專(zhuān)利名稱(chēng)：在原位干涉量測(cè)終點(diǎn)偵測(cè)及非干涉量測(cè)終點(diǎn)監(jiān)控中執(zhí)行氮化物墊片蝕刻工藝的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體元件的制造，更明確的說(shuō)，通過(guò)加強(qiáng)氮化層蝕刻終點(diǎn)的偵測(cè)來(lái)改善墊片的制造。
背景技術(shù)：
眾所周知的，半導(dǎo)體制造工藝包含許多步驟，在這些步驟中數(shù)百萬(wàn)包含源極/漏極擴(kuò)散區(qū)域的晶體管、導(dǎo)電多晶硅柵極、及介電柵極氧化層被制造于單一個(gè)半導(dǎo)體晶片上。這些制造步驟的其中一個(gè)就是氮化硅墊片的蝕刻工藝，在此步驟中一層氮化硅沉積于具有晶體管的基板表面上。接著利用等離子體蝕刻工藝來(lái)蝕刻氮化硅層，于是沿著多晶硅柵極的兩邊產(chǎn)生了氮化硅墊片。
隨著集成元件及如墊片的特征尺寸縮小的需求增加，利用一更可掌控的蝕刻工藝的需求也隨之增加。然而，當(dāng)所使用蝕刻化學(xué)品積極的蝕刻特性導(dǎo)致柵極氧化層的擊穿而改變柵極氧化層的尺寸時(shí)，在單一步驟氮化硅墊片蝕刻工藝中此需求會(huì)更明顯。如眾人所知，改變柵極氧化層是較為不利的，因?yàn)樗鼈儠?huì)改變柵極氧化層及晶體管的導(dǎo)電率。
通常，氮化硅層通過(guò)利用一單一步驟等離子體蝕刻的方法(例如干法蝕刻)來(lái)去除。典型的等離子體蝕刻工藝常在一等離子體反應(yīng)室中施行，在其中，強(qiáng)大的電場(chǎng)會(huì)使包含正電荷離子與負(fù)電荷電子的高能量氣體加速撞擊氮化硅層暴露的表面。在此單一步驟等離子體蝕刻工藝中，由于被正電離子所轟擊，所以暴露的氮化硅層被化學(xué)性及物理性的去除。
通常，一旦確定氮化硅已被蝕刻穿透及已從基板表面上去除時(shí)，氮化硅層的單一步驟蝕刻工藝就必須停止。此外，此單一步驟蝕刻工藝亦須在不傷害下層的情況下完成。因此，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，采用一可以在氮化硅層一被蝕刻穿透便立即停止此單一步驟蝕刻工藝的終點(diǎn)偵測(cè)法是非常重要的。
到目前為止，我們常用光學(xué)放射光譜(OES，Optical EmissionSpectroscopy)法來(lái)偵測(cè)終點(diǎn)。依此方法，蝕刻反應(yīng)室內(nèi)氣體的放射光被用來(lái)識(shí)別特定的被蝕刻材料。因?yàn)楣夥派鋸?qiáng)度直接正比于蝕刻反應(yīng)室內(nèi)特定氣體的濃度，所以理論上，終點(diǎn)偵測(cè)器能夠決定何時(shí)氮化硅層的蝕刻已結(jié)束。
然而，已經(jīng)證實(shí)OES法并不是非?？煽壳也荒苡行У臋z測(cè)蝕刻終點(diǎn)，因?yàn)槠鋾?huì)造成氮化硅層的過(guò)度蝕刻或者不足蝕刻，也使得單一步驟蝕刻工藝的結(jié)果無(wú)法預(yù)測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，這是因?yàn)樵谕慌安煌慌g的氮化硅層的厚度不同所造成。舉例來(lái)說(shuō)，在利用慣用的積極性化學(xué)品的單一步驟蝕刻工藝中，氮化硅層的過(guò)度蝕刻會(huì)造成柵極氧化層的部分去除或者，最終擊穿柵極氧化層。
不幸的，關(guān)于OES法的不可靠性及不可預(yù)測(cè)性會(huì)對(duì)制造步驟及半導(dǎo)體的制造造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。其他，此不可預(yù)測(cè)性要求密切監(jiān)控此單一步驟蝕刻工藝，在此單一步驟蝕刻工藝期間必須做很多半導(dǎo)體基板的檢查，且必須對(duì)同一批和不同一批晶片中的每一片基板做機(jī)臺(tái)的重新校正，如此不必要地浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，降低生產(chǎn)，產(chǎn)量損失，最后減少了半導(dǎo)體基板的產(chǎn)量。
有鑒于此，我們需要一墊片蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)方法及設(shè)備來(lái)增進(jìn)半導(dǎo)體基板的產(chǎn)量，而其可以消除在單一步驟蝕刻工藝中所使用公知的OES蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法的不可預(yù)測(cè)性及不可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
概括說(shuō)來(lái)，本發(fā)明通過(guò)提供制造氮化物墊片的設(shè)備及方法來(lái)滿(mǎn)足上述需求，其利用一可以基本上精確控制蝕刻工藝及氮化物墊片形狀的原位二步驟蝕刻工藝。在一較佳實(shí)施例中，氮化物墊片通過(guò)利用干涉量測(cè)終點(diǎn)偵測(cè)法在氮化物墊片層上實(shí)施一主要蝕刻工藝來(lái)制造。在主要蝕刻工藝之后，氮化物墊片薄層在過(guò)蝕刻工藝中被蝕刻。在某實(shí)施例中，氮化物墊片薄層利用一定時(shí)蝕刻法及高選擇性蝕刻化學(xué)品來(lái)蝕刻。在另一個(gè)例子中，此過(guò)蝕刻工藝為一利用非IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法來(lái)監(jiān)控工藝參數(shù)的時(shí)間模式蝕刻。在一實(shí)施例中，此被用來(lái)監(jiān)控工藝參數(shù)的非IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法為利用高選擇性蝕刻化學(xué)品的光學(xué)放射光譜(OES)法。
此處應(yīng)了解，本發(fā)明可以多種方法來(lái)施行，包含工藝、設(shè)備、系統(tǒng)、元件、或是方法。一些關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明如下。
在一實(shí)施例中，揭示一種制造柵極結(jié)構(gòu)墊片的方法。此方法包含實(shí)施一利用一第一蝕刻氣體的第一蝕刻工藝。此第一蝕刻工藝被設(shè)計(jì)為利用IEP檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)墊片層的去除部分。此方法還包含一去除部分的墊片層就停止第一蝕刻工藝，如此留下一墊片薄層。此方法還包含實(shí)施一利用第二蝕刻氣體來(lái)去除墊片薄層的第二蝕刻工藝。還包含第二蝕刻工藝停止于其已持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間之后。第二蝕刻工藝被設(shè)置為去除墊片薄層而留下柵極結(jié)構(gòu)的墊片。
在另一個(gè)實(shí)施例中，揭示一種制造柵極結(jié)構(gòu)墊片的方法。此方法包含實(shí)施一利用一第一蝕刻氣體的第一蝕刻工藝。此第一蝕刻工藝被設(shè)置為利用IEP檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)具有一特定厚度的墊片層的一部分從基極表面上去除，如此留下一墊片薄層。此方法還包含實(shí)施一利用第二蝕刻氣體并持續(xù)一預(yù)定時(shí)間的第二蝕刻工藝。此第二蝕刻工藝被設(shè)置為去除墊片薄層而留下柵極結(jié)構(gòu)的墊片。
