专利名称：一种在蚀刻过程中非破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法
蚀刻技术是利用一微影技术所形成的光阻图案作为罩幕，对晶圆表面的薄膜实施形成微细电极及导线等的电路图案的加工技术，本发明可在蚀刻过程中非破坏性测量底部侧向蚀刻(Under Cut)宽度，并对蚀刻过程中底端界面的侧向蚀刻宽度，做即时的非破坏性测量与监控，因此可取代传统以破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法。
蚀刻技术可大致分为两种一种是使用酸或碱性溶液的湿蚀刻(Wet Etching)；因为湿蚀刻的溶液会进入作为罩幕的光阻材料下方进行蚀刻，所以为等向性的蚀刻，当被蚀刻的材料进行蚀刻过程时，蚀刻将会从蚀刻光阻的上端部向侧面方向进行，而使得被蚀刻材料的图案宽度，较原光阻图案为小，此一侧向蚀刻的现象，特别在溶液蚀刻中产生。
另一种为干蚀刻技术，其特别之处是将气体电浆化，并利用被生成的离子及中性的活性原子所混合的电浆，进行蚀刻过程，虽然凭借条件的选择，由垂直入射基板的离子的方向性来达到非等向性蚀刻，以形成与罩幕尺寸相当的图案是可能的，但在以离子团(Radical)为主体的等离子体蚀刻过程中，实际上由于中性粒子所引起的图案侧面蚀刻，因被加工材料的种类而不可避免；而且电浆用来照射基板的离子，存在着与在屏极中的中性粒子的散射，及基板表面带电所引发的离子入射角度微小的分散，使得图案侧壁也会受到离子的照射，产生此侧向蚀刻的现象。
因此，虽然目前对于微细图案的要求日趋严格，为了达到高精密的加工机构，各种不同的加工机构也相继不断的被提出，甚至对于蚀刻过程中的侧向蚀刻都设法减少到最低，但是其制造技术的开发，是以改变产生电浆的参数来进行蚀刻，由其结果(蚀刻速度、形状等)推测其中的变化，再将结果回馈至参数，可以说是以逐次逼进法的方式完成，如美国专利公告第5573624号案与第5788801号案等，皆公开此类改变产生电浆的参数来进行高精密度蚀刻的技术。
但若底部的侧向蚀刻是因某特定目的而变得必要且侧向蚀刻宽度必须被精确的控制，现行方法都无法非破坏性地测量其底部线宽在含侧向蚀刻的蚀刻过程后到底有多少，也就是决定其临界尺寸(CD CriticalDimension)，因此对该底部侧向蚀刻宽度作即时且非破坏性的监控与测量，都不是现行的临界尺寸技术所可以执行的。若能于半导体的蚀刻过程中，对此侧向蚀刻的宽度作测量与监控，例如在MOS过程中，如
图1(A)～图1(B)所示，图1(A)为一理想状况下MOS的闸极103的示意图，因此由前两图中，其基板101上方闸极102，103下方的通道(Channel)104，105的差异，即了解本发明所欲提供的一测量与监控其闸极下方的通道的长度的技术，并且透过对通道长度的换算，更可了解其MOS元件的闸极有效通道长度，因此本发明所提供的方法可谓一项重要的半导体技术。
本发明的目的在于利用本发明所首先公开的一种于蚀刻过程中非破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法，作为控制蚀刻过程底端界面的侧向蚀刻宽度时的测量与监控，因此可取代传统以破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法。
为达到上述目的，本发明提供一种在蚀刻过程中决定侧向蚀刻宽度的方法，包括下列步骤一氧化物线性图案层(Oxide Line Pattern)形成步骤；一沉积步骤；一微影步骤；一主要蚀刻步骤；一侧向蚀刻的蚀刻步骤；一闸极有效通道长度的决定步骤；下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明图1(A)为一理想状况下MOS的闸极1的示意图；图1(B)为一较接近实际状况时MOS的闸极的示意图；图2(A)～图2(E)为本发明蚀刻程步骤的示意图；图2(A)为本发明的氧化物线性图案形成步骤示意图2(B)为本发明的沉积步骤示意图；图2(C)为本发明微影步骤示意图；图2(D)为本发明的主要蚀刻步骤示意图；图2(E)为本发明的侧向蚀刻步骤示意图。
图中101 基板203b 沉积层的侧壁2102，103 闸极204光阻层104，105 通道205间隙壁201 基板206侧向蚀刻202 氧化物的线性图案207垂直的蚀刻掉的间隙203 沉积层 壁(spacer)的末端203a 沉积层图案如图2(A)～图2(E)所示，本发明提供一种在蚀刻过程中非破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法，包括下列步骤一氧化物线性图案形成步骤，如图2(A)所示，于一基板201上预先沉积SiO2并经微影蚀刻而成一氧化物202的线性图案，在本发明的实施例中，该氧化物202的线性图案是以一LPTEOS的方式沉积而成，测量并控制该氧化物202线性图案层的高度为b；一沉积步骤，如图2(B)所示，是形成一沉积层203，该沉积步骤所形成的沉积层203材料，是依照半导体元件中所欲形成的图案层材料而定，在本发明的实施例中，该沉积步骤所形成的沉积层203材料，是为一多晶硅(Poly-Si)层，且该多晶硅层是以一低压化学气相沉积(LPCVD)的方式沉积，且覆盖该氧化物202