专利名称：刻蚀方法和刻蚀系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种刻蚀方法和刻蚀系统。
背景技术：
半导体制造工艺是一种平面制造工艺，该工艺结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入多 种工艺，需要在同一衬底上形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的 电子功能。其中，任何一步的工艺出现偏差，都可能会造成电路的性能参数偏离设计值。目 前，随着超大规模集成电路的器件特征尺寸不断地比例缩小，集成度不断地提高，对各步工 艺的控制及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。以刻蚀工艺为例，集成电路制造中，常需要利用刻蚀技术形成各种刻蚀图形，如接 触孔，通孔图形，沟槽隔离图形或栅极图形，如果因控制不当使上述刻蚀图形的特征尺寸 (⑶，critical dimension)出现偏差，将直接影响到电路的性能，降低产品的成品率。现有技术在对待刻蚀层进行刻蚀前，常常将刻蚀系统的刻蚀参数进行固定，所述 工艺参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。比如设定固定刻蚀时间，当达到固 定刻蚀时间后立即停止刻蚀，然后进入下一步的工艺程序。现有技术中的固定的刻蚀参数不能如实反映具体每一次的刻蚀过程中的真实需 要的刻蚀参数。如在干法离子刻蚀过程中，在预先设定好固定的刻蚀气体和刻蚀温度，刻蚀 时间的参数的情况下，随着刻蚀腔的持续使用，刻蚀腔内的环境变化会引起刻蚀速率的变 化，导致所需实际的刻蚀时间也随之发生变化。如预先设定的固定刻蚀时间过短会导致残 留有未刻蚀掉的材料，或如预先设定的固定的刻蚀时间过长会导致刻蚀程度过大，影响关 键尺寸。在专利号为ZL200510(^^61. 7的中国专利中提供了一种刻蚀方法。包括在刻蚀 步骤中引入光发射谱检测法，即依靠光发射谱检测刻蚀过程中刻蚀腔内的离子体的化学键 信号的变化，当检测到化学键信号变化时，结束刻蚀。其中所述化学键为TI Cl或Si F0上述专利提供的方案是通过化学键信号的变化来检测待刻蚀层的刻蚀过程，然 而，化学键信号微弱，需要经过一定的信号放大才能用于检测；腔内若存在其他杂质，则会 影响对待刻蚀层的刻蚀程度作出判断；当检测到刻蚀腔内的化学键信号发生变化时，待刻 蚀层已经全部被刻蚀掉，因此不能及时反应刻蚀情况；在湿法刻蚀时，没有离子刻蚀腔体， 无法使用光发射谱来检测刻蚀过程。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种刻蚀方法和刻蚀系统，实时检测刻蚀过程，及时反 映刻蚀程度。为解决上述问题，本发明提供一种刻蚀方法，包括提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；提供所述待刻蚀层的厚度阈值；设定初始刻蚀参数；采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀 层的剩余厚度；判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所 述初始刻蚀参数进行刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。可选的，所述厚度阈值为待刻蚀层的厚度的20% 30%。可选的，所述采用光干涉检测法检测待刻蚀层的剩余厚度为通过待刻蚀层的上表 面与下表面的光程差计算出剩余出所述待刻蚀层的剩余厚度。可选的，所述待刻蚀层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其任意组合。可选的，在停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀之后，还包括调整刻蚀参数，采用 调整后的刻蚀参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀步骤。可选的，所述刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。可选的，所述刻蚀方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。本发明还提供一种刻蚀系统，包括光源，用于发射单色光至待刻蚀层，所述待刻蚀层为透光材料，具有上表面与下表 面；光信号探测单元，探测并接收所述待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号，并将所 述反射光线信号传输至数据处理单元；数据处理单元，根据待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号计算所述待刻蚀层的 剩余厚度，并将所述待刻蚀层的剩余厚度传输至控制单元；控制单元，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入预先输入其内部厚度阈值范 围，若否，则发出继续的刻蚀信号至刻蚀单元；若是，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻 蚀的信号至刻蚀单元；刻蚀单元，根据控制单元的信号对待刻蚀层进行刻蚀。