[发明专利]刻蚀工艺监控信号的处理方法和刻蚀终点控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体刻蚀工艺，尤其涉及一种等离子体刻蚀工艺监控信号的处理方法和刻蚀终点控制方法。

背景技术

随着集成电路中器件集成密度及复杂度的不断增加，对半导体工艺过程的控制提出了更为严格的要求。并且反应腔室在经过一段时间运行后，其内部的状态会发生改变，如等离子体密度、电子温度、自由基密度、气体流量及硅片温度等参数经常发生漂移，这会影响刻蚀工艺的进行。因此，需要对等离子体刻蚀腔室内的运行情况进行监视，且对刻蚀过程进行反馈控制，进而保证刻蚀工艺的稳定性及一致性。

光学发射光谱法（OES）是一种常见的刻蚀工艺控制方法。等离子体中的原子或分子被电子激发到激发态后，在返回到另一个能态过程中会发射出特定波长的光线。不同原子或者分子所激发的光波的波长各不相同，而光波的光强变化反映出等离子体中原子或者分子浓度变化。OES是将能够反映等离子刻蚀过程变化的、与等离子体化学组成密切相关的物质的等离子体的特征谱线（OES特征谱线）提取出来，通过实时检测其特征谱线信号强度的变化，来提供等离子体刻蚀工艺中的反应情况的信息，准确反应刻蚀过程中的实际情况的方法。

等离子刻蚀过程一般分为刻蚀开始-稳定反应-刻蚀结束3个过程，在等离子体刻蚀腔室内，等离子体中的反应物及产物基团浓度在刻蚀开始和刻蚀终点处会发生变化，在稳定反应的过程中，反应物及产物基团浓度基本不变。相应的，实时光谱信号（OES特征谱线）的变化可分成至少3个阶段：点燃等离子阶段—稳定反应阶段—反应停止（刻蚀终点end point）。OES特征谱线与等离子体中的化学气体及所刻蚀的介质材料相关，且OES特征谱线信号强度与反应物及产物基团浓度成正比。在点燃等离子阶段时，刻蚀开始，反应生成物的代表基团浓度上升，其谱线强度急剧上升；在稳定反应阶段，各种反应过程达到动态平衡，反应物及反应生成物的代表基团浓度基本维持不变，各种谱线强度也基本维持不变；当刻蚀开始减弱时，反应生成物的浓度下降，谱线强度急剧减弱；直至刻蚀减弱至完全结束以后，反应生成物的浓度为零。而刻蚀反应物所对应的OES谱线在刻蚀开始时，由于刻蚀反应物被刻蚀过程所消耗，其特征谱线强度会迅速的减弱，当刻蚀开始减弱时，由于刻蚀反应物的消耗减少，其特征谱线的强度将会迅速上升，当刻蚀完全结束后，由于刻蚀反应物不再被消耗，其特征谱线会保持不变。

考虑到等离子体刻蚀工艺过程的复杂性，某种刻蚀反应物或者生成物的OES特征谱线在稳定状态下的谱线强度并不是绝对不变的，因为其还与腔室的结构和情况有关。一般情况下，采用刻蚀的整个稳定状态中一段时间的特征谱线的强度的平均值来作为刻蚀终点设置的基准值。然而事实上，实际光谱强度信号会受到很多环境因素的干扰，并不像理想状态下的那么平稳。这样的方法并不能完全表述实际情况，并且在某些情况下不适用，会引起对刻蚀过程变化的判断错误。

发明内容

本发明的目的是提供一种更为灵敏和准确的等离子体刻蚀工艺的终点监控方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种等离子体刻蚀工艺监控信号的处理方法，包括：

根据信号强度的变化状况，将反映等离子刻蚀工艺的实时刻蚀信号强度的变化曲线划分为起始阶段、稳定反应阶段、刻蚀终止阶段以及刻蚀完成阶段；

在所述稳定反应阶段中划出基准判断区域，所述基准判断区域占所述稳定反应阶段的30%~80%，且所述基准判断区域的终点与所述刻蚀终止阶段的起点之间具有一定距离；

将所述基准判断区域分成n个时间区域，获取每个时间区域内刻蚀信号强度的平均值，其中n取大于1的整数；

将所有平均值中的最大值或最小值作为刻蚀终点信号判断的基准值。

可选的，所述实时刻蚀信号为所述等离子体刻蚀工艺中的反应物或生成物的OES特征谱线。

可选的，所述实时刻蚀信号为所述等离子体刻蚀工艺中的反应物或生成物的OES特征谱线强度的求导值。

可选的，所述基准判断区域的终点与所述刻蚀终止阶段的起点之间距离的大小与被刻蚀膜层的厚度的刻蚀误差容许值的大小成正相关。

可选的，综合所述等离子刻蚀工艺中的多个反应物或者生成物的刻蚀信号进行所述起始阶段、稳定反应阶段、刻蚀终止阶段以及刻蚀完成阶段的划分。

可选的，n的取值范围为3到10。

可选的，n为5。

可选的，所述时间区域为互相连续不重合的区域，且每个区域经历的时间为1s~2s。

本发明还提供了一种等离子体刻蚀工艺的终点控制方法，包括：

提供同一批次的多个晶圆；