CN109560025B - 酸槽式湿法刻蚀工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种酸槽式湿法刻蚀工艺，包括：进行酸槽换酸后第一次酸槽刻蚀；根据酸槽中小换酸的周期内累计处理的硅片的数量计算刻蚀速率；根据计算的刻蚀速率和硅片的薄膜的刻蚀量获得工艺时间，通过量测后值和工艺时间获得实际刻蚀速率从第二次酸槽刻蚀开始，根据上一次计算的刻蚀速率和实际的刻蚀速率调节此次工艺刻蚀的速率。在本发明的酸槽式湿法刻蚀工艺中，通过小换酸的周期内累计处理的硅片的数量计算刻蚀工艺中每一批硅片的刻蚀速率，减少小换酸前后实际刻蚀速率的突变对工艺控制的计算的影响，最终提高工艺控制的准确度，可以实现硅片的连续刻蚀作业。

Description

酸槽式湿法刻蚀工艺
技术领域
本发明涉及半导体刻蚀技术领域，尤其涉及一种酸槽式湿法刻蚀工艺。
背景技术
随着集成电路的不断发展，半导体器件的关键尺寸越来越小，清洗工艺和刻蚀工艺作为半导体生产中必不可少的工艺也越来越重要，通常清洗工艺在槽式湿法清洗机台中进行，刻蚀工艺中的湿法刻蚀在槽式湿法刻蚀机台中进行。而随着湿法刻蚀的进行，槽式湿法刻蚀机台中的槽内的酸的浓度会逐渐变化，影响刻蚀速率，因此需要对槽内的酸进行部分更换，称为小换酸。以磷酸为例，目前小换酸的控制方法是将槽内的跑货量换算成Nitride(氮化物)的刻蚀量，当累积Nitride(氮化物)的刻蚀量达到设定值时触发小换酸。
现有技术的工艺控制时间的计算是根据硅片前一层刻蚀的工艺状况和之前处理的一批次的硅片反馈的刻蚀速率来调整当前的硅片刻蚀的工艺处理时间，但是由于槽式湿法刻蚀工艺中小换酸周期内，刻蚀速率随着酸槽累积处理的硅片的增加而依次下降，现有工艺无法精确控制各种因素对刻蚀速率带来的影响，特别是小换酸前后刻蚀速率发生突变的情况，因此，为了得到比较接近于实际刻蚀速率的反馈值，需要等待上一批次硅片刻蚀后的值通过量测完成，因此要对同一时间段内处理的批次硅片数量进行了限制，无法连续作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酸槽式湿法刻蚀工艺，使得酸槽式湿法刻蚀工艺更加精确并且可以通过进入机台的累计处理的硅片预测刻蚀速率，使得硅片的刻蚀不受数量的限制从而能连续作业。
为了达到上述目的，本发明提供了一种酸槽式湿法刻蚀工艺，包括：
进行第一次酸槽刻蚀；
根据酸槽中小换酸的周期内累计处理的硅片数量计算刻蚀速率；
进行第一次酸槽刻蚀，根据第一次工艺刻蚀时间和第一次刻蚀掉的硅片的薄膜的值获得实际的刻蚀速率；
从第二次酸槽刻蚀开始，根据上一次计算的刻蚀速率和实际的刻蚀速率对比，调节此次工艺刻蚀的速率的计算。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，所述小换酸的周期为从小换酸完成后到下一次小换酸开始为一个小换酸的周期。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，所述一个小换酸的周期内的硅片的刻蚀速率递减。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，小换酸的酸为磷酸。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，计算刻蚀速率的方法为：
ER＝[Monitor ER-(Wafer Count×ER delta)]
其中：Monitor ER为一个小换酸周期内小换酸后的起始刻蚀速率；wafer count指一个小换酸的周期的累计处理硅片数量；ER delta指一个小换酸的周期内作业一片硅片刻蚀速率的递减量。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，计算工艺时间的方法为：
工艺时间＝(工艺前值-目标值)/刻蚀速率
其中：工艺前值为刻蚀工艺处理前的薄膜厚度，目标值为刻蚀工艺处理后要求的薄膜目标厚度。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，所述Monitor ER和所述ER delta可以通过实验测试获得。
可选的，在所述的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法中，所述计算的刻蚀速率与实际刻蚀速率相差越小，工艺时间的控制越精准。