在另一個(gè)實(shí)施例中，揭示一種形成一氮化硅墊片的方法。此方法包含沉積一氮化硅墊片層于其上有柵極結(jié)構(gòu)形成的基板上。還包含于一等離子體反應(yīng)室內(nèi)對(duì)氮化硅墊片層實(shí)施一第一蝕刻工藝及監(jiān)控氮化硅墊片層的反射光。此方法還包含停止第一蝕刻操作以留下一墊片薄層于其上有柵極結(jié)構(gòu)形成的基板表面上。還包含排出等離子體反應(yīng)室內(nèi)的第一等離子體內(nèi)容物及在等離子體反應(yīng)室內(nèi)實(shí)施一第二蝕刻操作。第二蝕刻操作被用來(lái)去除墊片薄層。此方法還包含在第二蝕刻操作期間監(jiān)控由第二等離子體所產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)及停止第二蝕刻操作于其已持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間之后。第一蝕刻操作及第二蝕刻操作皆于原位實(shí)施以便于控制氮化物墊片的形狀及墊片層的去除。
在另一個(gè)實(shí)施例中，揭示一原位二步驟蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)包含一蝕刻反應(yīng)室、一IEP監(jiān)控系統(tǒng)、及一非IEP終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。蝕刻反應(yīng)室包含一靜電夾頭(ESC，Electrostatic Chuck)、一頂端電極、及一底端電極。ESC被設(shè)計(jì)做為支撐一具有墊片層形成于柵極結(jié)構(gòu)上的晶片。干涉量測(cè)終點(diǎn)(IEP)監(jiān)控系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)控在第一蝕刻操作中被墊片層上表面所反射的光子束與墊片層底端界面的反射光的干涉。非IEP終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)被設(shè)置為利用監(jiān)控蝕刻時(shí)間來(lái)監(jiān)測(cè)第二蝕刻操作。實(shí)施IEP監(jiān)控系統(tǒng)的第一蝕刻操作停止，在留下一在第二蝕刻操作中將被蝕刻的墊片薄層。
本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)。尤其是本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)置為以原位二步驟的方式來(lái)實(shí)施墊片蝕刻工藝。本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為氮化物墊片蝕刻工藝可以精確的控制蝕刻終點(diǎn)及墊片的形狀。本發(fā)明另一個(gè)益處為原位二步驟墊片蝕刻工藝可準(zhǔn)確的蝕刻具有不同厚度的墊片層，如此可減少晶片的不良率及增加產(chǎn)量。本發(fā)明另外的優(yōu)勢(shì)為原位二步驟墊片蝕刻工藝可增加工具可靠性及生產(chǎn)率。
本發(fā)明其他的實(shí)施方式與優(yōu)點(diǎn)通過(guò)接下來(lái)詳細(xì)的說(shuō)明并配合附圖及本發(fā)明原理性的例子將可更容易了解。


本發(fā)明通過(guò)結(jié)合附圖的詳細(xì)描述而更容易理解，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
圖1為依照本發(fā)明的實(shí)施例，一柵極氧化層形成于基板上的半導(dǎo)體晶片的橫剖面圖；圖2為依照本發(fā)明的實(shí)施例，圖1所示的晶片在多個(gè)多晶硅柵極形成于柵極氧化層上之后的橫剖面圖；圖3為依照本發(fā)明的實(shí)施例，一墊片層108沉積于之前所形成的多晶硅柵極上的橫剖面圖；圖4A為依照本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施一蝕刻速率較快并利用IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法的主要蝕刻工藝的橫剖面圖，在此期間大部分的墊片層108被蝕刻掉；圖4B為依照本發(fā)明的實(shí)施例，利用干涉量測(cè)法來(lái)檢測(cè)主要蝕刻工藝的終點(diǎn)的橫剖面圖；圖4C為依照本發(fā)明的實(shí)施例，描繪反射的干涉光束強(qiáng)度對(duì)蝕刻時(shí)間的正弦曲線(xiàn)圖；圖4D為依照本發(fā)明的實(shí)施例，墊片層主要蝕刻工藝獲取已達(dá)要求蝕刻深度的時(shí)機(jī)的示意圖；圖4E為依照本發(fā)明的實(shí)施例，描繪實(shí)施IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)的單一步驟墊片層蝕刻工藝延伸超過(guò)要求厚度的示意圖；圖5A為依照本發(fā)明的實(shí)施例，在實(shí)施OES蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法的第二蝕刻工藝之后，墊片沿著多晶硅柵極的側(cè)壁形成的橫剖面圖；圖5B及5C為依照本發(fā)明的實(shí)施例，在蝕刻反應(yīng)室中OES放射光信號(hào)的變化的示意圖；
圖6為依照本發(fā)明的實(shí)施例，一示范性的原位二步驟蝕刻工藝系統(tǒng)的示意橫剖面圖；圖7為依照本發(fā)明的實(shí)施例，在一原位雙蝕刻處理器中施行的工藝方法的流程圖；及圖8為依照本發(fā)明的實(shí)施例，在一原位雙蝕刻處理系統(tǒng)中施行并實(shí)施IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法來(lái)控制主要蝕刻而以O(shè)ES法來(lái)監(jiān)控過(guò)蝕刻的工藝方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是提供一種通過(guò)實(shí)施一原位二步驟蝕刻工藝來(lái)增加晶片產(chǎn)量的方法。通常此原位二步驟蝕刻工藝被用來(lái)蝕刻形成于一具有多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板之上的氮化物(即氮化硅)墊片層。在第一個(gè)步驟中，干涉量測(cè)終點(diǎn)(IEP)系統(tǒng)被用來(lái)檢測(cè)主要蝕刻過(guò)程中的蝕刻終點(diǎn)。接下來(lái)，施行一過(guò)蝕刻工藝。通常，主要蝕刻過(guò)程會(huì)去除一定深度的氮化物墊片層而留下一層很薄的氮化物。其后，此殘留的氮化物薄層再于過(guò)蝕刻過(guò)程中被去除。在某一個(gè)例子中，蝕刻深度通過(guò)利用一特定終點(diǎn)偵測(cè)波長(zhǎng)的兩相鄰最大或最小條紋之間的距離來(lái)監(jiān)測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，氮化物薄層在施行時(shí)間模式蝕刻的過(guò)蝕刻過(guò)程中被去除。在另外的例子中，采用時(shí)間模式蝕刻的過(guò)蝕刻工藝，通過(guò)利用高選擇性蝕刻化學(xué)品的OES來(lái)監(jiān)測(cè)。
