刻蚀方法技术

本发明专利技术揭示了一种刻蚀方法，使用刻蚀气体对晶圆的阻挡层和/或掩膜层进行刻蚀，包括：提供第一工艺腔和第二工艺腔，第一工艺腔与第二工艺腔具有不同的工艺条件；在第一工艺腔内对阻挡层进行第一道刻蚀工艺并产生第一标记产物，监测第一标记产物在第一工艺腔内的浓度；第一标记产物在第一工艺腔内的浓度达到第一终点值时，第一道刻蚀工艺结束，并将晶圆转移至第二工艺腔；在第二工艺腔内对阻挡层或掩膜层进行第二道刻蚀工艺并产生第二标记产物，监测第二标记产物在第二工艺腔内的浓度；第二标记产物在第二工艺腔内的浓度达到第二终点值时，第二道刻蚀工艺结束。本发明专利技术揭示的刻蚀方法能够提高效率，改善刻蚀结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，更具体的说，涉及一种对晶圆进行刻蚀的方法。
技术介绍
当今，针对晶圆上半导体结构的刻蚀，大致有湿法刻蚀工艺和气相刻蚀工艺两种方式可选。然而，随着集成电路中的组件的尺寸越做越小，气相刻蚀工艺的优势也日益凸显，愈发的受到关注和应用。传统的气相刻蚀工艺，通常仅需要一个刻蚀工艺腔。晶圆被放入刻蚀工艺腔后，由进气装置向腔内通入刻蚀气体，通过控制刻蚀工艺腔内的工艺条件，能够使刻蚀气体与晶圆表面的半导体结构发生反应，刻蚀去除其中的阻挡层或掩膜层。但是，晶圆上的半导体结构涉及多种膜层，例如可以包括阻挡层和掩膜层等，而且根据材料的不同，阻挡层甚至还可以细分，因而非常复杂。对不同的膜层进行刻蚀，所对应的工艺条件也将有所差别，如果按照传统气相刻蚀工艺的方法进行刻蚀，将面临两难的选择。以图1-图2中所示的传统刻蚀工艺为例，其中涉及到的半导体结构包括金属层101、阻挡层102、掩膜层103以及基底104。阻挡层102和掩膜层103需要刻蚀去除，但二者发生刻蚀反应的最佳温度各不相同。在传统气相刻蚀工艺中，刻蚀过程均仅在一个刻蚀工艺腔中进行，因此要想达到比较好的刻蚀效果，分别在阻挡层102和掩膜层103的最佳刻蚀温度下进行刻蚀，将不得不在同一个刻蚀工艺腔内频繁地改变对应的工艺条件。然而，频繁地改变工艺条件不利于工艺的稳定性，同时也并不一定能够获得更快的刻蚀速率和更好的刻蚀效果。其原因在于，如温度一类的工艺条件，其改变的过程并非瞬时就能够达到，而是需要一定时间的；而且，如果要控制刻蚀工艺腔内的温度由A摄氏度上升或下降至B摄氏度，刻蚀工艺还将遍历A摄氏度和B摄氏度之间的其他温度，从而在一些非最佳的工艺条件对晶圆进行刻蚀，影响刻蚀效果。可是如果温度不作改变，整个刻蚀过程均采用同一温度进行，由于阻挡层102和掩膜层103对温度的选择比不同，又会出现如图2所示的“侧壁侵蚀”现象，导致刻蚀工艺结束后，位于侧壁位置处的阻挡层102的高度低于金属层101的高度，造成对阻挡层102的过度刻蚀。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术揭示了一种刻蚀方法，该方法将刻蚀工艺按照进度进行了分割，分别在不同工艺腔中加以实施，从而取得了良好的刻蚀效果，且避免了阻挡层的过度刻蚀。