使用原位厚度测量将材料从衬底移除的方法技术

本发明专利技术涉及使用原位厚度测量将材料从衬底移除的方法，提供了一种用于将材料从衬底移除的方法，所述方法包括提供具有第一主表面和与其相对的第二主表面的所述衬底。掩模层沿着所述第一主表面和所述第二主表面之一设置并且具有多个开口。将所述衬底放置在蚀刻设备内并使用所述蚀刻设备将材料通过开口从所述衬底移除。使用厚度换能器在所述蚀刻设备内测量所述衬底的厚度。将所述测量的厚度与预定厚度进行比较，并且响应于所述测量的厚度与所述预定厚度相对应而终止所述材料移除步骤。在一个实施方案中，所述方法用于在半导体管芯中更准确地形成凹陷区域，所述凹陷区域可用于例如层叠式器件配置。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月17日提交的美国临时申请No.62/219,666的优先权，所述申请的内容据此以引用方式并入。
技术介绍
本专利技术整体来讲涉及电子装置，并且更具体地讲，涉及用于形成电子器件诸如半导体管芯的方法。在过去，半导体行业利用各种方法和设备来蚀刻衬底(诸如半导体晶圆)。一种此类技术称为干蚀刻或等离子蚀刻，该技术已用于蚀刻半导体晶圆自身或其他形成于半导体晶圆上的材料(诸如绝缘材料和导电材料)。干蚀刻工艺的一个挑战是准确地确定何时终止蚀刻工艺，这通常称为“终点”检测。过往技术包括制造一个或多个测试晶圆以确定实现所需结果必要的时间和蚀刻条件。随后使用测试晶圆表征的结果来制造产品晶圆。这种方法存在的一个问题在于需要花费时间来制造测试晶圆，这影响了制造周期。而且，这种方法不能实时追踪漂移过程，这导致晶圆必须再处理以实现所需结果或被废弃。其他针对终点检测的过往方法包括增加额外的蚀刻时间，从而过蚀刻半导体晶圆以及对蚀刻室中的残留蚀刻气体进行表征。这些方法存在的问题包括，例如：对实时半导体材料蚀刻速率的不准确测量；由于蚀刻不足和对再加工晶圆的需求而造成的产率损失；由于蚀刻再加工晶圆过程中的不一致性而造成的产率损失，包括钝化层厚度的损失；以及在实现新器件类型时用于确定蚀刻配方所需的过程表征研究，这影响了周期和制造成本。干蚀刻工艺的制造性的额外复杂因素包括：由被处理的器件类型引起的蚀刻速率的可变性；将要移除的暴露的半导体材料的量；用于半导体晶圆的导电材料和钝化材料；以及半导体晶圆先前暴露于的工艺类型。另外，近来在半导体器件形貌特征新设计方面的发展(诸如深且宽的凹陷区域)提出了工艺挑战，因为这些新的器件通常并不使用蚀刻阻挡层。这个因素使得此类器件很难制造。因此，希望能有一种更准确地确定在干蚀刻工艺(包括例如凹陷形成工艺)期间所移除的材料量的方法。有利的是，所述方法具有成本效益、与原位工艺兼容、可在不存在蚀刻阻挡层的情况下制造、并使对加工后的材料的任何损坏或污染最小化。附图说明图1示出了根据本专利技术的方法制造的层叠式半导体器件结构的横截面视图；图2是根据本专利技术将材料从衬底移除的方法的实施方案的流程图；图3示出了根据本专利技术的处于中间制造阶段的衬底的横截面视图；图4和图5示出了在蚀刻设备内的图3的实施方案，该蚀刻设备具有根据本专利技术在将材料从衬底移除的过程中所使用的厚度测量设备；图6示出了根据本专利技术实施方案的方法的流程图；图7示出了根据本专利技术实施方案的方法的流程图；以及图8和图9示出了根据本专利技术的在进一步加工后的图3的实施方案。为使图示清晰简明，图中的元件未必按比例绘制，而且不同图中的相同参考标号指示相同的元件。此外，为使描述简单，省略了公知步骤和元件的描述和细节。如本文所用，“载流电极”是指器件内用于载送电流流经器件的元件，诸如MOS晶体管的源极或漏极、双极型晶体管的发射极或集电极，或者二极管的阴极或阳极，而“控制电极”是指器件内控制流经器件的电流的元件，诸如MOS晶体管的栅极，或双极型晶体管的基极。尽管器件在本文中被解释为某些N型区域和某些P型区域，但本领域的普通技术人员应当理解，导电类型不仅能够逆转，而且依据说明书的描述，考虑到任何必要的电压极性逆转、晶体管类型和/或电流方向逆转等，导电类型逆转也可能实实在在地发生。为使附图简洁，器件结构的某些区域(诸如掺杂区或介电区)可被示为通常具有直线边缘和角度精确的拐角。然而，本领域的技术人员理解，由于掺杂物的扩散和激活或层的形成，此类区域的边缘通常可不为直线并且拐角可不为精确角度。另外，术语“主表面”在结合半导体区域、晶圆或衬底使用时，是指半导体区域、晶圆或衬底的下述表面：该表面与另一种材料(诸如电介质、绝缘体、导体或多晶半导体)形成界面。主表面可具有沿X、Y、Z方向变化的形貌特征。本文使用的术语“和/或”，包括列出的一个或多个相关联条目的任意组合和所有组合。此外，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在对本专利技术进行限制。如本文所用，单数形式旨在还包括复数形式，除非语境中另外明确地指出其他情况。还应当理解，当在本说明书中使用术语包含和/或包括时，规定了所述特征、数字、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。应当理解，尽管本文可使用术语第一、第二等来描述各种构件、元件、区域、层和/或部段，但这些构件、元件、区域、层和/或部段不应受这些术语限制。