圖1為依照本發(fā)明的實(shí)施例，一柵極氧化層104形成于基板102上的半導(dǎo)體晶片100的橫剖面圖。雖然沒(méi)有顯示出來(lái)，但基板102包含多個(gè)晶體管，而每一個(gè)晶體管均包含源極/漏極擴(kuò)散區(qū)域。在此實(shí)施例中，基板102是由硅材料所構(gòu)成，可讓柵極氧化層104通過(guò)一氧化爐管來(lái)加熱生成。舉例來(lái)說(shuō)，基板102被置入氧化爐管中，使基板102暴露于氧氣中，便會(huì)使一氧化物薄層生成于基板102的表面上。藉此方法，柵極氧化層104厚度的范圍是大約由100埃至200埃，較佳范圍是介于大約20埃至大約150埃之間。柵極氧化層的較佳厚度約為90埃。
圖2為依照本發(fā)明的實(shí)施例，晶片100在多個(gè)多晶硅柵極106形成于柵極氧化層104上之后的橫剖面圖。在此實(shí)施例中，多晶硅柵極106藉著先在柵極氧化層104上沉積一多晶硅層而形成于柵極氧化層104上。接著，多晶硅柵極106通過(guò)多晶硅柵極材料上首先進(jìn)行對(duì)光致抗蝕劑構(gòu)圖及接下來(lái)對(duì)多晶硅材料進(jìn)行等離子體蝕刻而定義形成。因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程中，要求維持基本相同的多晶硅柵極106寬度，所以進(jìn)行制造工藝中，基本不影響多晶硅柵極106的寬度是非常重要的。
圖3為依照本發(fā)明的實(shí)施例，一墊片層108沉積于之前所形成的多晶硅柵極106上的橫剖面圖。在此例中，墊片層108通過(guò)利用化學(xué)氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)工藝沉積一層氮化物而形成。依照本發(fā)明的某一個(gè)實(shí)施例，此氮化物為氮化硅。藉此例子，墊片層108厚度的范圍是約由400埃至約1200埃，較佳范圍是介于約500埃到約1000埃之間。而墊片層的較佳厚度約為1000埃。
圖4A為依照本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施一蝕刻速率較快并利用IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法的主要蝕刻工藝的橫剖面圖，在此期間大部分的墊片層108被蝕刻掉。如圖所示，在主要蝕刻操作之后，墊片層108的基本薄層108’殘留一厚度d2。如接下來(lái)關(guān)于圖4B至4E的詳細(xì)說(shuō)明，IEP檢測(cè)法可用來(lái)決定在主要蝕刻操作之后的墊片層108的深度d2。依此方式，IEP檢測(cè)法可用來(lái)幾乎精確的控制主要蝕刻過(guò)程的終點(diǎn)，如此便可使用一更積極的蝕刻操作。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，主要蝕刻工藝被規(guī)劃做為一積極的蝕刻工藝。在此實(shí)施例中，墊片層108的薄層厚度d2是約由50埃至約300埃，較佳范圍是介于約100埃至約200埃之間，而較佳厚度約為100埃。
圖4B為依照本發(fā)明的實(shí)施例，利用干涉量測(cè)法來(lái)檢測(cè)主要蝕刻工藝的終點(diǎn)的橫剖面圖。此處所使用的，“干涉量測(cè)術(shù)”為利用一光檢測(cè)儀器來(lái)檢測(cè)當(dāng)光子束入射到將被蝕刻的層表面上時(shí)的具有一定波長(zhǎng)的光子束的反射部分。多個(gè)光束B(niǎo)1、B2、及B3被射向被蝕刻的薄膜層，即墊片層108。如示，一部份射向墊片層108的光束B(niǎo)1、B2、及B3被墊片層108的上表面108a反射而分別產(chǎn)生光束B(niǎo)1-a、B2-a、及B3-a。然而，如圖示，另外一部份光束B(niǎo)1、B2、及B3被墊片層108的下表面108b反射而分別產(chǎn)生光束B(niǎo)1-b、B2-b、及B3-b。反射光束B(niǎo)1-a和B1-b或B2-a和B2-b或B3-a和B3-b產(chǎn)生光學(xué)干涉而產(chǎn)生最大強(qiáng)度及最小強(qiáng)度條紋。隨著主要蝕刻工藝的進(jìn)行與墊片層108厚度的減少，反射光束B(niǎo)1-a和B1-b或B2-a和B2-b或B3-a和B3-b(即任何個(gè)別的光束對(duì))的強(qiáng)度隨時(shí)間作周期性的正弦波動(dòng)。那就是，相鄰最大或最小條紋之間產(chǎn)生一距離，可用來(lái)測(cè)量在一特定時(shí)間被去除的材料的厚度。舉例來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，主要蝕刻工藝的蝕刻深度d1可通過(guò)計(jì)算在一特定波長(zhǎng)處的干涉條紋的具體數(shù)目來(lái)得到。
通過(guò)計(jì)算干涉條紋的數(shù)目來(lái)計(jì)算蝕刻深度d1的方法通過(guò)圖4C將更容易了解。圖4C為依照本發(fā)明的實(shí)施例，描繪反射的干涉光束B(niǎo)1-a及B1-b的強(qiáng)度對(duì)蝕刻時(shí)間的繪圖400的正弦曲線(xiàn)406。如示，圖400說(shuō)明了反射光束B(niǎo)1-a及B1-b隨著蝕刻操作進(jìn)行(即x軸402)，其強(qiáng)度的變化(即y軸404a)。多個(gè)最大干涉條紋406a、406b、406c、及406d分別對(duì)應(yīng)到在時(shí)間t1、t3、t5、及t7時(shí)的強(qiáng)度I4。如圖示，兩相鄰最大條紋406a與406b之間的距離D1、兩相鄰最大條紋406b與406c之間的距離D2、及兩相鄰最大條紋406c與406d之間的距離D3都等于x。依此方式，若有需要的話(huà)，當(dāng)任何最大條紋406b、406c、或406d被檢測(cè)為分別對(duì)應(yīng)到墊片層108被去除的厚度x、2x或3x時(shí)，主要蝕刻操作便可以被控制。因此非常有利的，IEP檢測(cè)法可用來(lái)在擊穿多晶硅柵極的機(jī)會(huì)發(fā)生前停止蝕刻操作，如此可減少不良元件的數(shù)目。
通過(guò)達(dá)到一要求蝕刻深度，留下一層墊片薄層108而停止墊片層108的主要蝕刻操作通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中圖4D中的圖400’的曲線(xiàn)408及410將可更容易了解。如示，如圖400’顯示了反射光束強(qiáng)度(y軸404’)隨蝕刻操作進(jìn)行(x軸402’)的變化。特別地，曲線(xiàn)408描繪出當(dāng)墊片層108被蝕刻時(shí)，波長(zhǎng)為550nm的光束其強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，而曲線(xiàn)410則顯示了波長(zhǎng)為250nm時(shí)的狀況。對(duì)于每一個(gè)所舉出的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，實(shí)施IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法的主要蝕刻操作都是起始于時(shí)間0和強(qiáng)度0且中斷于時(shí)間約120,000毫秒時(shí)。如圖示，在具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)550nm的曲線(xiàn)408中，可以檢測(cè)到兩相鄰最大條紋408a及408b之間有較大的時(shí)間間距。相對(duì)來(lái)說(shuō)，在具有較短波長(zhǎng)250nm的曲線(xiàn)410中，可以檢測(cè)到兩相鄰最大條紋410a及410b之間有較小的時(shí)間間距。