为了达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种刻蚀方法，使用刻蚀气体对晶圆的阻挡层和/或掩膜层进行刻蚀，包括：提供第一工艺腔和第二工艺腔，第一工艺腔与第二工艺腔具有不同的工艺条件；在第一工艺腔内对阻挡层进行第一道刻蚀工艺并产生第一标记产物，监测第一标记产物在第一工艺腔内的浓度；第一标记产物在第一工艺腔内的浓度达到第一终点值时，第一道刻蚀工艺结束，并将晶圆转移至第二工艺腔；在第二工艺腔内对阻挡层或掩膜层进行第二道刻蚀工艺并产生第二标记产物，监测第二标记产物在第二工艺腔内的浓度；第二标记产物在第二工艺腔内的浓度达到第二终点值时，第二道刻蚀工艺结束。进一步地，第一工艺腔内的工艺条件设置为与第一道刻蚀工艺相匹配；第二工艺腔内的工艺条件设置为与第二道刻蚀工艺相匹配。进一步地，构成阻挡层的材料包括Ta,TaN,Ti,TiN,Ru,Co,W,WN或Hf；构成掩膜层的材料包括TiN。可选地，刻蚀气体为XeF2,XeF4,XeF6或KrF2。进一步地，第一标记产物为构成阻挡层的材料中的金属元素，第二标记产物为构成阻挡层或掩膜层的材料中的金属元素，且第一标记产物和第二标记产物为不同的金属元素。进一步地，第一工艺腔和第二工艺腔被持续抽真空。可选地，第一工艺腔内的工艺条件包括温度、压强和气体流量，第二工艺腔内的工艺条件包括温度、压强和气体流量。可选地，第一终点值和第二终点值由质谱仪或光谱仪测定。采用本专利技术所揭示的刻蚀方法，能够保证优良的刻蚀效果，不仅刻蚀效率有所提高，而且还避免了“侧壁侵蚀”现象。附图说明图1揭示了采用传统气相刻蚀工艺所刻蚀的半导体结构的示意图；图2揭示了采用传统气相刻蚀工艺刻蚀所得的结果示意图；图3揭示了根据本专利技术的实施例中所使用的刻蚀设备的结构示意图；图4揭示了根据本专利技术的第一实施例中刻蚀方法的流程图；图5揭示了根据本专利技术的第一实施例中所刻蚀的半导体结构的示意图；图6揭示了根据本专利技术的第一实施例中刻蚀所得的结果示意图；图7揭示了根据本专利技术的第一实施例中阻挡层和掩膜层在不同温度下的刻蚀速率示意图；图8揭示了根据本专利技术的第二实施例中刻蚀方法的流程图；图9揭示了根据本专利技术的第二实施例中所刻蚀的半导体结构的示意图；图10揭示了根据本专利技术的第二实施例中刻蚀所得结果的示意图。具体实施方式下面将介绍本专利技术的具体实施方式：图3-图7揭示了本专利技术的第一实施例。图3揭示了第一实施例中所使用的刻蚀设备的结构示意图。该刻蚀设备包括两个工艺腔：第一工艺腔301和第二工艺腔302。第一工艺腔301内包括光谱仪3011以及第一加热盘3012。相应的，第二工艺腔302内也包括质谱仪3021以及第二加热盘3022。其中，光谱仪3011和质谱仪3021分别用于监测第一工艺腔301和第二工艺腔302内的元素浓度；而第一加热盘3012和第二加热盘3022则均用于在刻蚀过程中支撑和加热晶圆。第一工艺腔301和第二工艺腔302虽然在结构上并无太大差别，但重要的是，第一工艺腔301和第二工艺腔302内的工艺条件则并不相同。其中，第一工艺腔301内的工艺条件对应于第一道刻蚀工艺的最佳工艺条件，与第一道刻蚀工艺匹配。第二工艺腔302内的工艺条件对应于第二道刻蚀工艺的最佳工艺条件，与第二道刻蚀工艺匹配。这样一来，可以充分利用半导体结构中不同膜层对温度的选择比，分别在最佳条件下对相应的膜层进行刻蚀，而无需在同一个腔室内频繁的改换工艺条件。其中，各工艺腔内工艺条件包括但不限于温度、压强以及气体流量。图4揭示了本专利技术第一实施例中刻蚀方法的流程图。