[發明專利]博世工藝的刻蝕終點監測方法以及博世刻蝕方法

有效

• 申請號: 201610573575.1
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN107644811B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 嚴利均;黃智林;王紅超;劉身健
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）股份有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/66
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

本發明公開了一種博世工藝的刻蝕終點監測方法以及博世刻蝕方法，其可更準確地確定刻蝕終點，避免過度刻蝕引起的基片損傷。在所述博世工藝中，連續監測并獲得OES信號，其特征在于，以每一刻蝕步驟或每一沉積步驟為單位，對所獲得的OES信號進行處理，以此來確定刻蝕終點。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種博世刻蝕方法以及博世工藝的刻蝕終點監測方法。

背景技術

近年來，隨著半導體制造工藝的發展，對元件的集成度和性能要求越來越高，等離子體技術(Plasma Technology)在半導體制造領域中正起著舉足輕重的作用。等離子體技術通過使工藝氣體激發形成的等離子體被應用在許多半導體工藝中，如沉積工藝(如化學氣相沉積)、刻蝕工藝(如干法刻蝕)等。對等離子體處理工藝來說，其準確度直接關系到元件的特征尺寸。隨著半導體器件特征尺寸縮小，以及半導體制造過程中所用的等離子體處理工藝步驟的數量和復雜性的迅速增加，對等離子體處理工藝控制的要求變得更加嚴格，這就需要采用實時監控的手段來控制工藝過程的關鍵階段。

以等離子體刻蝕工藝為例，在等離子體刻蝕過程中，一個關鍵的問題是當被刻蝕的介質層被刻蝕掉之后，應當及時停止等離子體刻蝕，以避免下層介質層受到等離子體的刻蝕而損傷，從而造成器件的失效。因此，精確判定等離子體刻蝕工藝終點(endpoint)以避免因刻蝕不足或刻蝕過度導致元器件失效就變得日益重要。現有技術中，通常采用光學發射光譜法(optical emission spectroscopy，OES)進行等離子體刻蝕終點監測。OES技術主要是基于在線光譜監測設備對等離子體發射出的光譜進行實時監測，由于刻蝕到不同物質層光譜會出現明顯的變化，特別當到達是刻蝕終點時，因刻蝕的材料發生轉換，氣相的組成及被刻蝕薄膜都會發生化學變化，這種變化通過OES光譜信號的強度變化表現出來。因此，通過連續監測等離子體發射，就能夠用OES終點監測方法來監測出此變化并利用它來確定薄膜被完全清除的時間。例如，當OES信號下降至預定閾值水平之下時，就利用這種轉變來觸發“終點”。因此，通過監測刻蝕過程中刻蝕到不同層的物質時，反應物或生成物的發射譜線強度值，以此就能夠判斷刻蝕終點。例如美國專利US5565114公開了一種等離子體工藝中通過OES技術監測終點的方法，通過先計算等離子體發光頻譜強度的總和平均值，然后計算總和平均值的差或是比值以決定刻蝕是否達到終點點。由此可知，通過OES技術能夠很好地實現了制程穩定的單一刻蝕步驟處理或有限分離蝕刻步驟的處理。

如今，對晶片進行深反應離子刻蝕以形成高深寬比結構(如硅通孔技術)正越來越受到廣泛的重視和研究，深反應離子刻蝕通常采用博世工藝(Bosch process)進行。而博世工藝是通過使等離子刻蝕工序和等離子淀積工序周期性地反復進行而對半導體襯底在垂直方向較深地進行刻蝕的工藝。博世工藝主要包括以下步驟：(1)刻蝕步驟，通常用含有SF₆的混合氣體進行化學反應離子刻蝕；(2)聚合物沉積鈍化步驟(也可稱為“沉積步驟”)，通常用含有C₄H₈的混合氣體在孔洞內側面形成氟碳聚合物層，以使下一個周期的刻蝕步驟中化學反應離子刻蝕時，SF₆氣體不會對側壁的聚合物進行刻蝕或者刻蝕速率非常慢；(3)刻蝕步驟和沉積步驟交替循環進行，直到深孔刻蝕完成。由于博世工藝采用交替重復進行各向同性刻蝕和聚合物沉積工藝，而其中刻蝕和沉積步驟所使用的等離子體條件(如工藝氣體類型、壓力、RF功率等)并不相同，因此需要在切換工藝氣體的同時切換RF功率；由于工藝氣體注入反應腔內并達到所需壓力需要一定的時間，導致滿足要求的工藝氣體與與之匹配的RF功率重疊時間較短，很難提供穩定的等離子體條件對基片進行刻蝕和沉積保護。同時，將常規的OES技術應用于具有快速且周期性的等離子體擾動特性的博世工藝會導致周期性的終點軌跡，容易發生誤判等離子體發射強度的改變，因此其無法準確監測終點。

發明內容