[发明专利]栅极刻蚀方法、栅极刻蚀终点检测方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种栅极刻蚀方法、栅极刻蚀终点检测方法与系统。

背景技术

现有工艺中形成栅极的步骤包括：在半导体衬底上定义有源区；在所述有源区之间形成浅沟槽隔离区；沉积栅层，所述栅层覆盖有源区及浅沟槽隔离区；刻蚀栅层，以形成栅极。其中，所述形成浅沟槽隔离区的步骤包括：在已定义有源区的半导体衬底上沉积第一氧化层和氮化层；刻蚀所述第一氧化层、氮化层和部分半导体衬底，以在所述有源区之间形成浅沟槽；在所述浅沟槽内沉积第二氧化层，所述第二氧化层覆盖氮化层；平整化所述第二氧化层，以暴露覆盖所述有源区的氮化层；去除氮化层。

通常，在刻蚀栅层以形成栅极时，以位于栅层下方的氧化层作为刻蚀终止层，并利用光学干涉终点检测(IEP)或光发射谱(OES)确定栅极刻蚀终点。然而，实际生产发现，IEP或OES检测结果显示栅极刻蚀完成时，在栅极根部常存有栅层材料残余(footing)或凹陷(notching)，即栅极结构发生了变化。而栅极作为MOS器件的重要组成部分，其结构的变化将直接影响MOS器件内导电沟道的形貌变化，继而在栅极上施加电压后，由所述栅极结构的变化导致的器件导电沟道的形貌变化对器件的性能将产生重大影响。

所述栅极结构的变化可被认为是刻蚀终点检测误判造成的，而所述刻蚀终点检测误判可被认为是位于所述栅层下方的氧化层在所述有源区和浅沟槽隔离区之间具有高度差造成的，即作为刻蚀终止层的氧化层在所述有源区和浅沟槽隔离区之间具有高度差，而所述高度差的存在使刻蚀终点的判定具有不确定性，继而易形成栅极刻蚀不足或刻蚀过度，进而改变了栅极结构。由此，如何准确确定栅极刻蚀终点成为本领域技术人员亟待解决的问题。

2006年8月2日公开的申请号为“200510002964.0”的中国专利申请中提供了一种多晶硅栅极刻蚀终点的检测方法，该方法包括：获得多晶硅栅极刻蚀过程中静电卡盘的偏压补偿功率变化信息；根据所述的偏压补偿功率变化信息，确定多晶硅栅极刻蚀过程进入刻蚀终点期；采集获取多晶硅栅极刻蚀腔中的特定波长信号强度变化信息；根据所述特定波长信号强度变化信息，在所述刻蚀终点期内确定多晶硅栅极刻蚀终点。

对现有技术中存在的刻蚀终点检测误判的分析表明，所述刻蚀终点检测误判可被认为是位于所述栅层下方的氧化层在所述有源区和浅沟槽隔离区之间具有高度差造成的。而利用上述对比文件中提供方法确定多晶硅栅极刻蚀终点时，对检测终点的判断依赖于所述特定波长信号强度变化信息，所述特定波长信号强度变化信息虽可通过IEP或OES获得，但是，在获得所述特定波长信号强度变化信息时，未考虑上述高度差的存在，致使在所提供的方法中无法克服所述高度差对刻蚀终点检测的影响，由此，应用所述方法检测刻蚀终点时，仍不可避免出现误判，即仍可能无法准确地进行刻蚀终点检测，继而无法准确地进行栅极刻蚀。

发明内容

本发明提供了一种栅极刻蚀方法，可借助栅极刻蚀终点检测而准确地刻蚀栅极，继而减小栅极结构的变化；本发明提供了一种栅极刻蚀终点检测方法，可准确检测栅极刻蚀终点；本发明提供了一种栅极刻蚀终点检测系统，利用所述系统可准确检测栅极刻蚀终点。

本发明提供的一种栅极刻蚀方法，包括：

在半导体衬底上定义有源区；

在所述有源区之间形成浅沟槽隔离区；

确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差；

沉积栅层，所述栅层覆盖有源区及浅沟槽隔离区；

执行所述栅层的第一刻蚀过程，并由光学终点检测确定所述刻蚀过程进入刻蚀终点区；

利用所述高度差确定辅助刻蚀时间；

执行所述栅层的第二刻蚀过程，以形成栅极，所述第二刻蚀过程持续所述辅助刻蚀时间。

可选地，所述光学终点检测包括光学干涉终点检测或光发射谱终点检测；可选地，所述辅助刻蚀时间利用所述高度差与经历所述第一刻蚀过程后继续栅层刻蚀过程的持续时间的统计数据获得；可选地，所述辅助刻蚀时间利用所述高度差与选定的刻蚀速率计算获得。

本发明提供的一种栅极刻蚀终点检测方法，对刻蚀栅层以形成所述栅极的过程进行终点检测，所述栅层覆盖半导体衬底有源区及位于所述有源区之间的浅沟槽隔离区；该方法包括：

确定所述有源区与所述浅沟槽隔离区表面的高度差；

利用光学终点检测确定栅层刻蚀过程进入刻蚀终点区，以完成所述栅层的第一刻蚀过程；

利用所述高度差确定辅助刻蚀时间；

所述栅层刻蚀过程在进入刻蚀终点区后持续所述辅助刻蚀时间，以完成所述栅层的第二刻蚀过程并确定刻蚀终点。