專利名稱：蝕刻方法及蝕刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蝕刻方法及蝕刻裝置，詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及能夠適用于半導(dǎo)體裝置制造過(guò)程中的元件分離技術(shù)即淺槽隔離(ShallowTrench Isolation；STI)等的蝕刻方法及蝕刻裝置。
背景技術(shù)：
作為電氣分離形成在硅基板上的元件的技術(shù)，STI已為大家所熟知。在STI中，將氮化硅薄膜等作為掩模，對(duì)硅進(jìn)行蝕刻從而形成槽，在槽內(nèi)埋入二氧化硅(SiO2)等的氧化膜后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP；Chemical Mechanical Polishing)處理實(shí)施將掩模(氮化硅薄膜)作為阻止層(Stopper)的平坦化工藝(例如專利文獻(xiàn)1)。
上述STI中對(duì)硅槽進(jìn)行蝕刻的工藝是通過(guò)以下兩個(gè)工序的組合實(shí)施進(jìn)行的。一是通過(guò)將氮化硅薄膜等作為掩模，圖形化處理后進(jìn)行用來(lái)除去在硅表面形成的自然氧化膜的蝕刻的BT(Break Through)工序，二是進(jìn)行用來(lái)在自然氧化膜被除去后的硅層上形成槽的蝕刻的主工序(例如專利文獻(xiàn)2)。
此外，作為STI相關(guān)技術(shù)，已提出一種為了容易檢測(cè)CMP工藝的終點(diǎn)而預(yù)先在掩模上形成終點(diǎn)檢測(cè)層，并通過(guò)這種方式對(duì)膜厚進(jìn)行控制的方法(專利文獻(xiàn)3)。
另一方面，在特愿2003-96666號(hào)中，提出了在將抗蝕劑膜作為掩模而對(duì)氧化硅膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，為了防止抗蝕劑膜的膜減少，利用光學(xué)方法監(jiān)視抗蝕劑膜的膜厚，同時(shí)進(jìn)行等離子體蝕刻處理的方法。
專利文獻(xiàn)1特開2003-309108號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平11-214356號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2003-45956號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在圖形化處理后的硅表面形成的自然氧化膜，由于能夠在5～10秒左右較短的時(shí)間內(nèi)被除去，因此，傳統(tǒng)BT工序中蝕刻的終點(diǎn)以經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后為基準(zhǔn)。BT工序是在氮化硅薄膜等的硬質(zhì)掩模的蝕刻也容易進(jìn)行的條件下而進(jìn)行，但是，如果對(duì)BT工序的終點(diǎn)一律以時(shí)間進(jìn)行控制，這樣就會(huì)變得與掩模的殘膜的膜厚無(wú)關(guān)而使蝕刻處理結(jié)束，于是BT工序結(jié)束后的膜厚不一定。換言之，由于自蝕刻開始之前在掩模的膜厚中就存在偏差，因此，這種偏差在BT工序結(jié)束之后也被遺留下來(lái)。在接著BT工序而實(shí)施的主工序中，在硅的蝕刻速度較快而對(duì)氧化膜或氮化膜進(jìn)行蝕刻的蝕刻速度非常緩慢的條件下進(jìn)行。因此，掩模的膜厚處于不固定的狀態(tài)，而在后段的CMP工藝中進(jìn)行表面研磨。
在CMP工藝中，通常以氮化硅薄膜等的掩模層露出作為研磨的終點(diǎn)，因此，如果掩模層的膜厚不一定，那么就會(huì)產(chǎn)生埋入氧化膜的殘膜量變得不一定的不良情況。此外，CMP工藝結(jié)束后，通過(guò)濕蝕刻等的方法除去掩模時(shí)，如果掩模的膜厚不一定，那么有時(shí)就會(huì)發(fā)生掩模殘留的情況。為了避免發(fā)生這些問(wèn)題，如專利文獻(xiàn)3所述采用在掩模中設(shè)置終點(diǎn)檢測(cè)層的方法，這種方法從技術(shù)角度講也能夠?qū)崿F(xiàn)，但是，這樣就會(huì)導(dǎo)致工藝數(shù)量增加，因此不能說(shuō)它是一種現(xiàn)實(shí)的方法。