此處需注意，墊片層108的主要蝕刻操作可被中斷于一要求的蝕刻深度而留下一薄墊片層，與光束的波長(zhǎng)及相鄰條紋的數(shù)目無(wú)關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，蝕刻深度可依關(guān)系式2d＝N(λ/n)來(lái)決定，其中d為沿光束的路徑的層厚(如墊片層108)，λ為光子束的波長(zhǎng)，n為沿光子路徑的薄膜層的折射率，N為條紋計(jì)數(shù)的數(shù)目。因此，當(dāng)施行墊片層108的主要蝕刻操作時(shí)，兩相鄰最大條紋408a及408b之間的距離在波長(zhǎng)為550nm時(shí)約為112nm(氮化物n＝2.04，N＝1)的氮化物厚度，而兩相鄰最大條紋410a及410b之間的距離在波長(zhǎng)為250時(shí)約為62nm。因此，如之前所提到的，光子束的波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，相鄰最大條紋之間的距離也愈大。因此，為了成功達(dá)到主要蝕刻操作所需要的正弦周期數(shù)目根據(jù)所使用光子束的波長(zhǎng)而改變。即是，波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，可觀(guān)察的正弦周期的數(shù)目愈少，相反，波長(zhǎng)愈短，可檢測(cè)的正弦周期的數(shù)目愈多。在此實(shí)施例中，在IEP終點(diǎn)時(shí)，短波長(zhǎng)可以讓更好地控制留下的厚度。
相對(duì)于墊片層108的蝕刻是通過(guò)利用IEP終點(diǎn)偵測(cè)控制而停止的圖400’，本發(fā)明實(shí)施例中，圖4E中的圖400”的曲線(xiàn)412及414說(shuō)明如果主要蝕刻工藝已經(jīng)穿過(guò)墊片層108的終點(diǎn)時(shí)，IEP蝕刻終點(diǎn)的信號(hào)。如示，波長(zhǎng)400nm的曲線(xiàn)412有多個(gè)最大條紋412a、412b、及412c，而波長(zhǎng)250nm的曲線(xiàn)414有多個(gè)最大條紋414a到414f。如圖示，曲線(xiàn)412及414相交于點(diǎn)413t及413t’。如示，在點(diǎn)413t及413t’之間所形成的環(huán)狀區(qū)域造成正弦周期的中斷，以此做為蝕刻操作結(jié)束的信號(hào)。因此，依此方式是非常有利的，通過(guò)IEP檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)的正弦周期被用來(lái)監(jiān)控主要蝕刻操作，便可采用一較積極的蝕刻速率，可在主要蝕刻操作到達(dá)下一層之前將其中斷。
圖5A為依照本發(fā)明的實(shí)施例，在直接去除墊片薄層108’的過(guò)蝕刻工藝(即第二蝕刻操作)之后，墊片108c沿著柵極106的側(cè)壁形成的橫剖面圖。在一個(gè)例子中，過(guò)蝕刻工藝為一時(shí)間模式的蝕刻操作。在另外的例子中，利用時(shí)間模式蝕刻法的過(guò)蝕刻工藝可以用OES來(lái)監(jiān)控。在該蝕刻操作中，墊片薄層108’(即過(guò)蝕刻層)利用具有基本高選擇性的蝕刻化學(xué)品來(lái)去除。此處所提到，高選擇性定義為相對(duì)于下層材料(如氧化物)的去除速率，墊片薄層108’的去除速率較高。在一示范性的實(shí)施中，如圖5A的實(shí)施例所示，在過(guò)蝕刻操作中，盡管蝕刻化學(xué)品對(duì)多晶硅及氧化物有高選擇性，但還是會(huì)有一部份下層?xùn)艠O氧化層104被去除。結(jié)果在過(guò)蝕刻操作之后，具有厚度小于柵極氧化層104的柵極氧化層104’會(huì)留下來(lái)。
特別地，過(guò)蝕刻操作持續(xù)一段預(yù)先決定的時(shí)間。在一個(gè)例子中，過(guò)蝕刻操作持續(xù)時(shí)間介于大約10”及大約150”之間，更好是介于約20”及130”之間，而最好在50”左右。在一實(shí)施例中，OES可用來(lái)監(jiān)控過(guò)蝕刻操作。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)進(jìn)行墊片薄層108’的蝕刻時(shí)，在蝕刻反應(yīng)室中的蝕刻劑分子和墊片材料會(huì)不斷的發(fā)射信號(hào)。然而，隨著過(guò)蝕刻操作的進(jìn)行與預(yù)先決定時(shí)間的接近，發(fā)射光產(chǎn)生變化而做為過(guò)蝕刻操作結(jié)束的信號(hào)。
在蝕刻反應(yīng)室中利用OES監(jiān)控發(fā)射信號(hào)的變化的情形，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例中圖5B及5C的圖500及500’的曲線(xiàn)506及506’將可更容易了解。圖500及500’以強(qiáng)度為y軸(分別為504及504’)，時(shí)間為x軸(分別為502及502’)，顯示了在過(guò)蝕刻操作過(guò)程中，蝕刻反應(yīng)室內(nèi)發(fā)射的光強(qiáng)度的變化。如示，在墊片層108及下層氧化物104的界面處，即點(diǎn)506a及506a’，圖500上升而圖500’下降，代表了過(guò)蝕刻操作的終點(diǎn)。此強(qiáng)度對(duì)時(shí)間曲線(xiàn)圖突然的變化則代表墊片材料濃度的減少及下層?xùn)艠O氧化物濃度的增加。
圖6為依照本發(fā)明的實(shí)施例，說(shuō)明一示范性的原位二步驟蝕刻操作系統(tǒng)600的示意橫剖面圖，其實(shí)施IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法及利用OES監(jiān)控時(shí)間模式過(guò)蝕刻方法。此原位二步驟蝕刻操作系統(tǒng)600包含一個(gè)內(nèi)含靜電夾頭(ESC)606的蝕刻反應(yīng)室604、一接地的射頻(RF，Radio Frequency)功率元件618、一接地的ESC功率元件620、一光源616、一IEP終點(diǎn)監(jiān)控電路622、及一OES終點(diǎn)監(jiān)控電路624。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，蝕刻反應(yīng)室604包含用來(lái)將等離子體612限制在等離子體區(qū)域614內(nèi)的多個(gè)封鎖環(huán)610。此外，蝕刻反應(yīng)室604還包含一具有多個(gè)孔608a及一透光孔608b的中央注射器608。在另一個(gè)實(shí)施例中，中央注射器可被設(shè)計(jì)為蓮蓬頭型。依此設(shè)計(jì)，反應(yīng)氣體(即蝕刻化學(xué)品)通過(guò)多個(gè)孔608a被引進(jìn)蝕刻反應(yīng)室604內(nèi)。在圖6的實(shí)施例中，偏壓耦合ESC 606的偏置射頻功率元件620被用來(lái)由下方激發(fā)等離子體612，而射頻功率元件619(TCP)耦合等離子體反應(yīng)室頂端窗口并且被用來(lái)由上方激發(fā)等離子體612。
