改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备技术

本发明专利技术提供了一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备，包括提供衬底，在衬底上依次形成栅极材料层和硬掩模层；以第一工艺参数进行BT刻蚀，并进行OCD测量获得第一测量角度；进行ME刻蚀，其中根据第一测量角度调整ME刻蚀的工艺参数，并在ME刻蚀后进行OCD测量获得第二测量角度；进行SL刻蚀形成栅极，其中根据第二测量角度调整SL刻蚀的工艺参数，并在SL刻蚀后进行OCD测量获得第三测量角度；然后将上述每个测试步骤的工艺参数和测量角度反馈至下一栅极刻蚀。本发明专利技术在栅极刻蚀工艺的每个步骤之后进行OCD测量，并根据OCD测量的角度调整下一刻蚀步骤的工艺参数，提高了栅极刻蚀形貌的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展以及线宽(CriticalDimension，CD)的不断缩小，半导体制造设备的性能要求日益提高，晶圆间的一致性和刻蚀的稳定性均有了更严格的评价标准。尤其是涉及到关键性的栅极刻蚀工艺时，栅极形貌的稳定性会直接影响晶圆接受测试(WaferAcceptanceTest，WAT)的稳定性。现有的栅极刻蚀工艺中，OCD角度(OpticalCDangle)的测量步骤通常在完成多晶硅栅极的所有刻蚀步骤之后进行，对刻蚀设备的稳定性和工艺窗口的要求很高。随着线宽的不断缩小，现有的栅极刻蚀工艺无法满足更高的工艺要求。以55nm的栅极刻蚀工艺为例，影响栅极形貌主要的刻蚀步骤为初刻蚀(BreakThrough，BT)、主刻蚀(MainEtch，ME)和软刻蚀(SoftLanding，SL)，若在所述刻蚀步骤全部结束后再进行OCD角度测量，则无法在刻蚀过程中控制栅极的形貌，导致栅极形貌的稳定性降低，无法满足工艺要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备，在栅极刻蚀工艺的每个步骤之后进行OCD测量，并根据OCD测量的角度调整下一刻蚀步骤的工艺参数，以提高栅极刻蚀形貌的稳定性。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备，所述改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法包括：提供衬底，在所述衬底上依次形成栅极材料层和硬掩模层；进行BT刻蚀，以第一工艺参数刻蚀所述硬掩模层和所述栅极材料层，并在BT刻蚀后进行第一次OCD测量，获得第一测量角度；进行ME刻蚀，根据所述第一测量角度调整ME刻蚀的工艺参数至第二工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层，在ME刻蚀后进行第二次OCD测量，获得第二测量角度；进行SL刻蚀，根据所述第二测量角度调整SL刻蚀的工艺参数至第三工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层以形成栅极，在SL刻蚀后进行第三次OCD测量，获得第三测量角度；将所述第一测量角度、所述第二测量角度、所述第三测量角度、第一工艺参数、第二工艺参数及第三工艺参数反馈至下一栅极刻蚀。可选的，所述OCD测量步骤包括：测量刻蚀深度以及刻蚀角度，所述刻蚀角度为被刻蚀的侧壁或刻蚀形成的侧壁与水平面的夹角。可选的，所述工艺参数反馈步骤包括：根据刻蚀角度调整刻蚀工艺参数的过程包括：将所述刻蚀深度和所述刻蚀角度与设定的目标深度和目标角度进行对比，计算并反馈后续刻蚀步骤或下一次栅极刻蚀工艺中需要调整的工艺参数。可选的，所述工艺参数包括氧气流量、工艺温度或工艺压力的一种或几种。可选的，所述氧气流量的设定值计算公式为：其中，Xm+1为下一个刻蚀步骤中需要的氧气流量；a为氧气流量变化对刻蚀角度的影响因子；A0为刻蚀角度的目标值，所述目标值由设计需求确定；Am为第m个刻蚀步骤中OCD测量结果中刻蚀角度；为前m个刻蚀步骤中OCD测量结果中刻蚀角度的加权平均值，m为整数且m≥2；b为加权平均系数。可选的，所述影响因子a的计算公式为：其中，ΔX为氧气流量的变化值；ΔA为刻蚀角度的变化值。可选的，所述加权平均系数b的取值为0.5。可选的，计算若干次所述栅极刻蚀工艺完成后反馈的所述工艺参数的加权平均值，并将所述栅极工艺参数的加权平均值反馈至下一次所述刻蚀工艺。可选的，所述BT刻蚀、所述ME刻蚀和所述SL刻蚀均采用干法刻蚀。可选的，所述衬底和所述栅极材料层之间还形成有氧化层。相应的，本专利技术还提供一种刻蚀设备，用于栅极刻蚀工艺，所述刻蚀设备包括刻蚀工艺腔和设置在所述刻蚀工艺腔一侧的OCD量测模块，所述OCD量测模块与所述刻蚀工艺腔连通且所述OCD量测模块与所述刻蚀工艺腔之间设置有隔离阀。可选的，进行OCD测量步骤时，打开所述隔离阀，所述OCD量测模块中的机械手将所述刻蚀工艺腔中的晶圆转移至OCD量测模块，以进行OCD测量；OCD测量步骤完成后，所述机械手将所述晶圆送回所述刻蚀工艺腔，并关闭所述隔离阀。可选的，所述工艺参数反馈步骤通过APC反馈系统和PFT设备计算并调整所述刻蚀设备需要调整的工艺参数及需要调整的量。综上所述，本专利技术提供一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法和刻蚀设备。所述改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法包括：提供衬底，在衬底上依次形成栅极材料层和硬掩模层；以第一工艺参数进行BT刻蚀，并进行OCD测量获得第一测量角度；进行ME刻蚀，其中根据第一测量角度调整ME刻蚀的工艺参数，并在ME刻蚀后进行OCD测量获得第二测量角度；进行SL刻蚀形成栅极，其中根据第二测量角度调整SL刻蚀的工艺参数，并在SL刻蚀后进行OCD测量获得第三测量角度；然后将上述每个测试步骤的工艺参数和测量角度反馈至下一栅极刻蚀。