可选的，所述单色光的波长范围为320nm-400nm。可选的，所述阈值厚度为待刻蚀层厚度的20% 30%。与现有技术相比，本技术方案具有如下优点所述刻蚀方法在刻蚀的同时使用光 干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度，可以实时检测刻蚀过程，真实反映刻蚀程度，并可以通过 调整刻蚀参数以达到理想的刻蚀效果；技术方案的刻蚀系统包括光源、信号探测单元、数据处理单元以及控制单元，通过 这些单元可以实时检测出待刻蚀层的剩余厚度，真实反映刻蚀程度，并通过控制单元作出 刻蚀判断，有效控制刻蚀过程，适用于干法刻蚀和湿法刻蚀。
图1是本发明刻蚀方法的具体实施方式
流程图；图2是本发明刻蚀方法和刻蚀系统中刻蚀结构的示意图；图3是光干涉法检测剩余厚度的原理示意图4是本发明刻蚀系统的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供一种刻蚀方法和刻蚀系统，所述刻蚀方法在刻蚀的同时使用光干涉法 检测待刻蚀层的剩余厚度，可以实时检测刻蚀过程，真实反映刻蚀程度，并可以通过调整刻 蚀参数以达到理想的刻蚀效果；刻蚀系统包括光源、信号探测单元、数据处理单元以及控制 单元，通过这些单元可以实时检测出待刻蚀层的剩余厚度，真实反映刻蚀程度，并通过控制 单元作出刻蚀判断，有效控制刻蚀过程，适用于干法刻蚀和湿法刻蚀。为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。图1是本发明刻蚀方法的具体实施方式
流程图，如图1所示，包括执行步骤S101，提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩 膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；执行步骤S102，提供所述待刻蚀层的厚度阈值；执行步骤S103，设定初始刻蚀参数；执行步骤S104，采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干 涉法检测待刻蚀层的剩余厚度；执行步骤S105，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若未 落入所述阈值范围，则继续采用所述初始刻蚀参数的刻蚀；执行步骤S106，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否， 则继续采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。图2为本发明刻蚀方法的一个实施例中的刻蚀结构的剖面结构示意图。如图2所示，提供一个基底100，所述基底上形成有待刻蚀层101，所述待刻蚀层上 形成有掩膜层102，所述掩膜层102已经被图形化，所述待刻蚀层101为透光材料，具有上表 面201和下表面202。所述掩膜层102为光刻胶掩膜层或硬掩膜层。本实施例选取所述待 刻蚀层101为介电质层氮氧化硅(SiON)，所述掩膜层102为光刻胶掩膜层。所述待刻蚀层 101还可以为氧化硅、氮化硅或者氧化硅、氮化硅、氮氧化硅的任意组合等其他透光材料。提供所述待刻蚀层101的厚度阈值，所述厚度阈值为所述待刻蚀层的厚度的 20% 30%。本实施例中所述待刻蚀层的厚度为800A,选取的所述待刻蚀层的25%作为 阈值厚度，为200Λ。所述刻蚀方法为干法刻蚀或湿法刻蚀，本实施例选取干法刻蚀。根据所述待刻蚀层101的材料与厚度，设定一组刻蚀参数为初始刻蚀参数。所述 初始刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻蚀功率，刻蚀温度。本实施例的待刻蚀层的材料 为SiON，待刻蚀层的厚度为800A。设定所述的初始刻蚀参数为压强为8mTorr (毫托)，氯气为90sccm (立方厘米)，三氟甲烷的流量为IOsccm (立 方厘米)，上电极功率为1000W (瓦)，偏置功率为40W (瓦)。采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层101进行刻蚀，同时采用光干涉法检测所 述待刻蚀层101的剩余厚度，并判断所述待刻蚀层101的剩余厚度是否落入所述厚度阈值 200A范围，若未落入所述厚度阈值200A范围，则继续采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。图3为实施例中光干涉法检测计算剩余厚度示意图。如图3所示，用单色光(用箭头A表示)斜射到待刻蚀层101上。当单色光A到达上表面201时，一部分光反射，一部 分光透射。