[发明专利]等离子体刻蚀的终点监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种等离子体刻蚀的终点监 测方法。

背景技术

集成电路制造工艺是一种平面制作工艺，其结合光刻、刻蚀、沉积、离 子注入等多种工艺，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，任何一步工艺出现偏差，都可能会导 致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 寸不断地等比例缩小，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等。而等离子体刻蚀(干 法刻蚀)是现有刻蚀工艺中最为常用的方法之一，刻蚀的准确度直接关系到 刻蚀图形的特征尺寸(CD，Critical Dimension)。因此，等离子体刻蚀中刻 蚀终点的控制，成为等离子体刻蚀中的一个关键工艺。

光学发射光谱法(OES)是最常用的终点检测方法之一，是由于它可以很容 易集成在刻蚀机上且不影响刻蚀过程的进行，对反应的细微变化可以进行非 常灵敏的检测，可以实时的提供刻蚀过程中的许多有用的信息。

OES技术主要是监视等离子体在光谱的UV/VIS(200nm-1100nm)部分发 出的辐射。由发射辐射的光谱确定等离子体的成分，特别是反应性刻蚀物质 或刻蚀副产品的存在。在刻蚀工艺中，特别是刻蚀终点，由于刻蚀的材料发 生转换，导致等离子体的成分发生变化，导致发射光谱的改变。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确定何时所刻蚀 的膜层被完全清除。

申请号为5658423的美国专利申请文件提供了一种通过OES判断刻蚀终点 的方法，申请号为200510002964.0的中国专利申请文件也提供了一种多晶硅栅 刻蚀终点的检测方法，为了有效进行多晶硅刻蚀，通过对OES终点检测方法， 检测具有高选择比的刻蚀过程，这样既保证了多晶硅的充分刻蚀，又有效保 护了栅氧层。

通常情况下，通过OES判断刻蚀终点的光谱曲线如附图1所示，设定横坐 标为采样时间，纵坐标为OES采样的强度，所检测的元素成分为所要刻蚀的膜 层的成分，随着刻蚀工艺的进行，刻蚀的膜层在反应室的浓度逐渐加大，在 附图1上反映为检测到的膜层物质光强度的增大，随着刻蚀工艺的进行，在刻 蚀终点，膜层物质被刻蚀完毕，刻蚀的膜层在反应室的浓度减小，反应室内 检测到的膜层物质的光强度开始减小，此时，即为刻蚀终点。

但是，在等离子体刻蚀工艺中，由于反应室内的环境并非始终完全一致， 例如：每一次等离子体刻蚀之后都会对反应室进行清洗，在反应室的内壁可 能会存在清洗物质的残留或者清洗不干净的状况，反应室内壁的这种残留物 的存在会导致检测到的OES曲线发生变化，导致刻蚀终点判断不准确，造成膜 层的过刻蚀。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种等离子体刻蚀的终点监测 方法，以采用OES方法对等离子刻蚀的刻蚀终点进行准确的判断，避免产生 过刻蚀的现象。

一种等离子体刻蚀的终点监测方法，在进行等离子体刻蚀的反应室内壁 形成刻蚀交换层；在反应室内通入刻蚀剂对被刻蚀膜层进行等离子刻蚀，刻 蚀交换层中包含所述刻蚀剂中包含的元素；监测反应室内被刻蚀膜层的OES 曲线，当所述被刻蚀膜层的OES曲线的斜率为0时，即为刻蚀终点。

其中，反应室内壁刻蚀交换层的元素成分与随后进行等离子体刻蚀时采 用的刻蚀剂的元素成分相同。

优选的，所述刻蚀剂中含有的刻蚀离子的质量百分比小于等于刻蚀交换 层中含有的刻蚀离子的质量百分比。

更加优选的，反应室内壁所述膜层中含有的刻蚀离子的质量百分比小于 等于刻蚀剂中含有的刻蚀离子的质量百分比的4倍。

所述被刻蚀层包含多晶硅层、介质层或金属层中的一种。

所述被刻蚀膜层包含多晶硅层时，所述刻蚀剂中包含SiCl₄，所述SiCl₄的流量范围为10～300sccm。