[发明专利]一种磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，且特别涉及一种磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法。

背景技术

在半导体生产的工艺流程中，除去常规使用光刻胶作为刻蚀阻挡层之外，有些步骤需要使用其他介质层作为阻挡层，如氮化膜会用在STI(浅沟道隔离)刻蚀、多晶硅刻蚀工程中。在这些刻蚀完成后，都会使用磷酸湿法腐蚀来去除这层氮化膜。

半导体制造前段工艺中，目前仍然广泛使用湿法磷酸腐蚀的方法来去除作为硬掩膜的氮化硅层。虽然磷酸具有很高的选择比，但在处理过程中暴露的氧化膜仍然会被或多或少的腐蚀。随着半导体器件的关键尺寸不断减少，对于这部分氧化膜厚度的控制也变得越来越重要，业界开始通过一些手段来改善对氧化膜厚度的工艺控制。

如主流的工艺设备都具有部分换酸的功能，用来定时或者定量的方式补充磷酸来保证氧化膜腐蚀速率的相对稳定，(否则随着磷酸使用时间增加，对氧化膜的速率会持续下降)；更近一步，因为磷酸中硅的浓度和氧化膜的腐蚀速率成反向关系，有的工艺中使用硅离子浓度计来实时监控磷酸。一旦高于某个规格，就会补充新的磷酸来降低硅的浓度，使氧化膜速率在一定的区间内波动。

但是这些方法仍然存在一些不足。在速率发生了下降之后采取补酸来被动调整腐蚀速率，只能在一定的速率区间进行控制，所以处理完硅片的氧化膜厚度也会随之波动，无法达到精确地控制。而且在补充磷酸前后，其腐蚀速率也会出现一个台阶，这对最终厚度控制也是不利的。另一方面，这类方案只是针对了工艺本身的问题，而对产品的差别没有采取措施，所以无法对硅片带入的厚度差别进行改善。

发明内容

本发明提出一种磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法，通过采集实时的磷酸状况(腐蚀速率)和硅片前层氧化膜厚度，使用系统来计算出所需工艺时间，从而对磷酸腐蚀后氧化膜厚度进行较精确的控制，降低厚度波动，达到先进制程的要求。

为了达到上述目的，本发明提出一种磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法，包括下列步骤：

搜集每批硅片上需要控制的氧化膜厚度；

在产品开始处理前抓取实时磷酸中的硅浓度；

根据预设的对应关系计算得到氧化膜预设腐蚀速率；

使用前层厚度、预设腐蚀速率和目标厚度，自动计算出该批产品所需要的工艺时间；

按照计算所得的工艺时间在湿法磷酸设备中进行处理；

根据结果对计算预设腐蚀速率的参数进行修正。

进一步的，该方法根据磷酸中硅浓度和氧化膜腐蚀速率的对应关系来预估实时的氧化膜腐蚀速率，从而得到氧化膜预设腐蚀速率。

进一步的，所述工艺时间限定在工艺规格内，以防出现处理后的膜厚超标。

进一步的，该方法还包括对处理后的硅片再次进行氧化膜厚度测量。

进一步的，所述修正步骤为根据处理后的氧化膜厚度计算出实际的氧化膜腐蚀速率，和预设腐蚀速率进行对比，如果发现两者偏差超过一定范围，则会根据实际的腐蚀速率对后续的预设腐蚀速率进行修正，来保证氧化膜厚度的稳定。

进一步的，该方法采用先进工艺控制系统APC系统进行计算和控制处理。

本发明提出的磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法，可以应用于半导体制造领域，用于精确控制湿法磷酸腐蚀工艺的膜厚。通过这样的方法进行控制后可以明显提高产品在线厚度的工程能力，能够满足更小线宽尺寸器件的工艺要求。在特定的工艺流程中，因为能够在磷酸腐蚀工艺中精确控制氧化膜厚度，所以可以省略后续专门为控制氧化膜厚度而用的其他腐蚀步骤，降低制造成本和减少化学品的使用。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法流程图。

图2所示为采用本发明和现有技术处理后的氧化膜厚度对比图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法流程图。本发明提出一种磷酸刻蚀工艺中精确控制氧化膜厚度的方法，包括下列步骤：

步骤S100：搜集每批硅片上需要控制的氧化膜厚度；

步骤S200：在产品开始处理前抓取实时磷酸中的硅浓度；

步骤S300：根据预设的对应关系计算得到氧化膜预设腐蚀速率；