RU2248645C2 - Способ контроля момента окончания травления в плазме вч- и свч-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ контроля момента окончания травления в плазме вч- и свч-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2248645C2 RU2248645C2 RU2003104228/28A RU2003104228A RU2248645C2 RU 2248645 C2 RU2248645 C2 RU 2248645C2 RU 2003104228/28 A RU2003104228/28 A RU 2003104228/28A RU 2003104228 A RU2003104228 A RU 2003104228A RU 2248645 C2 RU2248645 C2 RU 2248645C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- etching
- emission
- moment
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Использование: для контроля момента окончания травления в плазме ВЧ- и СВЧ-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов в микроэлектронике и наноэлектронике. Сущность изобретения: для контроля в реальном времени момента окончания плазмохимического травления слоев микро- и наноэлектронных структур выполняется измерение и обработка модулированного сигнала оптической эмиссии плазмы на характеристической длине волны частицы-реагента или частицы-продукта поверхностной реакции, интенсивность которого изменяется в момент окончания травления удаляемого слоя в пределах площади открытых окон в литографической маске, при этом применяются принудительная амплитудная НЧ-модуляция несущей ВЧ- или СВЧ-частоты плазмообразующего генератора, обеспечивающая модуляцию оптической эмиссии плазмы, а последующая регистрация интенсивности эмиссии компонента плазмы, являющегося реагентом или продуктом в поверхностной реакции, осуществляется с использованием метода фазового (синхронного) детектирования, где опорным сигналом служит сигнал принудительной НЧ-модуляции высокочастотного плазмообразующего генератора. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности определения момента окончания плазмохимического травления микроэлектронных структур с малой площадью окон маски. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано при производстве как полупроводниковых приборов и интегральных схем, так и приборов функциональной микроэлектроники: оптоэлектроники, акустоэлектроники, ПЗС и др.
Широко известен способ контроля момента окончания плазмохимического травления слоев микроэлектронных структур, основанный на измерении уровня эмиссии реагирующих компонентов и продуктов поверхностных реакций из объема плазмы в камере реактора, причем момент окончания травления слоя сопровождается ступенчатым изменением уровня эмиссии реагентов и продуктов реакции в ходе процесса [1, 2].
Существенным недостатком этого способа является уменьшение величины ступенчатого изменения полезного сигнала по мере уменьшения площади окон в литографической маске, открытых для травления, по отношению к общей площади пластины. Для операций изготовления современных УБИС, где площади окон травления могут составлять менее 1-3% площади пластины, данный способ неприменим, так как уровень изменения полезного эмиссионного сигнала становится сравнимым с уровнем шумов оптической эмиссии плазмы, вызванных физической природой разряда и работой автоматических систем стабилизации давления и газовых потоков плазменного реактора.
Известен способ контроля сухого травления и устройство на его основе с использованием возбуждения поверхности структуры, подвергнутой плазмохимическому травлению, дополнительным источником УФ-излучения и последующей регистрацией эмитированных фотоэлектронов вторичным электронным умножителем, помещенным в камеру реактора [3].
Недостатки этого способа - усложнение конструкции за счет введения дополнительного источника оптического излучения УФ-диапазона, а также необходимость внесения элементов измерительного оборудования непосредственно в камеру плазмохимического реактора, что отрицательно сказывается как на уровне загрязнения камеры при его контакте с химически активной плазмой, так и на степени надежности предложенного устройства. Кроме этого, в патенте [3] нет данных о работоспособности данного устройства в условиях плазмохимического травления при малых площадях окон в литографической маске для травления.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ и устройство определения момента окончания плазмохимических процессов травления в производстве полупроводниковых приборов, основанный на измерении уровня оптической эмиссии химически активных реагентов и продуктов реакции из объема плазмы и использующий естественную амплитудную модуляцию оптической эмиссии плазмы несущей частотой плазмообразующего генератора для увеличения отношения сигнал/шум путем фазового детектирования модулированного сигнала [4].