透射部分继续传播，直到单色光A到达待刻蚀层101下表面202时，一部分光反 射，一部分光透射。通过待刻蚀层101上表面的反射光线Rl与下表面的反射光线R2的光 程差计算出待刻蚀层101的剩余厚度。本实施例中，采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀后30秒时，光干涉法检测所述待 刻蚀层的剩余厚度为200A,所述待刻蚀层的剩余厚度200A与所述预先输入的阈值厚度 200A进行比较，判断出所述待刻蚀层的剩余厚度已经落入阈值厚度范围内，停止采用所述 初始刻蚀参数刻蚀。停止采用所述初始刻蚀参数的刻蚀后，还包括调整刻蚀参数，采用调整后的刻蚀 参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀步骤。所述刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时间，刻 蚀功率，刻蚀温度。本实施例中，为了保证所述刻蚀环境的稳定，减少对刻蚀腔环境的扰动。仅对刻蚀 时间进行如下调整参考采用所述初始刻蚀参数的刻蚀，获得采用所述初始刻蚀参数的刻蚀时间30 秒和刻蚀掉厚度600人,进而计算出所述初始刻蚀参数刻蚀过程中的刻蚀速率，计算公式 为刻蚀速率=刻蚀厚度/刻蚀时间。通过计算，所述刻蚀速率为每秒20 A。根据所述的刻蚀速率每秒20A及剩余的待刻蚀层的厚度200A,调整刻蚀参数中 的刻蚀时间为10秒。调整后的参数为压强为SmTorr (毫托)，氯气为90sCCm (立方厘米)，三氟甲烷的 流量为IOsccm(立方厘米)，上电极功率为1000W(瓦)，偏置功率为40W(瓦)，刻蚀时间为 10秒。采用所述调整后的参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行刻蚀。本发明还提供一种刻蚀系统，如图4所示，为本发明刻蚀系统010结构示意图。包 括光源011，用于发射单色光至待刻蚀层101，所述待刻蚀层为透光材料，具有上表 面与下表面。所述待刻蚀层为SiON，SiO, SiN等透光材料。光信号探测单元012，探测并接收所述待刻蚀层101的上、下表面反射的光线信 号，并将所述反射光线信号传输至数据处理单元013 ；数据处理单元013，根据待刻蚀层101的上、下表面反射的光线信号计算所述待刻 蚀层101的剩余厚度，并将所述待刻蚀层的剩余厚度传输至控制单元014 ；控制单元014，根据所述待刻蚀层101的剩余厚度及预先输入其内部的厚度阈值 进行判断，若所述待刻蚀层101的剩余厚度未落入所述厚度阈值范围，则发出继续的刻蚀 信号至刻蚀单元015 ；若所述待刻蚀层101的剩余厚度落入所述厚度阈值范围，则发出停止 采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元015 ；刻蚀单元015，根据控制单元014的信号对待刻蚀层101进行刻蚀。作为本发明刻蚀系统进行刻蚀的一个实施例，如图2所示，提供一个基底100，所 述基底上形成有待刻蚀层101，所述待刻蚀层上形成有掩膜层102，所述掩膜层102已经被 图形化，所述待刻蚀层101为透光材料，具有上表面201和下表面202。所述掩膜层102为 光刻胶掩膜层或硬掩膜层。本实施例选取所述待刻蚀层101为介电质层氮氧化硅，所述掩6膜层102为光刻胶掩膜层。提供所述待刻蚀层101的厚度阈值，所述厚度阈值为所述待刻蚀层的厚度的 20% 30%。本实施例中所述待刻蚀层的厚度为800A,选取的所述待刻蚀层的25%作为 阈值厚度，为200A。参考图4，所述刻蚀系统010的刻蚀过程为所述控制单元014中预先输入所述阈值厚度200A ；所述刻蚀单元中015输入所述初始刻蚀参数，作为一个实施例，所述初始刻蚀参 数为压强为SmTorr (毫托)，氯气为QOsccm (立方厘米)，三氟甲烷的流量为IOsccm (立方 厘米)，上电极功率为1000W (瓦)，偏置功率为40W (瓦)。所述刻蚀单元015采用初始刻蚀参数对待刻蚀层101进行刻蚀；同时所述光源011发射单色光至待刻蚀层101，其中，所述单色光的波长范围为 320nm-400nm。本实施例选取的单色光波长为365nm ；光信号探测单元012接收所述待刻蚀层101的上表面201与下表面202反射的光 线信号，并将所述反射光线信号传输至数据处理单元013 ；数据处理单元013根据所述反射光线信号计算出所述待刻蚀层101的剩余厚度， 并将所述待刻蚀层101的剩余厚度传输至控制单元014，其中，所述数据处理单元013的 计算的过程为利用所述待刻蚀层101上表面的反射光线信号与下表面的反射光线的光程 差，计算出所述待刻蚀层101的剩余厚度。控制单元014根据所述待刻蚀层的剩余厚度及控制单元内部预先输入的厚度阈 值200A进行判断，若所述待刻蚀层的剩余厚度落入所述厚度阈值200A的范围，则发出继 续采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元015 ；若所述待刻蚀层101的剩余厚度未 落入所述厚度阈值200A范围，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信号至刻蚀单元 015 ；刻蚀单元015根据控制单元014的信号对待刻蚀层101进行刻蚀。