在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，ESC 606為一具有被設(shè)計(jì)做為正負(fù)電極的一對(duì)導(dǎo)電部分的單極靜電夾頭。然而，在不同的實(shí)施例中，一雙極靜電夾頭亦可被利用。因此，一旦ESC功率元件620及射頻功率元件619開(kāi)始作用，激發(fā)蝕刻反應(yīng)室604內(nèi)部的等離子體612，便會(huì)在ESC 606的相對(duì)電極上引發(fā)正電壓與負(fù)電壓。結(jié)果，在ESC 606的正電極和負(fù)電極與晶片602的相應(yīng)覆蓋部分之間產(chǎn)生靜電力。依此方式，晶片602在通過(guò)IEP來(lái)控制的主要蝕刻與通過(guò)OES來(lái)監(jiān)控的時(shí)間模式過(guò)蝕刻過(guò)程中，便能穩(wěn)固的相對(duì)于ESC 606固定。
如示，通過(guò)透光孔608b，一光纖束616’用來(lái)將光線(xiàn)由光源616引導(dǎo)至晶片602上，而光纖束618用來(lái)接收由晶片602反射回來(lái)的光線(xiàn)。如示，光線(xiàn)束618耦合IEP終點(diǎn)監(jiān)控元件622來(lái)檢測(cè)反射光。
如上面的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例中，在通過(guò)IEP來(lái)控制的蝕刻操作與通過(guò)OES來(lái)監(jiān)控的過(guò)蝕刻操作中，可利用不同的處理氣體。此外，本發(fā)明的主要等離子體蝕刻操作被設(shè)計(jì)為遵循一特定工藝參數(shù)的組合以便蝕刻穿過(guò)一預(yù)先決定厚度的氮化物墊片層(如蝕刻反應(yīng)物反應(yīng)室壓力、氣體混合物、氣體流量、溫度、射頻功率(頂端及底端)、晶片相對(duì)于等離子體的位置等)。如接下來(lái)的表1-4所示，本發(fā)明的實(shí)施例可在一廣泛范圍的蝕刻參數(shù)及化學(xué)品之下作用良好。舉例來(lái)說(shuō)，如表1所示，某一個(gè)實(shí)施例中，在主要蝕刻過(guò)程(即IEP蝕刻過(guò)程)之間，利用C2F6、CH2F2、和O2的組合。
表1.IEP蝕刻工藝第一組替換性化學(xué)品范例

在不同的實(shí)施例中，如接下來(lái)表2-4所示，替代性蝕刻化學(xué)品可用在通過(guò)IEP來(lái)控制的蝕刻操作中。
表2 IEP蝕刻工藝第二組替代性化學(xué)品范例

表3 IEP蝕刻工藝第三組替代性化學(xué)品范例

表4 IEP蝕刻工藝第四組替代性化學(xué)品范例

在此需注意，光源616可以是任何適當(dāng)?shù)墓庠?如鎢鹵燈、水銀燈、氙氣燈等)。舉例來(lái)說(shuō)，鎢鹵燈所利用的波長(zhǎng)約介于400nm至850nm之間。同樣的，汞氬燈所利用的波長(zhǎng)約在254nm至850nm之間。同樣的，氙氣燈所利用的波長(zhǎng)約在250nm至850nm之間，而較佳的范圍約在250nm至650nm之間。
IEP終點(diǎn)監(jiān)控元件622可以是任何具有可檢測(cè)到由晶片602反射而來(lái)的寬的波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)器的裝置。此外，合適的IEP終點(diǎn)監(jiān)控元件622可包含一具有外圍設(shè)備(如輸入裝置、輸出裝置等)的適當(dāng)?shù)目删幊痰挠?jì)算機(jī)，此計(jì)算機(jī)可接收和分析由其檢測(cè)器元件接收的數(shù)據(jù)。此外，雖然在此實(shí)施例中，檢測(cè)器被設(shè)置為IEP終點(diǎn)監(jiān)控元件622的一個(gè)元件，但在不同的實(shí)施例中，檢測(cè)器元件和可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分開(kāi)來(lái)使用。另外，雖然此實(shí)施例中光纖616’及618分別用來(lái)將光線(xiàn)由光源引導(dǎo)至晶片及引導(dǎo)反射光給IEP終點(diǎn)監(jiān)控元件622的檢測(cè)器元件，但在不同實(shí)施例中，任何可實(shí)施這些功能的裝置都可使用(如反射鏡的結(jié)合等)。
IEP終點(diǎn)監(jiān)控元件622一檢測(cè)被蝕刻層(如氮化硅墊片材料)所需厚度的去除，蝕刻操作就停止而在整片晶片表面上留下一層大致上厚度相同的墊片薄層。接下來(lái)，蝕刻反應(yīng)室604的內(nèi)容物(如等離子體612、聚合物、副產(chǎn)物等)通過(guò)多個(gè)公知的排氣管613a及613b從蝕刻反應(yīng)室604中排出。
一釋放蝕刻反應(yīng)室604的內(nèi)容物，第二處理氣體就通過(guò)中央注射器608的孔608a被引入蝕刻反應(yīng)室604內(nèi)。接著通過(guò)啟動(dòng)ESC 606及中央注射器608，第二等離子體被激發(fā)而開(kāi)始第二蝕刻操作。此時(shí)，OES終點(diǎn)監(jiān)控元件624被用來(lái)監(jiān)控去除晶片602表面上殘留氮化物薄層的第二蝕刻操作的終點(diǎn)。在一個(gè)例子中，當(dāng)過(guò)蝕刻操作被OES所監(jiān)控時(shí)，過(guò)蝕刻會(huì)持續(xù)一段已預(yù)先決定的時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，蝕刻反應(yīng)室604內(nèi)限定的第二等離子體所發(fā)射的光的強(qiáng)度的變化會(huì)隨著蝕刻反應(yīng)室604內(nèi)的氮化物墊片層的濃度(即厚度)的減少而改變。
在圖6的實(shí)施例中，在蝕刻反應(yīng)室604及OES監(jiān)控元件624內(nèi)的OES檢測(cè)器元件之間的光纖束611被用來(lái)引導(dǎo)等離子體發(fā)射的光至可檢測(cè)發(fā)射光的OES檢測(cè)器。隨著蝕刻操作的進(jìn)行與預(yù)定時(shí)間的接近，蝕刻反應(yīng)室604內(nèi)被蝕刻材料(如氮化物)的濃度減少而使OES檢測(cè)器元件檢測(cè)到OES信號(hào)突然下降或上升，表明第二蝕刻操作(如過(guò)蝕刻)的終點(diǎn)。
如上面的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的等離子體蝕刻工藝被設(shè)計(jì)為遵循一特定工藝參數(shù)的組合以便蝕刻穿過(guò)殘留的墊片薄層(如蝕刻反應(yīng)物反應(yīng)室壓力、氣體混合物、氣體流量、溫度、射頻功率(頂端及底端)、晶片相對(duì)于等離子體的位置等)。如表5-6所示，本發(fā)明的實(shí)施例可在一廣泛范圍的各個(gè)參數(shù)之下作用良好。舉例來(lái)說(shuō)，如表5所示，一個(gè)實(shí)施例中，一組高選擇性化學(xué)品(如C2F6、CH2F2、和O2的組合)可用來(lái)蝕刻氮化物墊片薄層。
