[发明专利]时分多工工艺中的用于终点的波长选择

说明书

相关申请的交叉参考

本申请涉及到如下申请、并要求享有该申请的优先权，所述申请是在2003年5月9日提交的题为“Envelope Follower End Point Detectionin Time Division Multiplexed Processes”(时分多工工艺中的包络跟随器终点检测)的共同所有美国临时专利申请序列号No.60/469,333，该临时专利申请在此处并入作为参考。本申请是在2004年5月6日提交的题为“Envelope Follower End Point Detection in Time DivisionMultiplexed Processes”(时分多工工艺中的包络跟随器终点检测)的共同未决申请序列号No.10/841,818的后继部分，该申请的内容在此处并入。

技术领域

本发明通常涉及半导体晶片处理的领域。更具体地，本发明涉及在时分多工刻蚀和淀积工艺过程中确定刻蚀工艺的终点。

发明背景

在许多微机电(MEMS)器件的制作过程中，需要完成材料层的刻蚀，使其停止在下面的层上(例如，绝缘体上硅(SOI)-清除硅(Si)层，停止在下面的二氧化硅(SiO₂)层上)。允许刻蚀工艺在第一层已被移除之后的时间继续进行可能导致下面的停止层的厚度减少，或者导致特征轮廓劣化(在本领域中被称为关于SOI应用的“凹槽”)。

结果，在刻蚀等等离子体处理工艺中非常重要的是，应当精确地判断等离子体处理的终点，以便无延迟地结束等离子体处理。作为用于检测等离子体处理的终点的方法，本领域中公知一种方法，其中检测处理腔室中的等离子体中包含的特定物质的光谱的任何改变，基于该改变来检测终点。该方法是基于离子体含量随着在基板上的刻蚀而发生变化的观察结果而构思出来的，其目的是通过监测特定物质的光谱强度中的变化来精确地检测刻蚀工艺的实时终点。通常用于检测等离子体工艺终止时间的该方法是发射光谱测定法(OES)。

OES对等离子体源发射的光进行分析，以得出关于等离子体工艺的化学和物理状态的推断。在半导体处理中，该技术通常用于在等离子体刻蚀工艺过程中检测材料界面。该OES技术涉及对等离子体发射的辐射进行监测，该辐射通常在光谱的紫外线/可见光范围(200nm～1100nm)部分中。图1示出了典型的OES配置的示意图。等离子体的成分，特别是反应性刻蚀物种或刻蚀副产物的存在性，将确定所发射的辐射的光谱(即，强度相对于波长)。在刻蚀工艺过程中，特别是在材料转变的过程中，等离子体的成分发生变化，导致发射光谱中的改变。通过连续地检测等离子体发射，OES终点系统便可以检测该改变，并且使用该改变来确定膜何时被完全清除。例如，当OES信号下降低于预定的阈值水平时，该转变用于触发“终点”。特别地，与终点相关的大部分信息通常包含在与刻蚀过程中消耗的反应物或者生成的刻蚀副产物对应的少数波长内。

用于开发OES终点策略的一种常见方法是，采集终点前和终点后状态期间的许多等离子体发射光谱(发射强度相对于波长)。可以使用许多种方法确定终点波长候选区域。可以通过统计方法来选择用于终点检测的光谱区域，诸如因素分析或者主要成分分析(参看授予Angell等人的US专利5,658,423)。用于确定终点候选者的另一策略是通过构造终点前(主刻蚀)和终点后(过刻蚀)光谱之间的差异图。一旦候选区域已被选择，则为这些候选区域指配可能的化学物种(即，来自离解气体前体或者刻蚀产物的反应性物种)。该指配在确定策略的成功性时并不是关键的，但是在理解和优化波长选择过程时很有帮助。许多参考文献，包括Zaidel等人的“Tables of Spectral Lines”和Pearse等人的“The Identification of Molecular Spectra”，并结合工艺化学知识，可用于指定对于候选谱线的可能物种身份。对于六氟化硫(SF₆)等离子体中的硅刻蚀工艺而言的可能终点候选者的示例往往是687nm和703nm处的氟谱线以及440nm处的氟化硅(SiF)发射带。一旦这些区域已被确定，便可以使用相同的OES策略处理后继部分。