在时分多重蚀刻工艺中的终点检测制造技术

通过在特征工艺频率处监视工艺的光谱发射的识别区确定时分多重工艺的终点的改进方法。以在时分多重工艺期间使用的材料的预计发射光谱为基础识别区域。以在时分多重工艺中步骤的持续时间为基础确定特征工艺频率。监视光谱的幅度变化表示在时分多重工艺中工艺的终点以及材料层之间的过渡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及半导体制造领域。更具体地，本专利技术涉及改进时分多重蚀刻和淀积工艺的终点检测方法。
技术介绍
在许多MEMs器件的制造期间，需要蚀刻材料层，停止在下面的层(例如，绝缘体上硅(SOI)-清除硅(Si)层，停止在下面的二氧化硅层上)上来完成。允许蚀刻工艺进行超过已经除去第一层的时间可能导致下面的停止层的厚度减小或部件剖面破坏(对于SOI应用，在本领域中称为″凹口(notching)″)。一般用来检测等离子体处理终止时间的一个方法是发射光谱测定(OES)。OES分析从等离子源发出的光，得出关于等离子体处理的化学和物理状态的推论。在半导体处理中，该技术一般在等离子体蚀刻工艺期间用来检测材料分界面。Selwyn的专著Optical DiagnosticTechniques for Plasma Processing对等离子体发射光谱法的原理和应用提供了出色的评述。OES技术包括监视等离子体通常在光谱的UV/VIS(200nm-1100nm)部分发出的辐射。图1示出了典型OES结构的示意图。由发射辐射的光谱(即，强度对波长)确定等离子体的成分，特别是反应性蚀刻物质或蚀刻副产品的存在。在蚀刻工艺，特别是在材料转换的过程中，等离子体的成分变化，导致发射光谱中的变化。通过不断地监视等离子体发射，OES终点系统能够检测发射光谱的变化并用其确定何时膜完全清除。实际上，与终点有关的大部分信息通常包含在对应于在蚀刻期间消耗的反应物或产生的蚀刻副产品的几个波长中。开发OES终点策略的共同方法是在终点条件之前和之后期间收集大量等离子体发射的光谱(发射强度对波长)。这些光谱可用于识别处理的候选波长范围。候选区域包含当处理到达所关心的两个材料之间的过渡区时显示显著的强度变化的波长。可以用许多方法确定终点波长候选区域。用于通过统计方法选择终点检测的光谱区，例如，要素分析或主成分分析(参见美国5,658,423 Angell等)。确定终点候选的别一个策略是通过在终点光谱之前(主蚀刻)与之后(过蚀刻)之间的差别曲线的结构。一旦选定候选区域，可以对候选区域进行可能的化学物类的分配(即，来自离解气体前身或蚀刻产物的反应物物质)。包括Zaidel等人的谱线表和Pearse等人的分子光谱标识的许多参考文献结合工艺化学的知识可用于为候选线分配可能的物质特性。在六氟化硫(SF6)等离子体中的硅(Si)蚀刻工艺的可能的终点候选的例子是在687nm和703nm的氟线(F)以及在440nm的氟化硅(SiF)辐射频带。一旦确定这些区域，可以用相同的OES策略处理后续部分。虽然这些OES方法适用于单步处理或具有有限数量的不连续蚀刻步骤(例如，蚀刻开始后面是主蚀刻)，但是难以对利用快速和周期性的等离子体扰动的等离子体处理应用OES。这种处理的例子是由Okudaira等人在美国专利4,985,114中和Laermer等人在美国专利5,501,893中公开的时分多重处理。这些作者公开了用蚀刻和淀积步骤的交错序列在Si中蚀刻高长宽比部件的TDM工艺。图2(a-e)示出了TDM蚀刻工艺的略图。TDM蚀刻工艺一般在用与射频(RF)偏置衬底电极结合的高密度等离子源，一般为感应耦合等离子体(ICP)，构成的反应器中进行。在对Si的TDM蚀刻工艺中所用的最常见的生产气体是六氟化硫(SF6)和octofluorocyclobutane(C4F8)。SF6一般用作蚀刻气体，C4F8用作淀积气体。在蚀刻步骤期间，SF6有利于自发的和各向同性的蚀刻硅(图2(b))；在淀积步骤中，C4F8有利于保护淀积在蚀刻结构的侧壁以及底部上的聚合体(图2(c))。TDM工艺在蚀刻和淀积工艺步骤之间循环交替，允许将高长宽比结构定义到掩模的硅衬底中。当在蚀刻步骤中进行高能和定向离子轰击时，将除去由前面的淀积步骤中在蚀刻结构的底部涂敷的聚合物膜，露出硅表面用于进一步蚀刻(图2(d))。因为没有受到定向离子轰击的影响，所以保留了在侧壁上的聚合物膜，防止横向蚀刻。使用TDM方法允许在高Si蚀刻速度下在硅衬底中定义高长宽比部件。图2(e)示出了使用TDM工艺蚀刻的硅结构横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。由于在淀积和蚀刻步骤中存在不同的等离子体条件(生产气体类型、压力、RF功率等-参见图3)，所以蚀刻和淀积步骤的等离子体发射光谱显著不同。