表5 過(guò)蝕刻的蝕刻化學(xué)品范例

然而，在不同的實(shí)施例中，如表6所示，一組對(duì)下面多晶硅層及氧化層具有高選擇性地替代性化學(xué)品可用來(lái)蝕刻氮化物墊片薄層。
表6過(guò)蝕刻工藝的蝕刻化學(xué)品范例

接下來(lái)參考本發(fā)明的實(shí)施例中，說(shuō)明在一設(shè)計(jì)做為基本精確控制蝕刻終點(diǎn)檢測(cè)的原位雙蝕刻處理器中施行的操作方法的圖7中的流程圖700。此方法由操作702開(kāi)始，其提供了一具有將被蝕刻的毯覆式氮化層的基板。此毯覆式氮化層覆蓋在一柵極結(jié)構(gòu)上，在一個(gè)實(shí)施例中其包含柵極氧化層及多晶硅層。然后，在操作704中，利用第一蝕刻劑氣體的第一主要蝕刻操作被實(shí)施。此主要蝕刻操作利用IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法，在主要蝕刻操作期間控制氮化層的去除，如此使得整片晶片表面上留下的氮化層厚度都能保持均勻。舉例來(lái)說(shuō)，此主要蝕刻操作利用C2F6、CH2F2、及O2；C2F6、CH2F2、及O2；HBr、SF6、及O2；或者CF4、HBr、及O2等組合作為蝕刻劑氣體。依此方式非常有利，當(dāng)蝕刻操作進(jìn)行時(shí)，此積極性的主要蝕刻操作可以精確控制氮化層的去除。
接續(xù)到操作706，當(dāng)留下一層薄毯覆式氮化層時(shí)，第一蝕刻操作通過(guò)IEP的控制而停止。如之前詳細(xì)的說(shuō)明，此例中被去除氮化層的厚度(即蝕刻深度)可通過(guò)在一特定波長(zhǎng)下的干涉條紋的數(shù)目計(jì)算而得到。在此實(shí)施例中，在第一主要蝕刻操作完成時(shí)，毯覆式氮化層殘留的厚度約由50埃到300埃，較佳范圍是介于約100埃到200埃之間，而較佳厚度約為100埃。
進(jìn)行到操作708，第二蝕刻操作(即過(guò)蝕刻)利用第二蝕刻劑氣體的組合來(lái)施行，并通過(guò)非IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法來(lái)監(jiān)控。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，第二蝕刻操作為一時(shí)間模式蝕刻操作。在另一個(gè)例子中，利用時(shí)間模式法的過(guò)蝕刻操作通過(guò)OES來(lái)監(jiān)控。然而，在不同的例子中，過(guò)蝕刻時(shí)間模式蝕刻操作可通過(guò)任何適合作為檢測(cè)毯覆式氮化物薄層的蝕刻終點(diǎn)的非IEP蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控方法來(lái)監(jiān)控(如電容調(diào)整設(shè)定改變等)。
較佳地，過(guò)蝕刻(即第二蝕刻操作)利用對(duì)上層氮化硅材料而不是下層材料(即柵極氧化層的氧化硅材料及多晶硅柵極的多晶硅材料)具有高選擇性的蝕刻氣體組合(如對(duì)氧化硅來(lái)說(shuō)為HBr/O2/SF6等，對(duì)多晶硅來(lái)說(shuō)為CH2F2/C2F6/O2等)。眾所周知，此高選擇性蝕刻劑氣體可去除氮化層而對(duì)下層材料有最小的影響。舉例來(lái)說(shuō)，此高選擇性蝕刻劑氣體可以是C2F6、CH2F2、及O2的組合。在不同的實(shí)施例中，過(guò)蝕刻操作可采用對(duì)下層材料具有中等選擇性的蝕刻劑氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，此中等選擇性蝕刻劑氣體是O2，HBr、及SF6的組合。
接下來(lái)在操作710中，當(dāng)過(guò)蝕刻操作已進(jìn)行了一段預(yù)定時(shí)間時(shí)，過(guò)蝕刻(即第二蝕刻)操作便會(huì)停止。在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)蝕刻操作通過(guò)非IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法來(lái)監(jiān)控。在某一個(gè)實(shí)施例中，此非IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法為OES。當(dāng)過(guò)蝕刻操作通過(guò)OES來(lái)監(jiān)控時(shí)，被去除的氮化物的發(fā)射的光的強(qiáng)度的減小產(chǎn)生了一顯著的變化。在某些例子中，此顯著變化為發(fā)射的光的強(qiáng)度的下降或上升。舉例來(lái)說(shuō)，在不同的實(shí)施例中，在通過(guò)偏置補(bǔ)償蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法來(lái)監(jiān)控的第二蝕刻操作中，此顯著變化為一先前確定及預(yù)期的步驟在電壓方面的上升或下降。
在一原位雙蝕刻處理系統(tǒng)中施行并在主要蝕刻操作過(guò)程中實(shí)施IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法及過(guò)蝕刻操作過(guò)程中采用時(shí)間模式的操作方法，參考本發(fā)明實(shí)施例的圖8中的流程圖800可以更容易了解。此方法開(kāi)始于操作802，其提供具有柵極結(jié)構(gòu)的基板。如之前所述，柵極結(jié)構(gòu)包含形成于柵極氧化層上的多晶硅柵極。接著，在操作804中，氮化硅層沉積于基板及柵極結(jié)構(gòu)的表面之上。在某實(shí)施例中，此氮化硅層利用CVD沉積技術(shù)而形成。接下來(lái)，基板被送入一蝕刻反應(yīng)室中。
在操作808中，第一蝕刻劑氣體被引入蝕刻反應(yīng)室中。如上所述，在某個(gè)例子中，蝕刻劑氣體利用蝕刻反應(yīng)室中的蓮蓬頭(或氣體注射器)被引入蝕刻反應(yīng)室中。此外，選擇第一蝕刻劑氣體以便施行一積極性的蝕刻操作。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝晃g刻操作利用IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法時(shí)，在較佳的實(shí)施例中第一蝕刻劑氣體是C2F6、CH2F2、及O2的組合。在替代性的實(shí)施中，CH2F2、及O2；HBr、SF6、及O2；或者CF4、HBr和O2等組合被用來(lái)作為第一蝕刻劑氣體。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)利用較佳的第一蝕刻劑氣體組合時(shí)，先設(shè)定C2F6的流量，接著再設(shè)定CH2F2的流量。最后，設(shè)定O2的流量。每一個(gè)氣體流量的范圍、較佳范圍、及最佳條件如表1-4所示。
