实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法及半导体刻蚀设备技术

本发明专利技术公开了一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法及半导体刻蚀设备，方法，包括：步骤1：基于预设的工艺配方对工艺腔室内的晶片进行通孔刻蚀工艺；步骤2：采集工艺腔室内反应气体等离子体辉光放电产生的OES光谱，实时获取OES光谱中特定元素发光波长对应的光谱信号强度，并计算光谱信号强度的斜率；步骤3：若当前时刻斜率位于对应的基准斜率范围之内，则继续刻蚀工艺，若当前时刻斜率位于对应的基准斜率范围之外，则调整特定工艺参数，使下一时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于下一时刻对应的基准斜率范围之内；步骤4：重复步骤2

【技术实现步骤摘要】
实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法及半导体刻蚀设备


[0001]本专利技术涉及半导体通孔刻蚀
，更具体地，涉及一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法及半导体刻蚀设备。

技术介绍

[0002]GaAs材料具有宽禁带，高频，高压，抗辐射、耐高温及发光效率高等特性，其下游应用领域包括：移动通信(智能手机等)、无线通信(基站)、光纤通信、LED、光伏、卫星导航等，它的工作频率主要在8GHz以内，适合中低功率器件如微基站和手机射频材料等。尽管GaAs材料具有杰出的电学特性，但其热导率差，使得其很难有效的去除器件产生的热量。通常的解决方案是从晶圆背面到正面形成通孔，以此形成良好的散热通道。
[0003]背孔工艺是器件制备流程中最后阶段的其中一步，在完成正面工艺后，晶圆键合到一个载片上并将GaAs衬底减薄至约100μm，然后进行光刻图形化及等离子体刻蚀，刻蚀至正面金属层截止，光阻移除后进行金属互联，图1示出了GaAs衬底背孔刻蚀示意图，如图1所示，背孔工艺结构包括背金1，GaAs衬底2、GaAs器件正面结构3(包括金属层)以及金属电极4。
[0004]GaAs背孔工艺通常采用光刻胶掩膜，刻蚀形貌有垂直孔、Y型孔、V型孔等，其中垂直孔掩膜角度约为75
‑
90
°
，Y型及V型孔掩膜角度约为30
‑
45
°
，通过优化工艺参数，实现需求的刻蚀形貌。刻蚀需要高速、高选择比，因GaAs减薄厚度存在轻微差异，通常采用光学发射光谱(Optical Emission Spectroscopy，OES)进行刻蚀终点检测。
[0005]OES(原子光谱仪)是半导体设备常用来判断腔室内部状态的一种设备。其原理通过光栅分辨工艺中等离子体辉光放电产生的光谱，每种气体或元素都有其对应的发光波长，当某种气体或元素含量升高或者减少时，其对应的发光谱线强度随之增强或减弱。根据不同波长的光谱随着时间的变化确认工艺进行的状态，常用于终点检测。在不同的膜层结构中，不同层对应的元素不同，进而刻蚀后检测到的光谱也不同。OES常用检测元素及对应波长见表1。
[0006]表1
‑
1不同检测元素对应波长表
[0007]元素GaAlInSiSiNCO波长(nm)417.2396.1451.1288.2440.7519.8
[0008]通常GaAs背孔工艺仅通过检测Ga_417nm元素光谱强度下降(即GaAs膜层刻蚀完)进行终点判断。
[0009]GaAs背孔侧壁形貌受刻蚀选择比(选择比＝GaAs刻蚀速率/PR刻蚀速率)影响较大，当选择比偏低时，侧壁倾斜，选择比高时，侧壁接近垂直。工艺参数如压力、上射频功率、下射频功率、气体总流量及比例、晶片表面温度均对选择比有影响。现有电感耦合等离子体刻蚀工艺，采用恒定的工艺参数进行作业，受光胶条件差异、设备不同Run次之间温度参数差异、腔室环境差异等因素影响，会导致连续作业后侧壁形貌存在差异，进而影响器件性能。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提出一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法及半导体刻蚀设备，实现提高连续通孔刻蚀中通孔侧壁形貌的一致性。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提出了一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法，包括：
[0012]步骤1：基于预设的工艺配方对工艺腔室内的晶片进行通孔刻蚀工艺；
[0013]步骤2：采集所述工艺腔室内反应气体等离子体辉光放电产生的OES光谱，实时获取所述OES光谱中特定元素发光波长对应的光谱信号强度，并计算所述光谱信号强度的斜率，所述斜率为单位时间内所述光谱信号的强度变化，用于表征当前时刻垂直刻蚀速率与水平刻蚀速率之比；
[0014]步骤3：若当前时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于对应的基准斜率范围之内，则继续进行刻蚀工艺，若当前时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于对应的基准斜率范围之外，则调整特定工艺参数，使下一时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于下一时刻对应的基准斜率范围之内，其中，所述特定工艺参数与所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率之间具有函数关系；
[0015]步骤4：重复步骤2
‑
3直至完成通孔刻蚀工艺。
[0016]本专利技术还提出一种半导体刻蚀设备，包括工艺腔室、与所述工艺腔室连接的反应气体供应系统、射频功率源、OES光谱仪以及下位机；
[0017]所述反应气体供应系统用于向所述工艺腔室内通入反应气体；
[0018]所述射频功率源用于产生射频功率使所述反应气体离子化，以产生等离子体；