该刻蚀方法使用刻蚀气体对晶圆的阻挡层和掩膜层进行刻蚀，包括：步骤401：提供第一工艺腔301和第二工艺腔302，第一工艺腔301和第二工艺腔302具有不同的工艺条件；步骤402：在第一工艺腔301内对阻挡层502进行第一道刻蚀工艺并产生第一标记产物，监测第一标记产物在第一工艺腔301内的浓度；步骤403，第一标记产物在第一工艺腔内的浓度达到第一终点值时，第一道刻蚀工艺结束，并将晶圆转移至第二工艺腔302内；步骤404，在第二工艺腔302内对掩膜层503进行第二道刻蚀工艺并产生第二标记产物，监测第二标记产物在第二工艺腔302内的浓度；步骤405，第二标记产物在第二工艺腔302内的浓度达到第二终点值时，第二道刻蚀工艺结束。该第一实施例中的刻蚀方法中，使用XeF2作为刻蚀气体，并分别采用了光谱仪3011和质谱仪3021对第一标记产物和第二标记产物的浓度进行了监测，从而能够在恰当的时间将晶圆由第一工艺腔301转移至第二工艺腔302，使晶圆上的阻挡层502和掩膜层503分别在各自的最佳工艺条件下得到刻蚀。如图5所示的，是本专利技术第一实施例中所刻蚀的半导体结构的示意图。该半导体结构包括金属层501、阻挡层502、掩膜层503和基底504。其中，阻挡层只有一层，构成阻挡层502的材料为Ta。构成掩膜层503的材料则为TiN。Ta和TiN均能够与刻蚀气体XeF2发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀方法，使用刻蚀气体对晶圆的阻挡层和/或掩膜层进行刻蚀，其特征在于，包括：提供第一工艺腔和第二工艺腔，所述第一工艺腔与第二工艺腔具有不同的工艺条件；在第一工艺腔内对所述阻挡层进行第一道刻蚀工艺并产生第一标记产物，监测所述第一标记产物在第一工艺腔内的浓度；所述第一标记产物在第一工艺腔内的浓度达到第一终点值时，所述第一道刻蚀工艺结束，并将所述晶圆转移至第二工艺腔；在第二工艺腔内对所述阻挡层或掩膜层进行第二道刻蚀工艺并产生第二标记产物，监测所述第二标记产物在第二工艺腔内的浓度；所述第二标记产物在第二工艺腔内的浓度达到第二终点值时，所述第二道刻蚀工艺结束。

【技术特征摘要】
1.一种刻蚀方法，使用刻蚀气体对晶圆的阻挡层和/或掩膜层进行刻蚀，其特征在于，包括：提供第一工艺腔和第二工艺腔，所述第一工艺腔与第二工艺腔具有不同的工艺条件；在第一工艺腔内对所述阻挡层进行第一道刻蚀工艺并产生第一标记产物，监测所述第一标记产物在第一工艺腔内的浓度；所述第一标记产物在第一工艺腔内的浓度达到第一终点值时，所述第一道刻蚀工艺结束，并将所述晶圆转移至第二工艺腔；在第二工艺腔内对所述阻挡层或掩膜层进行第二道刻蚀工艺并产生第二标记产物，监测所述第二标记产物在第二工艺腔内的浓度；所述第二标记产物在第二工艺腔内的浓度达到第二终点值时，所述第二道刻蚀工艺结束。2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第一工艺腔内的工艺条件设置为与第一道刻蚀工艺相匹配；所述第二工艺腔内的工艺条件设置为与第二道刻蚀工艺相匹配。3.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：金一诺，王坚，王晖，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31