接下來(lái)，蝕刻反應(yīng)室被啟動(dòng)以便激發(fā)第一等離子體，開(kāi)始第一蝕刻操作。在某個(gè)例子中，分別設(shè)定好頂端電極及底端電極功率。如之前所述，每一個(gè)頂端與底端電極都結(jié)合了射頻功率。然后，設(shè)定壓力。很有利地，本發(fā)明的實(shí)施例可施行蝕刻操作以便產(chǎn)生橫向平滑的墊片。在某實(shí)施例中，此任務(wù)通過(guò)降低提供給底端電極的功率而實(shí)現(xiàn)。依此方式，在某個(gè)例子中，依照被蝕刻層及蝕刻化學(xué)品的性質(zhì)，工藝的蝕刻操作的因子可以蓋過(guò)沉積因子，如此可以將墊片層減到最小。
操作812中，從基板表面反射的光被監(jiān)測(cè)。在某個(gè)例子中，這通過(guò)光檢測(cè)器監(jiān)控光子束射向基板表面的那部分而達(dá)到。對(duì)于任一個(gè)波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)瘜颖蝗コ龝r(shí)，相鄰最大或最小條紋之間的距離被用來(lái)測(cè)量氮化層的厚度。以此方式，第一蝕刻操作的進(jìn)展簡(jiǎn)單地通過(guò)觀(guān)察與計(jì)算正弦周期的數(shù)目來(lái)監(jiān)控。接著，在操作814中，第一蝕刻操作停止而留下一毯覆式氮化硅薄層。以此方式，通過(guò)利用IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法，便可以利用一積極性的第一蝕刻操作來(lái)精確地控制蝕刻過(guò)程，而不需擔(dān)心關(guān)于和現(xiàn)有技術(shù)中的柵極氧化層被擊穿的問(wèn)題。其后，在操作816中，第一等離子體被排出等離子體反應(yīng)室。
在接下來(lái)的操作818中，第二蝕刻氣劑體被引入蝕刻反應(yīng)室中。在某實(shí)施例中，第二蝕刻操作利用OES蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法來(lái)監(jiān)控蝕刻終點(diǎn)。較佳地，利用高選擇性蝕刻劑氣體來(lái)去除留下的氮化硅薄層。然而，中等選擇性的蝕刻劑氣體也可被使用，視工藝參數(shù)而定。
接下來(lái)，在操作820中，蝕刻反應(yīng)室被啟動(dòng)，激發(fā)第二蝕刻劑氣體。如前所述，啟動(dòng)蝕刻反應(yīng)室包含了設(shè)定頂端電極及底端電極的大小與設(shè)定壓力大小。以此方式，有利的，舉例來(lái)說(shuō)，氮化物墊片層的形狀可通過(guò)改變底端電極的大小而被精確地控制。
在操作824中，第二蝕刻操作期間所產(chǎn)生的光信號(hào)被監(jiān)控。如前所述，被檢測(cè)的光信號(hào)的強(qiáng)度正比于被蝕刻材料(如氮化硅)的濃度。因此，隨著氮化硅薄層被去除，蝕刻反應(yīng)室中的氮化硅也隨之降低，代表快速接近第二蝕刻操作的終點(diǎn)。接著，在操作826中，一旦第二蝕刻操作已持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間，第二蝕刻操作便會(huì)停止。在某個(gè)例子中，在第二蝕刻操作停止之前，可檢測(cè)到一明顯的OES信號(hào)。在某一個(gè)例子中，OES明顯的變化為在強(qiáng)度對(duì)時(shí)間曲線(xiàn)圖中的下降，而在不同的例子中，此變化為在圖中的上升。然后，在操作828中，基板從蝕刻反應(yīng)室中移出而預(yù)備另外的制造工藝。
雖然在此實(shí)施例中，第二蝕刻操作利用時(shí)間模式來(lái)停止過(guò)蝕刻處理，但在不同的實(shí)施例中，任何合適的方法都可以用來(lái)掌握過(guò)蝕刻的終點(diǎn)(如電容改變等)。此外，雖然在此實(shí)施例中，OES法被用來(lái)監(jiān)控過(guò)蝕刻處理，但在不同實(shí)施例中任何合適的蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)都可以被使用(如偏置電壓的改變等)。另外，在不同的蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，任何可分辨的信號(hào)都可以代表蝕刻終點(diǎn)的變化。此外，不管信號(hào)的形狀，每一個(gè)蝕刻操作的終點(diǎn)都是通過(guò)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)圖中明顯的形狀變化來(lái)表示。因此，在樣本基板上實(shí)施樣本蝕刻操作可用來(lái)決定IEP蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)法所利用的特定正弦周期數(shù)及實(shí)施過(guò)蝕刻操作的時(shí)間周期與OES蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控信號(hào)的特征與形狀。以此方式，可指示IEP終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)尋求預(yù)定正弦周期數(shù)、預(yù)定過(guò)蝕刻的時(shí)間長(zhǎng)度及OES圖中明確的特征與形狀以便定出各階段的蝕刻終點(diǎn)。
雖然前述發(fā)明已在某些細(xì)節(jié)中說(shuō)明清楚，但很明顯的，本發(fā)明可在不離開(kāi)附屬的權(quán)利要求的范圍下作一些變化及修改。舉例來(lái)說(shuō)，在此說(shuō)明的實(shí)施例可用在具有任何種類(lèi)的金屬導(dǎo)線(xiàn)(如銅、鋁、鎢及其他金屬或合金)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造中。此外，雖然所提到的參數(shù)都是關(guān)于一示范性的8英寸晶片，但這些參數(shù)可做一些修改而應(yīng)用到不同大小及形狀的基板上，就如它們被用在半導(dǎo)體元件及平面顯示器的制造一樣。因此本實(shí)施例應(yīng)被視為舉例性而非限制性，且本發(fā)明并非由前述說(shuō)明所限制，所有與附屬的權(quán)利要求范圍意義相等的變化均應(yīng)包含在本發(fā)明之中。
權(quán)利要求
1.一種柵極結(jié)構(gòu)的墊片的制造方法，包含實(shí)施利用第一蝕刻劑氣體的第一蝕刻操作，該第一蝕刻操作被設(shè)置為利用干涉量測(cè)終點(diǎn)(IEP)偵測(cè)法來(lái)檢測(cè)具有一特定厚度的墊片層的一部分的去除狀況；一去除該墊片層的該部分就停止該第一蝕刻操作而留下一墊片薄層；實(shí)施利用第二蝕刻劑氣體的第二蝕刻操作，該第二蝕刻操作被用來(lái)去除該墊片層；及在第二蝕刻操作已持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間之后停止該第二蝕刻操作；其中第二蝕刻操作被設(shè)置為去除墊片薄層而留下柵極結(jié)構(gòu)的墊片。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該第二蝕刻操作被設(shè)置為通過(guò)一非IEP蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控法來(lái)監(jiān)控。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中該IEP蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控法被用來(lái)監(jiān)控被墊片層所反射的光子束以便在第一蝕刻操作中利用相鄰最大強(qiáng)度之間的距離來(lái)決定蝕刻深度的厚度。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中該非IEP蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控法為光學(xué)放射光譜(OES)法。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中該墊片層為一氮化層。