Недостаток этого способа заключаются в том, что естественная амплитудная модуляция оптической эмиссии плазмы на несущей частоте плазмообразующего генератора и его гармониках ограничена по диапазону частот сверху кинетикой процессов ионизации в плазме. Временной масштаб установления стационарных значений электронной и ионной плотности и энергетического спектра электронов в электрическом разряде составляет 1-50 мкс (в зависимости от давления). Если период несущей частоты генератора и соответственно электрического поля в разряде существенно меньше этой величины, то энергетический спектр электронов не реагирует на осцилляции поля [5]. В этом случае модуляция интенсивности возбуждаемых электронами электрически нейтральных химически активных радикалов в плазме отсутствует. Следовательно, явление естественной модуляции оптической эмиссии плазмы несущей частотой генератора и его гармониками может быть использовано только в установках с частотами плазмообразующего генератора менее 5-10 МГц. Таким образом, применение данного способа ограничено использованием в реакторах с емкостным и индуктивным типами разрядов, относящихся по современной классификации к низкочастотным.
Этот способ неприменим к современным промышленным реакторам плазмохимического травления с источниками плотной плазмы, использующим индустриальные диапазоны частот генераторов 13,56 МГц и более, а также 2,45 ГГц.
Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности определения момента окончания плазмохимического травления микроэлектронных структур с малой площадью окон травления в установках с источниками плотной плазмы при использовании плазмообразующих генераторов в ВЧ-диапазоне частот (13,56 МГц и более) и СВЧ-диапазоне частот (2,45 ГГц).
Поставленная цель достигается тем, что выделение полезного сигнала окончания момента травления удаляемого слоя из шумов оптической эмиссии плазмы производится с применением метода фазового детектирования сигнала оптической эмиссии, модулированного по амплитуде. Принудительная модуляция оптической эмиссии плазмы в ВЧ- и СВЧ-разряде достигается за счет использования внешнего низкочастотного модулятора, обеспечивающего амплитудную модуляцию плазмообразующего генератора синусоидальным или прямоугольным сигналом в частотном диапазоне 10 кГц - 1МГц. Сигнал модулятора одновременно является источником опорной фазы в схеме фазового детектирования сигнала оптической эмиссии плазмы. Частота сигнала модуляции, форма сигнала модуляции и глубина модуляции плазмообразующего генератора выбираются исходя из условия получения максимального отношения сигнал/шум преобразованного сигнала эмиссионных спектральных линий частиц реагентов и продуктов поверхностной плазмохимической реакции травления.
На фиг.1 представлены предлагаемые способ и устройство для определения момента окончания травления удаляемого слоя в ВЧ- и СВЧ-плазме при малой площади окон травления. Здесь показаны камера плазмохимического реактора 1 с обрабатываемой в плазме пластиной и окном для вывода оптической эмиссии плазмы, ВЧ- или СВЧ-генератор мощности 2, обеспечивающий генерацию плазмы в камере реактора, волоконно-оптический приемник оптической эмиссии плазмы 3, монохроматор 4, быстродействующий фотоэлектрический преобразователь 5, имеющий полосу пропускания сигнала не менее двойной частоты модулятора (например ФЭУ), тракт обработки сигнала с использованием метода фазового (синхронного) детектирования 6, блок амплитудной НЧ-модуляции генератора плазмы 7 и блок вывода информации о моменте окончания травления 8, в качестве которого может использоваться компьютер, одновременно обеспечивающий управление всеми остальными составляющими устройства.
Пример. Проводили плазмохимическое травление структуры со слоями поли-Si(500 нм)/SiO2(20 нм)/Si(подложка) в плазме газа SF6 в камере 1 в установке сухого травления с индуктивно связанным ВЧ-источником плотной плазмы (ICP) с частотой плазмообразующего генератора 2, равной 13,56 МГц. В ходе процесса травления регистрировали интенсивность эмиссионной линии атомарного фтора (λ=703,7 нм), являющегося реагентом в поверхностной реакции травления. Регистрацию осуществляли быстродействующим акустооптическим спектрометром “Кварц-4М”, объединяющим функции монохроматора 4 и фотоэлектрического преобразователя 5. По ступенчатому изменению интенсивности оптической эмиссии фтора в момент прохождения границ слоев поли-Si/SiO2 и SiO2/Si в ходе травления определялись моменты окончания травления слоев. Без использования блока модуляции 7 площадь окон травления в литографической маске, при которой величина полезного ступенчатого изменения сигнала эмиссии фтора равна амплитуде шумов (размах от пика до пика), составила 5,4% от площади пластины.