线性图案层；一微影步骤，如图2(C)所示，是在其所欲形成的沉积层图案203a的表面上形成一光阻层204，作为在蚀刻过程中的罩幕之用，在本发明的实施例中，该光阻层204是形成于该多晶硅层表面上；一主要蚀刻步骤，如图2(D)所示，是以该微影步骤中所形成的光阻层204作为罩幕，蚀刻该沉积步骤中所形成的沉积层203，以形成一沉积层图案203a，且于该氧化物202线性图案的侧壁202a形成间隙壁205，在本发明的实施例中，当蚀刻该多晶硅层时，在该氧化物层202的侧壁202a，将形成多晶硅间隙壁(Poly-Spacer)，此时测量该多晶硅间隙壁的宽度为c；一侧向蚀刻的蚀刻步骤，如图2(E)所示，继续蚀刻沉积步骤中所形成的沉积层图案203a，在该沉积层的侧壁203b，将形成侧向蚀刻206，同时在氧化物线性图案侧壁202a的间隙壁205的末端207，可利用氧化物层202高度调整改变205的形状而被垂直的蚀刻掉，在本发明的实施例中，该多晶硅层的侧壁，会形成侧向蚀刻，且该多晶硅间隙壁的末端，也会被垂直的蚀刻掉，此时测量该多晶硅侧壁经由侧向蚀刻步骤后，所剩余的宽度为d，光阻去除后测量203a上端宽度为e；一闸极有效通道长度的决定步骤，是利用以上各步骤中所量测量得知的数据，根据a＝e-2(c-d)的关系求出真正与基板接处的材料层的宽度a。
此数据间的相对关系说明如下，若固定主要蚀刻步骤中的各项参数，则该多晶硅间隙壁205的宽度c将是固定的值，因此在多晶硅间隙壁205的宽度固定条件下，会影响该多晶硅间隙壁205的形状的，只有该氧华物202线性图案的高度b，就可使得该多晶硅间隙壁205与该多晶硅层的侧壁203b的侧向蚀刻206形状相符，则进行该侧向蚀刻步骤时，该间隙壁的末端被垂直削掉的大小将约等于该侧向蚀刻206。
所以根据e-a＝2(c-d)求得一相对关系为a＝e-2(c-d)将可测量到真正与基板201接处的材料层203的宽度a与其面积。
本发明的一种在蚀刻过程中非破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法，确能利用所公开的技术，达到所预期的目的与功效，符合发明专利的新颖性，进步性与产业利用性的要件。
以上所公开的附图及说明，仅为本发明的较佳实施例而已，非为用以限定本发明的实施，大凡熟悉该项技术的人士其所依本发明的精神，所作的变化或修饰，皆应涵盖在以下本发明的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种在蚀刻过程中非破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法，包括下列步骤一氧化物线性图案形成步骤，是在一基板上预先沉积(Deposition)一氧化物的线性图案，测量并控制该氧化物线性图案层的高度为b；一微影步骤，是在其所欲形成的沉积层图案的表面上形成一光阻层，作为在蚀刻过程中的罩幕用；一主要蚀刻步骤，是以该微影步骤中所形成的光阻层作为罩幕，蚀刻该沉积步骤中所形成的沉积层，以形成一沉积层图案，且于该氧化物线性图案的侧壁形成间隙壁，测量该间隙壁的宽度为c；一侧向蚀刻的蚀刻步骤，是继续蚀刻该沉积步骤中所形成的沉积层，如此在该沉积层的侧壁底部，将形成侧向蚀刻，同时在氧化物线性图案侧壁的间隙壁末端，将可能被垂直的蚀刻掉，所剩余的间隙壁宽度为d，光阻去除后测量沉积上端宽度e；一闸极有效通道长度的决定步骤，是利用以上各步骤中所测量得知的数据，根据a＝e-2(c-d)的关系决定真正与基板接处的材料层的宽度a与面积。
2.一种在蚀刻过程中非破坏性测量侧向蚀刻宽度的方法，包括下列步骤一氧化物线性图案形成步骤，是在一基板上预先沉积一氧化物的线性图案，该氧化物的线性图案是以一LPTEOS沉积而成，测量并控制该氧化物线性图案层的高度为b；一沉积步骤，该沉积步骤是沉积一多晶硅层，且该多晶硅层是以一低压化学气相沉积的方式沉积，且覆盖该氧化物线性图案层；一微影步骤，是在该多晶硅层的表面上形成一光阻层，作为在蚀刻过程中的罩幕之用；一主要蚀刻步骤，是以该微影步骤中所形成的光阻层作为罩幕，蚀刻该多晶硅层，当蚀刻该多晶硅层时，在该氧化物层的侧壁，将形成多晶硅间隙壁，此时测量该多晶硅间隙壁的宽度为c；一侧向蚀刻的蚀刻步骤，是继续蚀刻该沉积步骤中所形成的多晶硅层，该多晶硅层的侧壁底部，会形成侧向蚀刻，且位于该氧化物层侧隙壁的末端，也会被垂直的蚀刻掉，此时测量该多晶硅侧壁经由侧向蚀刻步骤后，所剩余的宽度为d，并于光阻去除后测量该多晶硅上端的宽度e；一有效闸极通道长度的决定步骤，是利用以上各步骤中所测量得知的数据，根据a＝e-2(c-d)的关系决定真正与基板接处的该多晶硅层的宽度a与面积。
全文摘要
本发明是在半导体的蚀刻过程中,使用一种对底部侧向蚀刻的宽度作量测与监控的方法,因为目前半导体蚀刻后的线宽测量方法无法非破坏的决定其底部线宽在蚀刻过程后到底线宽有多少,也就是决定其有效临界尺寸,而透过本发明所提供的方法,即可量测到半导体层真正在蚀刻过程后的宽度。
文档编号G03F7/09GK1376948SQ0111017
公开日2002年10月30日 申请日期2001年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者陈宏杰, 陈俊彦 申请人:矽统科技股份有限公司