本专利技术提供的所述改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法在栅极刻蚀工艺的每个步骤之后进行OCD测量，并根据OCD测量的角度调整下一刻蚀步骤的工艺参数，以提高栅极刻蚀形貌的稳定性，满足严苛的工艺需求。进一步，本专利技术提供的刻蚀设备，通过在刻蚀工艺腔一侧设置OCD量测模块，满足栅极刻蚀工艺过程中OCD测量的需求，进而实现在栅极刻蚀过程中不断监控栅极的刻蚀形貌，进一步保证了栅极刻蚀形貌的稳定性。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法的流程图；图2-图5为本专利技术一实施例提供的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法中各个步骤对应的结构示意图；图6-图8为本实施例中所述改善栅极形貌稳定性的方法的效果示意图；图9为本专利技术一实施例提供的刻蚀设备的结构示意图；其中，附图标记如下：100-衬底；200-氧化层；300-栅极材料层；301-栅极；400-硬掩模层；1-刻蚀设备；11-刻蚀工艺腔；111-隔离阀；12-OCD量测模块；13-真空传输模块。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本专利技术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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。图1为本专利技术一实施例提供的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法的流程图。参阅图1，本实施例提供的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法包括：步骤S01：提供衬底，在所述衬底上依次形成栅极材料层和硬掩模层；步骤S02：进行BT刻蚀，以第一工艺参数刻蚀所述硬掩模层和所述栅极材料层，并在BT刻蚀后进行第一次OCD测量，获得第一测量角度；步骤S03：进行ME刻蚀，根据所述第一测量角度调整ME刻蚀的工艺参数至第二工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层，在ME刻蚀后进行第二次OCD测量，获得第二测量角度；步骤S04：进行SL刻蚀，根据所述第二测量角度调整SL刻蚀的工艺参数至第三工艺参数，继本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法，其特征在于，包括：/n提供衬底，在所述衬底上依次形成栅极材料层和硬掩模层；/n进行BT刻蚀，以第一工艺参数刻蚀所述硬掩模层和所述栅极材料层，并在BT刻蚀后进行第一次OCD测量，获得第一测量角度；/n进行ME刻蚀，根据所述第一测量角度调整ME刻蚀的工艺参数至第二工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层，在ME刻蚀后进行第二次OCD测量，获得第二测量角度；/n进行SL刻蚀，根据所述第二测量角度调整SL刻蚀的工艺参数至第三工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层以形成栅极，在SL刻蚀后进行第三次OCD测量，获得第三测量角度；/n将所述第一测量角度、所述第二测量角度、所述第三测量角度、第一工艺参数、第二工艺参数及第三工艺参数反馈至下一栅极刻蚀。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次形成栅极材料层和硬掩模层；
进行BT刻蚀，以第一工艺参数刻蚀所述硬掩模层和所述栅极材料层，并在BT刻蚀后进行第一次OCD测量，获得第一测量角度；
进行ME刻蚀，根据所述第一测量角度调整ME刻蚀的工艺参数至第二工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层，在ME刻蚀后进行第二次OCD测量，获得第二测量角度；
进行SL刻蚀，根据所述第二测量角度调整SL刻蚀的工艺参数至第三工艺参数，继续刻蚀所述栅极材料层以形成栅极，在SL刻蚀后进行第三次OCD测量，获得第三测量角度；
将所述第一测量角度、所述第二测量角度、所述第三测量角度、第一工艺参数、第二工艺参数及第三工艺参数反馈至下一栅极刻蚀。


2.如权利要求1所述的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法，其特征在于，所述OCD测量步骤包括：测量刻蚀深度以及刻蚀角度，所述刻蚀角度为被刻蚀的侧壁或刻蚀形成的侧壁与水平面的夹角。


3.如权利要求2所述的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法，其特征在于，根据刻蚀角度调整刻蚀工艺参数的过程包括：将所述刻蚀深度和所述刻蚀角度与设定的目标深度和目标角度进行对比，计算并反馈后续刻蚀步骤或下一次栅极刻蚀工艺中需要调整的工艺参数。


4.如权利要求1所述的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法，其特征在于，所述工艺参数包括氧气流量、工艺温度或工艺压力的一种或几种。


5.如权利要求4所述的改善栅极刻蚀形貌稳定性的方法，其特征在于，所述氧气流量的设定值计算公式为：






其中，Xm+1为下一个刻蚀步骤中需要的氧气流量；a为氧气流量变化对刻蚀角度的影响因子；A0为刻蚀角度的目标值，所述目标值由设计需求确定；Am为第m个刻蚀步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕亚冰，吴智勇，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31