若为继续的刻 蚀信号，则继续刻蚀；若为停止的刻蚀信号，则停止刻蚀。与现有技术相比，本技术方案具有如下优点所述刻蚀方法在刻蚀的同时使用光 干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度，可以实时检测刻蚀过程，真实反映刻蚀程度，并可以通过 调整刻蚀参数以达到理想的刻蚀效果；技术方案的刻蚀系统包括光源、信号探测单元、数据处理单元以及控制单元，通过 这些单元可以实时检测出待刻蚀层的剩余厚度，真实反映刻蚀程度，并通过控制单元作出 刻蚀判断，有效控制刻蚀过程，适用于干法刻蚀和湿法刻蚀。发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技 术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保 护范围。
权利要求
1.一种刻蚀方法，包括提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已 经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；提供所述待刻蚀层的厚度阈值；设定初始刻蚀参数；采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀层的 剩余厚度；判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所述初 始刻蚀参数进行刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述厚度阈值为待刻蚀层的厚度的 20% 30%。
3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述采用光干涉检测法检测待刻蚀 层的剩余厚度为通过待刻蚀层的上表面与下表面的光程差计算出剩余出所述待刻蚀层的 剩余厚度。
4.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述待刻蚀层为氧化硅、氮化硅、氮 氧化硅或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，在停止采用所述初始刻蚀参数进行 刻蚀之后，还包括调整刻蚀参数，采用调整后的刻蚀参数对待刻蚀层的剩余部分继续进行 刻蚀步骤。
6.根据权利要求5所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀参数包括刻蚀气体，刻蚀时 间，刻蚀功率，刻蚀温度。
7.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。
8.一种刻蚀系统，包括光源，用于发射单色光至待刻蚀层，所述待刻蚀层为透光材料，具有上表面与下表面；光信号探测单元，探测并接收所述待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号，并将所述反 射光线信号传输至数据处理单元；数据处理单元，根据待刻蚀层的上、下表面反射的光线信号计算所述待刻蚀层的剩余 厚度，并将所述待刻蚀层的剩余厚度传输至控制单元；控制单元，判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入预先输入其内部厚度阈值范围，若 否，则发出继续的刻蚀信号至刻蚀单元；若是，则发出停止采用初始刻蚀参数进行刻蚀的信 号至刻蚀单元；刻蚀单元，根据控制单元的信号对待刻蚀层进行刻蚀。
9.根据权利要求8所述的刻蚀系统，其特征在于，所述单色光的波长范围为 320nm-400nm。
10.根据权利要求8所述的刻蚀系统，其特征在于，所述厚度阈值为待刻蚀层厚度的 20% 30%。
全文摘要
一种刻蚀方法，包括提供基底，所述基底上形成有待刻蚀层，所述待刻蚀层上形成有掩膜层，所述掩膜层已经被图形化，所述待刻蚀层为透光材料；提供所述待刻蚀层的厚度阈值；设定初始刻蚀参数；采用所述初始刻蚀参数对所述待刻蚀层进行刻蚀，同时采用光干涉法检测待刻蚀层的剩余厚度；判断所述待刻蚀层的剩余厚度是否落入所述厚度阈值范围，若否，则继续采用所述初始刻蚀参数的刻蚀，若是，停止采用所述初始刻蚀参数进行刻蚀。本发明还提供一种刻蚀系统。本发明可以实时检测刻蚀过程，反映真实的刻蚀程度，调整刻蚀参数进而达到理想的刻蚀效果。
文档编号H01L21/00GK102044431SQ20091019744
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月20日 优先权日2009年10月20日
发明者李建凤 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司