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在進(jìn)行蝕刻處理時(shí)，能夠?qū)⒂操|(zhì)掩模層的膜厚控制在一定厚度的蝕刻方法及蝕刻裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一觀點(diǎn)提供一種蝕刻方法，其特征在于，它是對(duì)具有形成規(guī)定形狀的圖形的掩模層，形成在構(gòu)成上述圖形的槽部的被蝕刻層，和形成在上述掩模層和上述被蝕刻層下面的底層的被處理基板進(jìn)行蝕刻的蝕刻方法，一邊對(duì)上述掩模層的膜厚進(jìn)行監(jiān)視一邊對(duì)被蝕刻層進(jìn)行蝕刻，在上述掩模層的膜厚變?yōu)橐?guī)定厚度時(shí)終止蝕刻處理。
在上述第一觀點(diǎn)中，上述掩模層優(yōu)選氮化硅薄膜。
此外，上述底層最好是硅層，上述被蝕刻層優(yōu)選在上述槽部中，形成在上述硅層表面的自然氧化膜。
還可以包括以下工藝在上述自然氧化膜層的蝕刻處理后，將上述掩模層作為掩模，一邊監(jiān)視上述硅層的蝕刻深度一邊對(duì)上述硅層進(jìn)行蝕刻，當(dāng)上述蝕刻深度達(dá)到規(guī)定量時(shí)，終止上述硅層的蝕刻處理。
上述蝕刻方法，優(yōu)選適用于淺槽隔離中的槽蝕刻。在這種情況下，使光照射在上述掩模層上，檢測(cè)來(lái)自上述掩模層表面的反射光以及來(lái)自該掩模層與上述硅層的界面的反射光，求得多個(gè)波長(zhǎng)的分光反射率，根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，利用曲線求律法對(duì)膜厚進(jìn)行測(cè)量，這樣就能夠監(jiān)視上述掩模層的膜厚。
此外，本發(fā)明的第二觀點(diǎn)提供一種蝕刻裝置，它是一種對(duì)具有形成規(guī)定形狀的圖形的掩模層，形成在構(gòu)成上述圖形的槽部的第一被蝕刻層，和形成在上述第一被蝕刻層和上述掩模層下面的第二被蝕刻層的被處理基板進(jìn)行蝕刻的蝕刻裝置。
該蝕刻裝置具備產(chǎn)生等離子體的等離子體供給源；將用于通過(guò)上述等離子體對(duì)被處理基板進(jìn)行蝕刻處理的處理室進(jìn)行劃分的處理容器；在上述處理容器內(nèi)載放上述被處理基板的基板支承臺(tái)；對(duì)上述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓的排氣單元；用于向上述處理容器內(nèi)供給氣體的氣體供給單元；對(duì)上述被處理基板的膜厚進(jìn)行光學(xué)測(cè)量并監(jiān)控的膜厚監(jiān)視單元；根據(jù)來(lái)自上述膜厚監(jiān)視單元的膜厚信息，對(duì)蝕刻過(guò)程進(jìn)行控制的控制單元。
上述控制單元是根據(jù)來(lái)自上述膜厚監(jiān)視單元的膜厚信息，在上述掩模層的膜厚達(dá)到規(guī)定厚度時(shí)，通過(guò)使上述第一被蝕刻層的蝕刻處理終止，并使上述第二被蝕刻層的蝕刻處理開始，而進(jìn)行控制的。
在上述第二觀點(diǎn)的蝕刻裝置中，可以按照以下方式構(gòu)成上述膜厚監(jiān)視單元具備朝著被處理基板照射光的光源；將來(lái)自被處理基板的反射光進(jìn)行分光的分光部；檢測(cè)被分光后的多個(gè)波長(zhǎng)的光的光檢測(cè)部；根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，對(duì)該光檢測(cè)部中的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理的運(yùn)算處理部，同時(shí)，向上述掩模層照射光，并檢測(cè)來(lái)自該掩模層表面的反射光以及來(lái)自該掩模層與上述第二被蝕刻層的界面的反射光，求得多個(gè)波長(zhǎng)的分光反射率，根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，利用曲線求律法而能夠?qū)ι鲜鲅谀拥哪ず襁M(jìn)行測(cè)量。