6.一種柵極結(jié)構(gòu)的墊片的制造方法，包含實(shí)施利用第一蝕刻劑氣體的第一蝕刻操作，該第一蝕刻操作被設(shè)置為利用干涉量測(cè)終點(diǎn)(IEP)偵測(cè)法來(lái)檢測(cè)具有一特定厚度的墊片層的一部分從基板表面上去除的狀況，而留下一墊片薄層；及實(shí)施利用第二蝕刻劑氣體并持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間的第二蝕刻操作；其中該第二蝕刻操作被設(shè)置為去除墊片薄層而留下柵極結(jié)構(gòu)的墊片。
7.一種氮化硅的墊片的形成方法，該方法包含在其上形成有柵極結(jié)構(gòu)的基板上沉積一氮化硅墊片層；在等離子體反應(yīng)室中對(duì)該氮化硅墊片層實(shí)施第一蝕刻操作；監(jiān)控被氮化硅墊片層所反射的光；停止該第一蝕刻操作以在基板表面和其上形成的柵極結(jié)構(gòu)上留下一墊片薄層；排出在等離子體反應(yīng)室中的第一等離子體內(nèi)容物；在該等離子體反應(yīng)室中實(shí)施第二蝕刻操作，該第二蝕刻操作被用來(lái)去除該墊片薄層；監(jiān)控在第二蝕刻操作中由第二等離子體所產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)；及在第二蝕刻操作已持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間之后停止該第二蝕刻操作；其中該第一蝕刻操作及該第二蝕刻操作均于原位實(shí)施以便于控制氮化物墊片的形狀及墊片層的去除。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中監(jiān)控被基板表面反射的光包含引導(dǎo)一光子束到氮化物墊片層上；觀(guān)測(cè)被氮化物墊片層所反射的光子束；及決定當(dāng)?shù)谝晃g刻操作進(jìn)行時(shí)的蝕刻深度。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中決定蝕刻深度包含監(jiān)測(cè)反射光的強(qiáng)度；決定兩相鄰最大強(qiáng)度對(duì)之間的距離；及利用相鄰最大強(qiáng)度之間的距離來(lái)決定蝕刻深度的厚度。
10.如權(quán)利要求7的方法，其中在等離子體反應(yīng)室中實(shí)施第一蝕刻操作包含引入第一蝕刻劑氣體到等離子體反應(yīng)室中；及啟動(dòng)等離子體反應(yīng)室來(lái)激發(fā)第一等離子體，以開(kāi)始第一蝕刻操作。
11.如權(quán)利要求7的方法，其中在等離子體反應(yīng)室中實(shí)施第二蝕刻操作包含引入第二蝕刻劑氣體到等離子體反應(yīng)室中；及啟動(dòng)等離子體反應(yīng)室來(lái)激發(fā)第二等離子體，以開(kāi)始第二蝕刻操作。
12.如權(quán)利要求7的方法，其中該墊片薄層厚度被設(shè)置的范圍約在50埃至300埃之間。
13.如權(quán)利要求7的方法，其中該墊片薄層厚度被設(shè)置的范圍約在100埃至200埃之間。
14.如權(quán)利要求7的方法，其中該墊片薄層的厚度被設(shè)置為約100埃。
15.如權(quán)利要求10的方法，其中第一蝕刻劑氣體為C2F6、CH2F2、及O2的組合、CF4、CH2F2、及O2的組合、及CF4、HBr、及O2的組合的其中一個(gè)。
16.如權(quán)利要求11的方法，其中第二蝕刻劑氣體為C2F6、CH2F2、及O2的組合及O2、HBr、及SF6的組合的其中一個(gè)。
17.一種原位二步驟蝕刻終點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含蝕刻反應(yīng)室，包含靜電夾頭(ESC)、頂端電極、及底端電極，ESC被用來(lái)支撐具有在柵極結(jié)構(gòu)上形成的墊片層的晶片；干涉量測(cè)終點(diǎn)(IEP)監(jiān)控系統(tǒng)，被用來(lái)監(jiān)控在第一蝕刻操作中被墊片層所反射的光子束；及非IEP終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，被設(shè)置為利用監(jiān)控蝕刻時(shí)間來(lái)監(jiān)測(cè)第二蝕刻操作；其中實(shí)施IEP監(jiān)控系統(tǒng)的第一蝕刻操作被停止以便留下在第二蝕刻操作中將被蝕刻的墊片薄層。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中該非IEP蝕刻終點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)被設(shè)置為利用光學(xué)放射光譜(OES)來(lái)監(jiān)控第二蝕刻操作。
19.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中該IEP監(jiān)控系統(tǒng)被設(shè)置為監(jiān)控墊片層反射的光子束，以便在第一蝕刻操作中利用相鄰最大強(qiáng)度之間的距離來(lái)決定蝕刻深度的厚度。
20.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中第一蝕刻操作利用蝕刻劑氣體，該蝕刻劑氣體為C2F6、CH2F2、及O2的組合、CF4、CH2F2、及O2的組合、及CF4、HBr、及O2的組合的其中一個(gè)，而第二蝕刻操作利用第二蝕刻劑氣體，該第二蝕刻劑氣體為C2F6、CH2F2、及O2的組合及O2、HBr、及SF6的組合的其中一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種柵極結(jié)構(gòu)的墊片的制造方法。此方法實(shí)施利用第一蝕刻劑氣體的第一蝕刻操作。此第一蝕刻操作被設(shè)置為利用干涉量測(cè)終點(diǎn)(IEP，Interferometry Endpoint)偵測(cè)法來(lái)檢測(cè)具有一特定厚度之墊片層的一部分從基板表面上去除的狀況，如此留下一墊片薄層。此方法還包含實(shí)施利用第二蝕刻劑氣體并持續(xù)一預(yù)定時(shí)間的第二蝕刻操作。此第二蝕刻操作被設(shè)置為去除墊片薄層而留下柵極結(jié)構(gòu)的墊片。
文檔編號(hào)H01L21/8234GK1633707SQ02826533
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者周文彬, 程士遠(yuǎn), 杜文江 申請(qǐng)人:蘭姆研究有限公司