这些术语只用来将一种构件、元件、区域、层和/或部段与另一种构件、元件、区域、层和/或部段区分开。所以，在不背离本专利技术教导内容的前提下，举例来说，下文将讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部段可被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部段。本领域的技术人员应当理解，本文所用的与电路操作相关的短语“在…期间”、“在…同时”和“当…时”并不确切地指称某个动作在引发动作后立即发生，而是指在初始动作所引发的反应之间可能存在一些较小但合理的延迟，诸如传播延迟。另外，短语“在…同时”是指某个动作至少在引发动作持续过程中的一段时间内发生。提到“一个实施方案”，意味着结合该实施方案描述的特定的特征、结构或特性由本专利技术的至少一个实施方案采纳。因此，在本说明书通篇内的不同位置出现的短语“在一个实施方案中”，不一定都指同一个实施方案，但在某些情况下，有可能指同一个实施方案。词语“约”、“大约”或“基本上”，用来表示预期某个元件的值接近提到的值或位置。然而，本领域众所周知，始终存在一些微小偏差妨碍实际的值或位置恰好等于提到的值或位置。除非另外指明，否则本文使用的短语“在…上方”或“在…上”涉及指定的元件可直接或间接物理接触的取向、放置位置或彼此的关系。除非另外指明，否则本文使用的短语“与…重叠”涉及指定的元件能够在同一平面或不同的平面上至少部分或完全重合或对齐的取向、放置位置或彼此的关系。还应当理解，下文将适当举例说明并描述的实施方案可缺少本文未明确公开的任何元件，并且/或者可在缺少本文未明确公开的任何元件的情况下实施。具体实施方式除了其他特征以外，本说明书还包括一种方法，所述方法用于将材料从衬底诸如半导体晶圆移除并且在移除过程中实时(即，在蚀刻设备内原位或物理地)测量衬底的厚度以确定何时实现预定厚度目标，而不会将衬底从蚀刻设备物理地移除到外部环境。在一个实施方案中，测量步骤在蚀刻设备的蚀刻室内进行。在另一个实施方案中，测量步骤可在蚀刻设备的装载站中进行。在一个实施方案中，所述方法用于形成从衬底的主表面向内延伸的凹陷区域。在另一个实施方案中，移除过程在不使用蚀刻阻挡结构的情况下进行。在进一步的实施方案中，在衬底的不同位置上测量衬底的厚度。除了别的之外，本专利技术的实施方案还提供一种更加可靠的和可重复的方法，确定何时终止材料移除步骤。所述方法适用于很多过程，包括例如深的和/或宽的凹陷区域的形成和管芯切割。在本说明书中，应当理解的是，预定厚度或预定目标厚度包括一个特定值或一系列值。更具体地讲，在一个实施方案中，一种将材料从衬底移除的方法包括提供具有第一主表面和与其相对的第二主表面的衬底，并且沿着第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将材料从衬底移除的方法，所述方法包括：提供具有第一主表面和与其相对的第二主表面的所述衬底，并且沿着所述第一主表面和所述第二主表面之一形成掩模层，所述掩模层具有多个开口；将所述衬底放置在具有蚀刻室的蚀刻设备内；使用所述蚀刻设备通过所述多个开口将材料从所述衬底移除；测量所述蚀刻设备内的所述衬底的厚度以提供测量的厚度；比较所述测量的厚度与预定的目标厚度；以及响应于所述测量的厚度与所述预定目标厚度相对应终止所述移除步骤。

【技术特征摘要】
2015.09.17 US 62/219,666;2016.08.23 US 15/244,9791.一种将材料从衬底移除的方法，所述方法包括：提供具有第一主表面和与其相对的第二主表面的所述衬底，并且沿着所述第一主表面和所述第二主表面之一形成掩模层，所述掩模层具有多个开口；将所述衬底放置在具有蚀刻室的蚀刻设备内；使用所述蚀刻设备通过所述多个开口将材料从所述衬底移除；测量所述蚀刻设备内的所述衬底的厚度以提供测量的厚度；比较所述测量的厚度与预定的目标厚度；以及响应于所述测量的厚度与所述预定目标厚度相对应终止所述移除步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其中：提供所述衬底包括提供具有多个管芯的所述衬底，所述多个管芯形成为所述衬底的一部分并通过切割线彼此隔开；所述方法还包括将所述衬底放置到载体衬底上；放置包括将所述衬底和所述载体衬底放置在所述蚀刻设备内；并且移除包括通过空间切割所述衬底以形成切割线。3.根据权利要求1所述的方法，其中移除包括在所述衬底中形成凹陷区域。4.根据权利要求1所述的方法，其中测量包括：a.测量对应于所述衬底上的高点的第一厚度；b.测量对应于所述衬底上的蚀刻点的第二厚度；以及c.从所述第一厚度中减去所述第二厚度得到所述测量的厚度。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在所述衬底上的多于一个位置处重复步骤a、b和c得到多个局部测量的厚度；提供所述多个局部测量的厚度的平均值得到所述测量的厚度；测量实现所述预定目标厚度的蚀刻持续时间；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·塞登，F·J·卡尼，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US