[0019]所述OES光谱仪用于采集所述工艺腔室内所述等离子体辉光放电产生的OES光谱，并实时获取所述OES光谱中特定元素发光波长对应的光谱信号强度；
[0020]所述下位机用于执行以上所述的实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]本专利技术的方法通过采集工艺腔室内反应气体等离子体辉光放电产生的OES光谱，并实时获取OES光谱中特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率变化，若当前时刻的斜率位于对应的基准斜率范围之内，则继续刻蚀工艺，若当前时刻的斜率位于对应的基准斜率范围之外，则调整特定工艺参数，使下一时刻特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于下一时刻对应的基准斜率范围之内，基于实时斜率与对应的基准斜率范围的匹配调控，实现提高通孔连续刻蚀过程中通孔侧壁形貌的一致性。
[0023]本专利技术的方法及装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。
附图说明
[0024]通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0025]图1示出了现有GaAs衬底背孔刻蚀示意图。
[0026]图2示出了根据本专利技术的一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法的步骤图。
[0027]图3示出了根据本专利技术实施例的一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法的流程图。
[0028]图4示出了根据本专利技术实施例的一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法中垂直孔刻蚀对应的OES谱线。
[0029]图5示出了根据本专利技术实施例的一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法中倾斜孔刻蚀对应的OES谱线。
[0030]图6示出了根据本专利技术的一个实施例的一种半导体刻蚀设备的结构示意图。
具体实施方式
[0031]现有技术一为解决电感耦合等离子体砷化镓背孔刻蚀工艺刻蚀速率低，受表面清洁程度和剩余残留物影响较大而产生微米级支柱的问题，提供了一种能有效提高刻蚀背孔质量，大幅提高刻蚀速率以迅速提高产能的电感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法，其特征在于，包括：步骤1：基于预设的工艺配方对工艺腔室内的晶片进行通孔刻蚀工艺；步骤2：采集所述工艺腔室内反应气体等离子体辉光放电产生的OES光谱，实时获取所述OES光谱中特定元素发光波长对应的光谱信号强度，并计算所述光谱信号强度的斜率，所述斜率为单位时间内所述光谱信号的强度变化，用于表征当前时刻垂直刻蚀速率与水平刻蚀速率之比；步骤3：若当前时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于对应的基准斜率范围之内，则继续进行刻蚀工艺，若当前时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于对应的基准斜率范围之外，则调整特定工艺参数，使下一时刻所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率位于下一时刻对应的基准斜率范围之内，其中，所述特定工艺参数与所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率之间具有函数关系；步骤4：重复步骤2
‑
3直至完成通孔刻蚀工艺。2.根据权利要求1所述的实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法，其特征在于，所述调整特定工艺参数包括：根据所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率与所述特定工艺参数之间的函数关系，计算所述特定工艺参数的在下一时刻对应的参数值，并连续调整所述特定工艺参数至下一时刻对应的参数值，同时保持其他工艺参数不变。3.根据权利要求1所述的实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法，其特征在于，所述基准斜率范围的获取方法包括：在步骤3之前，采用满足要求的工艺参数对晶片进行通孔刻蚀工艺，采集工艺过程中所述工艺腔室内OES光谱中所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度数据；基于所述光谱信号强度数据，计算出所述特定元素发光波长对应光谱信号强度随时间变化的斜率曲线，并建立数据库；确定所述通孔刻蚀工艺过程中不同时刻所述特定元素发光波长对应光谱信号强度的斜率的最小值与最大值，作为不同时刻的基准斜率范围。4.根据权利要求1或2所述的实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法，其特征在于，所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率与特定工艺参数之间的函数关系为：k
t
＝n
t
·
△
A其中，k
t
为t时刻所述特定元素发光波长光谱信号强度对应的斜率，
△
A为所述特定工艺参数的数值变化量，n
t
为t时刻所述特定工艺参数单位参数值变化引起的所述特定元素光谱信号强度的斜率变化系数。5.根据权利要求2所述的实时调节通孔刻蚀形貌的刻蚀方法，其特征在于，所述根据所述特定元素发光波长对应的光谱信号强度的斜率与特定工艺参数之间的函数关系计算所述特定工艺参数的在下一时刻对应的参数值，包括：当k
t

【专利技术属性】
技术研发人员：国唯唯，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：