导体衬底形成破坏，因此可以采用控片(Monitor Wafer)执行所述氧化物的刻蚀工艺的监测方法，以实现对所述氧化物的刻蚀工艺和/或刻蚀机器的监测。
进一步地，所述氧化物的刻蚀工艺的监测方法还包括：在确定存在残留的氧化物时，存储异常记录。
在具体实施中，其中，针对所述残留的氧化物存储异常记录有助于长期地进行数据跟踪，以有效分析氧化物的刻蚀工艺的技术能力强度。具体地，可以通过复用测试设备、刻蚀机器或清洗机器上的存储模块进行存储，或者传输至用户的其它存储设备上进行存储，本发明对此不做限制。
进一步地，所述氧化物的刻蚀工艺的监测方法还包括：在确定存在残留的氧化物时，发出异常警示信息。
所述发出异常警示信息可以包括发出报警提示音或者显示报警信息。具体地，报警提示音可以通过复用测试设备、刻蚀机器或清洗机器上的电声装置发出，也可以采用外加的电声装置发出。报警信息可以通过复用测试设备、刻蚀机器或清洗机器上的显示装置进行显示，或者传输至用户的其它显示设备上进行显示，本发明对此不做限制。
在本发明实施例中，当确定存在残留的氧化物时，可以存储异常记录和/或发出异常警示信息，从而有效地提醒操作者及时处理，减少再次发生同样问题的可能性，有效地降低同类型问题导致的损失。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有氧化物；
刻蚀去除所述氧化物的至少一部分；
采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面，所述化学溶液能够与所述半导体衬底反应，而未能与所述氧化物反应；
检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物。
2.根据权利要求1所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，所述检测清洗后的半导体衬底的表面，以确定是否存在残留的氧化物包括：
当检测到所述清洗后的半导体衬底的表面存在凸起的表面缺陷，则确定存在残留的氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，采用扫描电子显微镜检测清洗后的半导体衬底的表面。
4.根据权利要求1所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底。
5.根据权利要求3所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，所述氧化物为栅氧化物。
6.根据权利要求4所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，所述化学溶液包括四甲基氢氧化铵。
7.根据权利要求1所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，刻蚀去除所述氧化物的至少一部分包括：
采用湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述氧化物的至少一部分。
8.根据权利要求1所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，采用化学溶液清洗所述半导体衬底的表面包括：
采用化学溶液浸泡或喷淋所述半导体衬底的表面。
9.根据权利要求1所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，还包括：
在确定存在残留的氧化物时，存储异常记录。
10.根据权利要求1所述的氧化物的刻蚀工艺的监测方法，其特征在于，还包括：
在确定存在残留的氧化物时，发出异常警示信息。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180529

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