此外，本發(fā)明的第三觀點(diǎn)提供一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，它是一種在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)運(yùn)行的控制程序的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，上述控制程序在運(yùn)行時(shí)，對(duì)在上述第一觀點(diǎn)的蝕刻方法中所使用的蝕刻裝置進(jìn)行控制。
此外，本發(fā)明的第四觀點(diǎn)提供一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，它是一種在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)運(yùn)行的控制程序的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，上述控制程序在運(yùn)行時(shí)，對(duì)上述第二觀點(diǎn)的蝕刻裝置進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)一邊監(jiān)視掩模層的膜厚、一邊進(jìn)行蝕刻處理，則能夠?qū)⒀谀拥哪ず窨刂圃谝欢ê穸?，因此，例如通過(guò)適用于STI中自然氧化膜的蝕刻，不僅能夠在之后進(jìn)行的CMP工藝中將埋入氧化膜的膜厚統(tǒng)一成一定厚度，并能夠防止掩模殘留。
此外，對(duì)作為第一被蝕刻層的自然氧化膜層的蝕刻處理結(jié)束后，在一邊監(jiān)視作為第二被蝕刻層的硅層的蝕刻深度，一邊進(jìn)行蝕刻處理的情況下，由于能夠同時(shí)控制掩模殘膜的膜厚和槽深度，因此，就能夠高精度地實(shí)施STI。


圖1用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式的晶片截面構(gòu)造的模式示意圖。
圖2本發(fā)明的等離子體蝕刻裝置的概要圖。
圖3用于說(shuō)明膜厚測(cè)量部的詳細(xì)情況的圖。
符號(hào)說(shuō)明1等離子體蝕刻裝置，2腔室，60工藝程序控制器，61用戶接口，62存儲(chǔ)部，70膜厚測(cè)量部，71光源，72分光部，73光檢測(cè)部，74運(yùn)算處理部，75光纖，76透鏡，101硅基板，102氮化硅薄膜，103自然氧化膜，110槽部，111槽具體實(shí)施方式
下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是為了說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式，例如在STI等硅槽蝕刻工藝中晶片W的縱截面主要部分的放大模式示意圖。如圖1(a)所示，在構(gòu)成晶片W的硅基板101上，形成作為硬質(zhì)掩模例如Si3N4等氮化硅薄膜102。該氮化硅薄膜102按照規(guī)定的形狀進(jìn)行圖形化處理，在構(gòu)成圖形的槽部110的硅基板101上，形成由SiO2構(gòu)成的自然氧化膜103。
在BT工序中，圖形化處理后，實(shí)施用來(lái)除去在硅基板101表面形成的自然氧化膜103的蝕刻處理。在用來(lái)除去該自然氧化膜103的BT工序中，例如使用含有四氟化碳(CF4)與氬氣(Ar)的氣體作為蝕刻氣體進(jìn)行等離子體蝕刻處理。此時(shí)，由于氮化硅薄膜102也被蝕刻，因此，一邊監(jiān)視氮化硅薄膜102的膜厚、一邊進(jìn)行蝕刻處理。接著，如圖1(b)所示，將氮化硅薄膜102的膜厚從初始膜厚(如虛線所示)減少至預(yù)先設(shè)定的規(guī)定膜厚時(shí)作為終點(diǎn)，從而終止自然氧化膜103的蝕刻處理。
接著，將殘留的氮化硅薄膜102作為掩模，實(shí)施用來(lái)在硅基板101上形成槽的蝕刻處理(主工序)。換言之，通過(guò)由氮化硅薄膜102構(gòu)成的硬質(zhì)掩模，使用包含如氯氣(Cl2)、溴化氫(HBr)和氬氣(Ar)的氣體作為蝕刻氣體所實(shí)施的等離子體蝕刻，對(duì)由單結(jié)晶硅構(gòu)成的硅基板101進(jìn)行蝕刻處理，如該圖(c)所示，在硅基板101上形成槽111。該主工序中的槽蝕刻，例如，可以一邊監(jiān)視槽111的深度、一邊實(shí)施蝕刻處理，并將槽111的深度達(dá)到規(guī)定值時(shí)作為終點(diǎn)而結(jié)束。
圖2是本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的等離子體蝕刻裝置構(gòu)造一例的模式示意圖。該等離子體蝕刻裝置1構(gòu)成為電極板按照上下平行的方式相對(duì)，并在兩者中連接著高頻率電源的電容耦合式平行平板蝕刻裝置。
