刻蚀工艺条件的检验及优化方法技术

一种刻蚀工艺条件的检验方法，其特征在于，包括步骤：　提供第一衬底和第二衬底；　在所述第一衬底上沉积停止层；　在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；　在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；　在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；　对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；　对所述刻蚀的结果进行检测，当所述第一衬底上的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底上的刻蚀图形底部已露出衬底时，确定所述刻蚀工艺条件满足工艺窗口的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种刻蚀工艺条件的检 验及优化方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，元器 件的尺寸越来越小，因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体 工艺制作结果的影响日益突出，对工艺的要求也更为严格。此时，在先 工艺的偏差对在后工艺的影响也更为严重。以刻蚀工艺为例，当在其前面进行的材料层沉积工艺出现不一致时， 如，可能在批与批之间，同一批的不同衬底之间，甚至发生在同一衬底 的不同位置之间，所沉积的材料层的厚度都可能会不相同，此时，其刻蚀后的刻蚀图形也很可能出现不一致的问题材料层较薄处，出现过刻 蚀现象；材料层较厚处，出现刻蚀未到位现象。除在先工艺带来的刻蚀结果不一致的问题外，刻蚀工艺本身也可能 存在不一致的问题。如，在同一刻蚀腔室的不同位置进行刻蚀，其刻蚀 速率可能会有些差别；再如，当衬底上所要刻蚀的各图形的大小、形状 及分布密度存在较大差异时，也会出现刻蚀速率不相同的情况，而这些 可能会导致在刻蚀后，部分刻蚀图形已经过刻蚀，而部分图形的刻蚀还 未到位。在实际生产中，上述刻蚀结果的不一致会导致器件性能漂移， 甚至失效。为了避免刻蚀结果的不一致，现有技术中通常会在材料层下沉积一 层停止层，其刻蚀速率小于材料层的刻蚀速率，可以增大刻蚀工艺的工 艺窗口在一定范围内，只要增加刻蚀时间令原来刻蚀不足的刻蚀图形 刻蚀到位，而其余过刻蚀的刻蚀图形都停止于停止层处即可。图l为采用 现有刻蚀方法刻蚀后正常的器件剖面图，如图l所示，在衬底101上先沉积一层停止层102,然后再在其上沉积材料层103，该停止层102与材料层 103的刻蚀速率差较大。这样，在对材料层进行刻蚀时，对于尺寸相同但 材料层103厚度不同的刻蚀图形104和105 ，当材料层较厚的刻蚀图形105 刻蚀到位时，材料层较薄的刻蚀图形104会向下多刻蚀一部分，但由于材 料层103下的刻蚀速率明显较低的停止层102的存在，其刻蚀会停止于停 止层内，而不会损伤到下面的衬底101;同理，对于材料层103厚度差不 多，但刻蚀图形尺寸相差较远，导致刻蚀速率不同的刻蚀图形104和106， 由于该材料层103下停止层102的存在，同样可以实现当刻蚀速率较慢的 小尺寸图形106刻蚀到位时，大的、刻蚀速率较快的刻蚀图形104能够停 止于停止层102内，不会因过刻蚀而损坏其下的衬底IOI。有关利用刻蚀停止层对结构进行保护的信息，在2006年5月3日公开 的公开号为CN1767171A的中国专利申请中还可以找到更多。但是，该增加停止层的方法中，所增加的停止层的厚度是有限的， 一则是因为若其太厚会增加去除的困难，二则是因为若其太厚，对其进 行去除时同样可能会出现腐蚀速率差，也就仍会出现刻蚀结果不一致的 现象。因此，该方法只能适用于一定的范围，当刻蚀速率差或介质厚度 相差较远时，其仍不能避免出现过刻蚀或刻蚀未到位的现象。图2为采用 现有的刻蚀方法刻蚀后出现异常的器件剖面图，如图2所示，当大的、材 料层较厚的刻蚀图形202刻蚀至停止层时，同样大小的、材料层專交薄的刻 蚀图形201已发生过刻蚀，损伤到了位于停止层102下的衬底101,而此时， 刻蚀速率低的、小的刻蚀图形203还未刻蚀到位。可见当刻蚀图形的刻蚀 速率相差较远(或材料层厚度相差较远)时，即使停止层102可以在一定 程度上緩解这一材料层厚度或刻蚀速率偏差所引起的刻蚀结果的不一 致，但若刻蚀工艺条件选择不合适(包括停止层厚度选择不合适)，仍 可能出现过刻蚀或刻蚀未到位的现象。因此，为了获得刻蚀结果的高一致性，还需要对刻蚀工艺条件进行 调整，使其刻蚀工艺其具有较大的工艺窗口，这样，在材料层厚度或刻 蚀速率出现不一致时，才能得到均匀性、 一致性较好的刻蚀结果。现有的刻蚀工艺条件的试验是先沉积较厚的待刻蚀材料，然后，利 用台阶仪等测量仪器测量其刻蚀的深度，接着，再根据该刻蚀深度来调 整刻蚀工艺条件以确保刻蚀工艺条件能满足刻蚀深度的要求。但是该方 法存在以下问题1、 随着器件尺寸的逐渐缩小，当进行纵宽比较大的刻蚀图形的刻 蚀速率试验时，已难以通过台阶仪等仪器较为准确地测得其实际的刻蚀深度；2、 对于刻蚀工艺，采用的停止层的厚度是否合适是一个关键问题， 其的设置实际也应属于刻蚀工艺条件中可调整的一部分，而现有的刻蚀 工艺试验未能将停止层厚度的设置与刻蚀工艺的其他条件结合考虑，对 刻蚀工艺条件的优化不全面。
技术实现思路