Использование предлагаемого способа контроля момента окончания травления в плазме ВЧ- и СВЧ-разряда и устройства для его осуществления обеспечило следующие преимущества: введение НЧ-модуляции мощности плазмообразующего генератора 2 синусоидальным сигналом с частотой 30 кГц от модулятора 7 и фазового детектора в тракт обработки сигнала оптической эмиссии 6 увеличило в 12,3 раза отношение сигнал/шум для сигнала интенсивности оптической эмиссии фтора на длине волны λ=703,7 нм. Это позволило регистрировать моменты окончания плазмохимического травления слоев на структуре поли-Si(500 нм)/SiO2(20 нм)/Si(подложка) при площади окон, открытых для травления, равной 0,8% от общей площади пластины диаметром 150 мм, а также увеличило надежность контроля момента окончания процесса травления при большей площади окон травления.
Введение контроля момента окончания травления в реальном времени при травлении структур с малыми площадями открытых для травления окон в литографической маске по предложенному способу позволяет увеличить выход годных полупроводниковых приборов при их изготовлении, снизить затраты и себестоимость проведения технологических процессов.
Источники информации
1. А.А.Орликовский, К.В.Руденко. ДИАГНОСТИКА IN SITU ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И БЛИЖАЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ. ЧАСТЬ I. Микроэлектроника, т.30, № 2, с.85-105 (2001).
2. Патент США № 6258497, кл. 430/30, 2001 (PRECISE END POINT DETECTION FOR ETCHING PROCESSES, Kropp et al.).
3. Патент Российской Федерации № 2091905, кл. Н 01 L 21/66, 1995 (УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОКОНЧАНИЯ ПРОЦЕССА СУХОГО ТРАВЛЕНИЯ, Дехтяр Ю.Д. и др.).
4. Патент США № 5989928, кл. 438/7, 1999 (METHOD AND DEVICE FOR DETECTING END POINT OF PLASMA TREATMENT, METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE, Nakata T. et al.).
5. Райзер Ю.П. и др. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ЕМКОСТНОЙ РАЗРЯД. М., Наука, 1995.
Claims (5)
1. Способ контроля момента окончания травления в плазме ВЧ- и СВЧ-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов, включающий измерение и обработку модулированного сигнала оптической эмиссии плазмы на характеристической длине волны частицы-реагента поверхностной реакции, интенсивность которого изменяется в момент окончания травления удаляемого слоя в пределах площади открытых окон в литографической маске, отличающийся тем, что применяются принудительная амплитудная НЧ-модуляция несущей ВЧ- или СВЧ-частоты плазмообразующего генератора, обеспечивающая модуляцию оптической эмиссии плазмы, и последующая регистрация интенсивности эмиссии компонента плазмы, являющегося реагентом в поверхностной реакции, с использованием метода фазового (синхронного) детектирования, где опорным сигналом служит сигнал принудительной НЧ-модуляции плазмообразующего генератора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве объекта регистрации используется сигнал эмиссии характеристической длины волны частицы-продукта поверхностной реакции, интенсивность которого изменяется в момент окончания травления удаляемого слоя в пределах площади открытых окон в литографической маске.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения момента окончания процесса травления в качестве объекта регистрации используются сигналы оптической эмиссии характеристических длин волн частицы-реагента и частицы-продукта поверхностной реакции одновременно.