在本发明提供的酸槽式湿法刻蚀工艺中，不再是通过上一批硅片刻蚀的平均刻蚀速率作为这一批硅片刻蚀的参考速率从而得到工艺控制的时间，而是计算每一批硅片该有的刻蚀速率，减少小换酸前后实际刻蚀速率突变对工艺控制时间的计算的影响，最终提高工艺控制时间的准确度，并且硅片刻蚀不会受到数量的限制，可以实现硅片的连续刻蚀。
附图说明
图1是本发明实施例的酸槽式湿法刻蚀工艺的流程图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参照图1，本发明提供了一种酸槽式湿法刻蚀工艺，包括：
S11：进行第一次酸槽刻蚀；
S12：根据酸槽中小换酸的周期内累计处理的硅片数量计算刻蚀速率；
S13：根据计算的刻蚀速率和硅片的薄膜的刻蚀量获得工艺时间；
S14：进行第一次酸槽刻蚀，根据第一次工艺刻蚀时间和第一次刻蚀掉的硅片的薄膜的值获得实际的刻蚀速率；
S15：从第二次开始，根据上一次计算的刻蚀速率和实际的刻蚀速率对比，调节此次工艺刻蚀的速率。
一般氮化硅刻蚀工艺使用槽式湿法方法刻蚀硅片，使用的酸为磷酸，半导体生产中需要刻蚀大量的硅片，随着硅片的刻蚀，槽内的酸中反应物的比重会逐渐减少，硅片的刻蚀速率就会逐渐减小，但是速率减小到一定的程度就会影响刻蚀的效率造成刻蚀的硅片数量严重下降，因此，在大量硅片刻蚀过程中，需要补充新酸，补充新酸的方法采用部分换酸，就是所说的小换酸，整个刻蚀工艺中可能存在多次小换酸。现有技术获得刻蚀速率的方法为根据一个小换酸周期中刻蚀速率计算平均速率，以平均速率来计算下一批硅片的工艺控制时间。而一批硅片的刻蚀可能遇到小换酸的小换酸前和小换酸后，小换酸后的反应物比重明显增加，硅片的实时速率会明显提高；而小换酸末期由于反应物比重明显减少，硅片的实际速率明显减慢。因此按照一个小换酸周期中平均速率作为刻蚀速率不准确。现有技术无法避免遇到小换酸前后实际刻蚀速率的突变对工艺时间计算的影响。
本实施例中，所述小换酸的周期为从小换酸完成后到下一次小换酸开始为一个小换酸的周期。相比于现有技术小换酸前后的硅片的实际刻蚀速率会发生突变从而影响整个工艺的刻蚀速率的计算，本发明每一个小换酸周期内的每一个时刻的速率都是已知或可以计算的，从而可以动态地控制工艺的时间。比起现有技术无法动态地控制，本实施例的酸槽式湿法刻蚀工艺的控制将更加准确。
本实施例中，所述一个小换酸的周期内的硅片的刻蚀速率递减，小换酸后，硅片的刻蚀速率提升回原来的水平。一个小换酸周期内，随着硅片的刻蚀，溶液内反应物的比重逐渐减小，因此，理论上刻蚀速率是逐渐递减的。刻蚀速率递减，刻蚀得越来越慢，因此，需要再次进行小换酸。
本实施例中，小换酸的酸为磷酸。在本实施例中，酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法用于磷酸刻蚀硅片的工艺时间的控制中，在其他实施例中，也可以用于其他酸刻蚀工艺的工艺时间的控制中。
本实施例中，一个小换酸周期包含多个刻蚀工艺过程。，一个小换酸的周期内的硅片的刻蚀速率递减，不能单纯地用现有技术计算小换酸周期内的平均刻蚀速率作为某一批工艺的刻蚀速率来计算工艺控制的时间。本发明实施例的计算方法对每一批硅片的速率进行计算，实时获得硅片刻蚀的速率，从而更加准确地计算工艺刻蚀的时间和刻蚀速率。
本实施例中，计算刻蚀速率的方法为：
ER＝[Monitor ER-(Wafer Count×ER delta)]
其中：Monitor ER为一个小换酸周期内小换酸后的起始刻蚀速率；wafer count指一个小换酸的周期的累计处理硅片数量；ER delta指一个小换酸的周期内作业一片硅片刻蚀速率的递减量。Monitor ER和所述ER delta可以通过实验获得，wafer count也是已知的，因此可以通过实时地获得每一批硅片的刻蚀速率从而动态地控制工艺时间，而本实施例中实时的刻蚀速率有一定规律可以通过公式获得。
本实施例中，计算工艺时间的方法为：
工艺时间＝(工艺前值-目标值)/刻蚀速率
其中：工艺前值为刻蚀工艺处理前的薄膜厚度，目标值为刻蚀工艺处理后要求的薄膜目标厚度。通过公式获得硅片的刻蚀速率后可以再进一步以此硅片上一层的工艺状况作为参考来确定工艺控制时间。