本专利技术提供一种，其中，检验方法 可以确定所用的刻蚀工艺条件是否满足有关工艺窗口的要求，优化方法 可以对刻蚀工艺条件进行优化，使刻蚀工艺具有较大工艺窗口 。本专利技术提供的一种刻蚀工艺条件的检验方法，包括步骤提供第一衬底和第二衬底；在所述第一衬底上沉积停止层；在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不 大于所述第二厚度；在所述第 一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；对所述第 一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；对所述刻蚀的结果进行检测，当所述第 一衬底上的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底上的刻蚀图形底部已露出衬底时，确定所述刻蚀工艺条件满足工艺窗口的要求。其中，所述第一厚度可以小于所述第二厚度。此时，所述第一村底 和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形可以是相同的。且所述刻蚀图形 可以包含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。其中，所述第一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形也可以 不相同。其中，对所述刻蚀的结果进行^r测，包括步骤通过电子束扫描的方法4全测所述刻蚀图形底部是否露出衬底。其中，所述材料层至少包含介质层或半导体材料层中的一种。本专利技术具有相同或相应技术特征的一种刻蚀工艺条件的优化方法， 包括步骤提供第 一衬底和第二衬底； 在所述第一衬底上沉积停止层； 在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层； 在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第 一厚度不 大于所述第二厚度；在所述第 一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形； 对所述第 一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀； 对所述刻蚀的结果进行^r测，并调整所述刻蚀的工艺条件当所述第 一衬底和第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬 底时，减小刻蚀工艺中的刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气体 流量设置值、压力设置值或温度设置值降低刻蚀速率；当所述第 一衬底和第二衬底的材料层上的刻蚀图形底部均未露出 衬底时，增大刻蚀工艺中的刻蚀时间设置值，或者调整刻蚀工艺中的气 体流量设置值、压力设置值或温度设置值增大刻蚀速率；当所述第 一衬底的材料层上的刻蚀图形底部已露出衬底，所述第二 衬底的材料层上的刻蚀图形底部未露出衬底时，调整刻蚀工艺中的气体 流量设置值或压力设置值以增大所述材料层与所述停止层间的选择比， 或者增大所述停止层的厚度。其中，所述第一厚度小于所述第二厚度。此时，所述第一衬底和所 述第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形相同。且所述刻蚀图形可以包含 各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。其中，所述第 一衬底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形可以不 相同。其中，对所述刻蚀的结果进行检测，包括步骤 通过电子束扫描的方法检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀工艺条件的检验方法，其特征在于，包括步骤：　提供第一衬底和第二衬底；　在所述第一衬底上沉积停止层；　在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；　在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；　在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；　对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；　对所述刻蚀的结果进行检测，当所述第一衬底上的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底上的刻蚀图形底部已露出衬底时，确定所述刻蚀工艺条件满足工艺窗口的要求。

【技术特征摘要】
1、一种刻蚀工艺条件的检验方法，其特征在于，包括步骤提供第一衬底和第二衬底；在所述第一衬底上沉积停止层；在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第一厚度不大于所述第二厚度；在所述第一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形；对所述第一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀；对所述刻蚀的结果进行检测，当所述第一衬底上的刻蚀图形底部未露出衬底，所述第二衬底上的刻蚀图形底部已露出衬底时，确定所述刻蚀工艺条件满足工艺窗口的要求。2、 如权利要求1所述的检验方法，其特征在于所述第一厚度小 于所述第二厚度。3、 如权利要求2所述的检验方法，其特征在于所述第一衬底和 第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形相同。4、 如权利要求1所述的检验方法，其特征在于所述刻蚀图形包 含各种尺寸、和/或形状、和/或密集度的图形。5、 如权利要求1或4所述的检验方法，其特征在于所述第一衬 底和第二衬底的材料层上的所述刻蚀图形不相同。6、 如权利要求1所述的检验方法，其特征在于对所述刻蚀的结 果进行检测，包括步骤通过电子束扫描的方法检测所述刻蚀图形底部是否露出衬底。7、 如权利要求1所述的检验方法，其特征在于所述材料层至少 包含介质层或半导体材料层中的一种。8、 一种刻蚀工艺条件的优化方法，其特征在于，包括步骤提供第 一衬底和第二衬底；在所述第一衬底上沉积停止层；在所述停止层上沉积具有第一厚度的材料层；在所述第二衬底上沉积具有第二厚度的材料层，且所述第 一厚度不 大于所述第二厚度；在所述第 一衬底和第二衬底的材料层上分别定义刻蚀图形； 对所述第 一衬底和第二衬底上的所述材料层进行刻蚀； 对所述刻蚀的结果进4于;险测，并调...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜进甫，杨中辉，陈文丽，李玉科，蔡信裕，孙智江，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31