4. Устройство для контроля момента окончания травления в плазме ВЧ- и СВЧ-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов, включающее волоконно-оптический приемник оптической эмиссии плазмы, монохроматор, обеспечивающий выделение характеристических длин волн из спектра оптической эмиссии, быстродействующий фотоэлектрический преобразователь, тракт обработки сигнала методом фазового (синхронного) детектирования, блок амплитудной НЧ-модуляции генератора плазмы и блок вывода информации о моменте окончания травления, отличающееся тем, что в предлагаемом устройстве применен внешний модулятор амплитуды плазмообразующего ВЧ- либо СВЧ-генератора низкочастотным сигналом в диапазоне от 10 кГц до 1 МГц синусоидальной или прямоугольной формы, обеспечивающий амплитудную модуляцию оптической эмиссии плазмы и одновременно формирующий опорный сигнал для фазового (синхронного) детектора в тракте обработки регистрируемого эмиссионного сигнала.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в нем используется монохроматор с возможностью одновременного измерения интенсивности характеристических эмиссионных линий как частицы-реагента, так и частицы-продукта реакции, а в тракте обработки сигнала используется двухканальный фазовый (синхронный) детектор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003104228/28A RU2248645C2 (ru) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | Способ контроля момента окончания травления в плазме вч- и свч-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003104228/28A RU2248645C2 (ru) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | Способ контроля момента окончания травления в плазме вч- и свч-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003104228A RU2003104228A (ru) | 2004-09-10 |
RU2248645C2 true RU2248645C2 (ru) | 2005-03-20 |
Family
ID=35454446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003104228/28A RU2248645C2 (ru) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | Способ контроля момента окончания травления в плазме вч- и свч-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2248645C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102932297A (zh) * | 2012-10-16 | 2013-02-13 | 成都雷思特电子科技有限责任公司 | 微波信号检波同步系统及方法 |
-
2003
- 2003-02-12 RU RU2003104228/28A patent/RU2248645C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102932297A (zh) * | 2012-10-16 | 2013-02-13 | 成都雷思特电子科技有限责任公司 | 微波信号检波同步系统及方法 |
CN102932297B (zh) * | 2012-10-16 | 2015-05-13 | 成都嘉泰华力科技有限责任公司 | 微波信号检波同步系统及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100389203B1 (ko) | 플라즈마처리의종점검출방법과장치,반도체장치의제조방법과장치및반도체장치 | |
US5683538A (en) | Control of etch selectivity | |
KR100704108B1 (ko) | 무산소 플라즈마 공정에서의 종점 검출 방법 | |
KR101123171B1 (ko) | 플라즈마 에칭 프로세스의 프로세스 파라미터를 측정하는 방법 및 장치 | |
KR100304288B1 (ko) | 플라즈마처리의종점검출방법및그장치 | |
KR100966390B1 (ko) | 에칭 모니터 장치, 에칭 장치 및 에칭 깊이 검출 방법 | |
KR20130062791A (ko) | 플라즈마 진단 장치 및 방법 | |
JP2006518913A (ja) | 時分割多重化エッチプロセスにおける終点検出 | |
JP2001085388A (ja) | 終点検出方法 | |
WO2003107384A1 (en) | Stabilization of electronegative plasmas with feedback control of rf generator systems | |
US10892145B2 (en) | Substrate processing apparatus, substrate processing method, and method of fabricating semiconductor device using the same | |
JP3951003B2 (ja) | プラズマ処理装置および方法 | |
KR101015730B1 (ko) | 종료점을 사용한 에치특성을 구하는 장치 및 방법 | |
JP4041579B2 (ja) | プラズマ処理の終点検出方法及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 | |
JPH11260799A (ja) | 薄膜の微細加工方法 | |
JP2003173896A (ja) | 異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置 | |
RU2248645C2 (ru) | Способ контроля момента окончания травления в плазме вч- и свч-разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления | |
Hebner | Metastable chlorine ion temperature and drift velocity in an inductively coupled plasma | |
JP4127435B2 (ja) | 原子状ラジカル測定方法及び装置 | |
JP3217581B2 (ja) | エッチング終点検出方法 | |
JPH03181129A (ja) | エッチングの終点検知方法 | |
JP3199306B2 (ja) | プラズマ処理装置および方法 | |
JP2906752B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
TWI640031B (zh) | Plasma processing device and method for monitoring plasma process | |
JP2014082338A (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20050715 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190213 |