本实施例中，所述Monitor ER和所述ER delta可以通过实验测试获得。MonitorER是小换酸后开始刻蚀的刻蚀速率，此时理论上是这一个小换酸的周期内速率最大的，随着刻蚀的进行，刻蚀速率逐渐减小，并且按照一定的速率递减的，因此知道Monitor ER和ERdelta就可以测得一个小换酸周期内的任意时刻的刻蚀速率，而Monitor ER和ER delta可以通过之前的实验测试获得。
本实施例中，通过比较所述实际刻蚀速率与所述计算的刻蚀速率，对下一次酸槽刻蚀的刻蚀速率进行补偿。例如，第三次进行酸槽刻蚀时，比较第二次的实际刻蚀速率和计算的刻蚀速率，补偿第三次的刻蚀速率，利用这种方法，每进行一次酸槽刻蚀，通过这次处理的薄膜厚度和工艺时间计算得到这次工艺的实际速率，利用实际速率和这次酸槽刻蚀的ER比较补偿下一次酸槽刻蚀的ER。
本实施例中，所述计算的刻蚀速率与实际刻蚀速率相差越小，工艺时间的控制越精准。本发明的目的为控制酸槽刻蚀工艺的时间和速率，因此，刻蚀速率的计算的准确与否是影响工艺时间的关键，相比于现有技术，本发明是通过计算实时速率来计算工艺控制时间，而不是通过计算上一批硅片的刻蚀速率的平均速率来计算工艺控制时间，本发明的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法不会受到小换酸前后的刻蚀速率突变的影响，相比于现有技术，本发明实施例计算的刻蚀速率更加接近于硅片真实的刻蚀速率，因此，采用本发明的酸槽式湿法刻蚀工艺时间的控制方法能使得工艺的控制更加准确，并且硅片刻蚀不会受到数量的限制，可以实现硅片的连续刻蚀。
综上，在本发明实施例提供的酸槽式湿法刻蚀工艺中，不再是通过上一批硅片刻蚀的平均刻蚀速率作为这一批硅片刻蚀的参考速率从而得到工艺控制的时间，而是计算每一批硅片该有的刻蚀速率，减少小换酸前后硅片实际刻蚀速率突变对工艺控制时间的计算的影响，最终提高了工艺控制时间的准确度，并且硅片刻蚀不会受到数量的限制，可以实现硅片的连续刻蚀。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，包括：
进行第一次酸槽刻蚀；
根据酸槽中小换酸的周期内累计处理的硅片数量计算刻蚀速率；
根据计算的刻蚀速率和硅片的薄膜的刻蚀量获得工艺时间；
进行第二次酸槽刻蚀，根据第二次工艺刻蚀时间和第二次刻蚀掉的硅片的薄膜的值获得实际的刻蚀速率；
从第二次酸槽刻蚀开始，根据第一次计算的刻蚀速率和实际的刻蚀速率对比，调节此次工艺刻蚀的速率的计算。
2.如权利要求1所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，所述小换酸的周期为从小换酸完成后到下一次小换酸开始为一个小换酸的周期。
3.如权利要求1所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，所述小换酸的周期内的硅片的刻蚀速率递减。
4.如权利要求1所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，小换酸的酸为磷酸。
5.如权利要求1所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，计算刻蚀速率的方法为：
ER＝[Monitor ER-(Wafer Count×ER delta)]
其中：Monitor ER为一个小换酸周期内小换酸后的起始刻蚀速率；wafer count指一个小换酸的周期的累计处理硅片数量；ER delta指一个小换酸的周期内作业一片硅片刻蚀速率的递减量。
6.如权利要求5所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，计算工艺时间的方法为：
工艺时间＝(工艺前值-目标值)/刻蚀速率
其中：工艺前值为刻蚀工艺处理前的薄膜厚度，目标值为刻蚀工艺处理后要求的目标薄膜厚度。
7.如权利要求6所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，所述Monitor ER和所述ERdelta可以通过实验测试获得。
8.如权利要求7所述的酸槽式湿法刻蚀工艺，其特征在于，所述计算的刻蚀速率与实际刻蚀速率相差越小，工艺时间的控制越精准。
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