将常规OES方法应用到TDM硅蚀刻工艺导致周期性的终点轨迹(图4)。预计大多数蚀刻终点信息包含在工艺的蚀刻部分中。Becker等人(美国专利6,200,822)说明了从TDM工艺的等离子体发射中提取终点信息的方法。Becker通过使用外面提供的触发器(一般从一个工艺步骤到下一个的过渡)仅在蚀刻步骤期间检验在等离子体中的至少一种物质(一般对于Si蚀刻为氟或SiF)的发射强度。通过使用与取样保持电路结合的触发器，在随后的蚀刻步骤中观察到的发射强度可以组合起来，得到实际上没有周期性的发射信号。对于在蚀刻步骤中的物质的发射强度值在随后的淀积步骤期间固定为最后的已知值。如此，周期性的发射信号变为类似于可以用作工艺终点确定的阶梯函数的曲线。该方法的限制是除了需要用户输入在蚀刻步骤期间在触发器与得到的发射数据之间的延迟之外，还需要外面提供的触发器。在努力增加OES方法灵敏度的过程中，Jerde等人(美国专利4,491,499)公开了测量窄带发射光谱，同时测量以窄带为中心的更宽的背景频带的强度的方法。如此，可以从终点信号中减去背景信号，产生更精确的窄带信号值。许多组已经检查了等离子体发射光谱的频率分量。Buck等人(美国专利6,104,487)介绍了使用数字信号处理技术，例如，快速傅里叶变换(FFT)，从等离子体发射光谱中提取频率分量的方法。Buck介绍这些分量给出了关于等离子体条件变化的信息，并且可用于检测在允许蚀刻终点检测的衬底材料中的过渡。Buck介绍监视次声频率直到10Hz。Buck认为对于不同的工艺将改变监视的频率；然而，他仅考虑了稳态(单步)工艺，并且没有介绍使用与周期性和重复的时分多重(TDM)工艺结合的FFT光学发射。Kornblit等人(美国专利6,021,215)还介绍了傅里叶变换与发射光谱学结合的用法。Kornblit介绍同时监视所有频率分量，但是没有介绍对于TDM工艺光学发射FFT的用法。Davidow等人(美国专利6,455,437)还介绍了由等离子体发射产生频率分量，并且监视信号随时间的幅度。虽然Davidow考虑了用于蚀刻多层叠层的多步工艺，但是没有介绍用于TDM工艺的与FFT结合的光学发射的用法。此外，Davidow通过注释在工艺的过程中显现的频率表现等离子体工艺的特性-而不通过TDM工艺的循环特性检验施加于工艺过程的特征频率的幅度。O′Neill等人(美国专利5,308,414)介绍了使用信号解调的光学发射系统。O′Neill监视与蚀刻产物有关的窄光谱区以及用作背景校正的更宽的光谱带。O′Neill还公开了通过使用锁定放大器频率解调信号的方法。锁定放大器要求外同步信号。O′Neill没有考虑多步或TDM工艺。Sawin等人(美国专利5,450,205)介绍了使用光学发射干涉测量法(OEI)与FFT结合，确定工艺终点的系统。与分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
在等离子体蚀刻工艺中建立终点的方法，该方法包括以下步骤：在真空室中放置衬底；通过等离子体从衬底上蚀刻材料；通过等离子体在衬底上淀积钝化层；进行重复蚀刻步骤和淀积步骤的工艺循环；在受工艺影响的频率处监视等离子体发射强度的变化；根据所述监视步骤停止工艺循环步骤；以及从真空室中除去衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-14 60/447,594;US 2004-2-2 10/770,8391.在等离子体蚀刻工艺中建立终点的方法，该方法包括以下步骤在真空室中放置衬底；通过等离子体从衬底上蚀刻材料；通过等离子体在衬底上淀积钝化层；进行重复蚀刻步骤和淀积步骤的工艺循环；在受工艺影响的频率处监视等离子体发射强度的变化；根据所述监视步骤停止工艺循环步骤；以及从真空室中除去衬底。2.权利要求1的方法，其中根据工艺循环持续时间确定受工艺影响的频率。3.权利要求1的方法，其中所述受工艺影响的频率小于大约5Hz。4.权利要求1的方法，其中所述工艺循环还包括多个蚀刻步骤每工艺循环。5.权利要求1的方法，其中所述工艺循环还包括多个淀积步骤每工艺循环。6.权利要求1的方法，其中监视步骤还包括在多个波长范围处监视等离子体发射强度。7.权利要求6的方法，其中监视所述多个波长范围的步骤还包括进行数学运算，提取多个频率分量，获得至少一个受工艺影响的频率。8.权利要求7的方法，其中数学运算是快速傅里叶变换。9.权利要求7的方法，其中监视所述多个波长范...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗素韦斯特曼，大卫J约翰逊，
申请(专利权)人：美国犹奈克赛斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]