[发明专利]刻蚀监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种刻蚀监测方法。

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，任何一步工艺出现问题，都可能会导致电路的失效。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，对各步制造工艺的控制提出了更为严格的要求，相应地，对各步制造工艺监测结果的准确性也提出了更高的要求。

以刻蚀工艺的监测为例，集成电路制造中，常需要利用刻蚀技术形成各种刻蚀孔(包括接触孔或通孔)，这些孔的刻蚀如果控制不好，将可能会导致电路开路，直接影响产品的成品率。图1为现有的刻蚀孔的剖面图，如图1所示，在衬底101上沉积介质层102后，再对介质层进行刻蚀，形成了刻蚀孔103、104和105。在实际生产中，一方面介质层102的沉积厚度不会完全均匀一致，不同的衬底或同一衬底的不同位置上该介质层的生长厚度都可能会存在一些差异，这可能会导致部分刻蚀孔未能刻蚀至衬底；另一方面，即使该介质层102的生长厚度都大致相同，不同位置处的介质层的刻蚀速率也会存在差别，同样可能会导致部分刻蚀孔未刻蚀到位。如图1所示，最终形成的刻蚀孔有的已刻蚀至衬底(103)，有的则在刻蚀孔底部残留了部分介质层未去除(104、105)。则这部分刻蚀未到位的刻蚀孔(电路中的接触孔或通孔)，会使得电路在该点连接失败，出现开路等不正常现象，导致电路失效。

现有的集成电路中，接触孔或通孔通常具有较小的尺寸和较大的纵宽比，这不仅增大了刻蚀工艺的实现难度，也提高了对刻蚀监测的要求。对于这类纵宽比较大的刻蚀孔，仅利用光学显微镜进行观察等简单方法是难以实现对刻蚀孔刻蚀质量的监测的，尤其是对于是否刻蚀到位等方面缺陷的监测，该光学方法更是无能为力。为此，现有技术中通常是在电路基本制成后，再对电路中的各接触孔或通孔进行电信号的在线测试，以检查其是否存在开路现象，从而判断其是否刻蚀到位，但这种方法是在工艺制造基本完成后再进行，对于刻蚀出现问题的产品也还要经过后续多步工艺处理后才能发现，造成了人力及物力的浪费。

另外，还可以采用监测试片对单步刻蚀工艺进行监测，其主要是利用扫描电子显微镜(SEM，Scanning Electron Microscope)来对刻蚀孔的剖面进行观察分析，判断刻蚀的质量。然而，该方法需要对刻蚀孔的剖面进行观察，操作较为复杂，且不能实现对刻蚀情况的全面监测。图2为现有的利用SEM方法进行刻蚀监测的监测位置示意图，如图2所示，考虑到同一晶片上刻蚀不均匀的可能性后，通常也只会对晶片200上的五个“×”201、202、203、204、205所在位置的刻蚀情况进行监测。而对于高密度的集成电路，接触孔或通孔的数量甚至会多达上亿个，现有的这种SEM监测方法的极低的监测概率既不能实现对刻蚀情况的全面监测，也无法满足现有的集成电路制造工艺所要求的监测的高准确性。此外，其所需的样品处理时间、SEM检测时间较长，效率较低。

为实现对刻蚀情况的全面监测，提高刻蚀工艺的监测概率，于2003年3月5日公开的公开号为CN1400644A的中国专利申请提出了一种利用SEM装置对晶片进行扫描的方法。该方法将晶片放置于SEM装置内进行扫描，利用硅与二氧化硅在电子束照射后会因材质不同而具有不同的充电效应，呈现出不同的影像色泽，来判断晶片的表面是硅还是二氧化硅，并依此判定刻蚀是否完全。然而，由于SEM扫描时产生的二次电子会引发荷电效应和边缘效应，结果扫描得到的各图像较为模糊，干扰了对监测结果的判断，影响到了监测的准确性。

发明内容

本发明提供一种刻蚀监测方法，以提高刻蚀监测的监测质量及监测的准确性。

本发明提供的一种刻蚀监测方法，包括步骤：

提供衬底；

在所述衬底上沉积介质层；

对所述介质层进行刻蚀，形成刻蚀孔；

将所述衬底放置于在线电压对比检测装置中进行扫描，得到扫描图像；

观察所述扫描图像，判断所述刻蚀孔的刻蚀情况是否满足要求。

其中，在所述衬底上沉积介质层前，还对所述衬底进行掺杂处理，且所述掺杂处理可以由高温炉扩散方法或离子注入方法完成。

其中，所述在线电压对比检测装置加入了正电场或负电场，且若所述在线电压对比检测装置进行扫描时加入正电场，则所述扫描图像中的亮场图形对应刻蚀到位的刻蚀孔；若加入负电场，则所述扫描图像中的暗场图形对应刻蚀到位的刻蚀孔。