該等離子體蝕刻裝置1具有例如由表面被鋁陽(yáng)極化處理(陽(yáng)極氧化處理)的鋁構(gòu)成的形成圓筒形狀的腔室2，該腔室2被接地。在腔室2內(nèi)部，在被基座支承臺(tái)4所支承的狀態(tài)下設(shè)置用來(lái)作為下部電極的基座5，在它的上面水平載放例如由硅構(gòu)成并作為被處理體的形成規(guī)定膜的半導(dǎo)體晶片(以下僅稱“晶片”)W。該基座5上連接高通濾波器(HPF)6。
在基座支承臺(tái)4的內(nèi)部設(shè)置有調(diào)溫介質(zhì)室7，通過(guò)導(dǎo)入管8能夠?qū)⒄{(diào)溫介質(zhì)導(dǎo)入調(diào)溫介質(zhì)室7內(nèi)，并使之進(jìn)行循環(huán)，從而能夠?qū)⒒?控制在期望的溫度內(nèi)。
基座5的上中央部為凸?fàn)畹膱A板狀，在它的上面設(shè)置有與晶片W形狀大體相同的靜電卡盤11。靜電卡盤11構(gòu)造為在絕緣介質(zhì)之間存在電極12，通過(guò)從與電極12連接的直流電源13施加例如1.5kV的直流電壓，利用庫(kù)侖力而靜電吸附晶片W。
在絕緣板3、基座支承臺(tái)4、基座5以及靜電卡盤11上，在作為被處理體的晶片W的背面，形成按照規(guī)定壓力(背壓)供給如氦氣(He)等傳熱介質(zhì)的氣體通路14，通過(guò)該傳熱介質(zhì)在基座5與晶片W之間進(jìn)行傳熱，從而使晶片W保持規(guī)定的溫度。
在基座5的上端周邊部，以包圍載放在靜電卡盤11上的晶片W的方式設(shè)置有環(huán)形的聚焦磁環(huán)15。該聚焦磁環(huán)15由陶瓷或石英等絕緣性材料制成，用來(lái)提高蝕刻的均勻性。
在基座5的上方，與該基座5平行相對(duì)設(shè)置有上部電極21。該上部電極21通過(guò)絕緣介質(zhì)22被支承在腔室2的上部，它構(gòu)成與基座5的相對(duì)面，并由具有多個(gè)排出孔23且由石英構(gòu)成的電極板24、以及支承該電極24的導(dǎo)電性材料，例如由表面已被鋁陽(yáng)極化處理的鋁構(gòu)成的電極支承體25而構(gòu)成。此外，基座5與上部電極21兩者之間的間隔可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在上部電極21中的電極支承體25的中央，設(shè)置有氣體導(dǎo)入口26，在該氣體導(dǎo)入口26內(nèi)連接有氣體供給管27，在該氣體供給管27內(nèi)，通過(guò)閥門28以及質(zhì)量流量控制儀29，連接處理氣體供給源30，從該處理氣體供給源30供給用來(lái)進(jìn)行等離子體蝕刻的蝕刻氣體。此外，在圖2中，僅以一個(gè)處理氣體供給源30作為代表例子進(jìn)行圖示，但是可以設(shè)置多個(gè)處理氣體供給源30，例如可以分別獨(dú)立地對(duì)CF4、Ar、Cl2、HBr、O2等氣體進(jìn)行流量控制，并把這些氣體供給腔室2內(nèi)。
在腔室2的底部連接著排氣管31，在該排氣管31內(nèi)連接著排氣裝置35。排氣裝置35具備渦輪分子泵等真空泵，這樣就能夠?qū)⑶皇?內(nèi)真空排氣至規(guī)定的減壓氣體條件，例如減壓至1Pa以下的規(guī)定壓力。此外，在腔室2的側(cè)壁上設(shè)置有閘閥32，該閘閥32處于開啟的狀態(tài)下，晶片W在鄰接的負(fù)載鎖定室(圖中未示)之間進(jìn)行輸送。
在上部電極21上連接第一高頻電源40，在該供電電線上設(shè)置有匹配器41。此外，在上部電極21上連接低通濾波器(LPF)42。該第一高頻電源40具有50～150MHz范圍的頻率數(shù)，于是，通過(guò)施加高頻率數(shù)，能夠在腔室2內(nèi)以理想的電解離狀態(tài)形成高密度的等離子體，還能夠在低壓條件下進(jìn)行等離子體處理。該第一高頻電源40的頻率數(shù)，最好是50～80MHz，典型的如圖2中所示，采用60MHz或60MHz左右的頻率條件。
在作為下部電極的基座5上連接著第二高頻電源50，在該供電電線上設(shè)置有匹配器51。該第二高頻電源50具有數(shù)百kHz～十幾MHz范圍的頻率數(shù)，通過(guò)施加該范圍之內(nèi)的頻率數(shù)，則能夠在不損壞晶片W的情況下發(fā)揮合適的離子作用。第二高頻電源50的頻率數(shù)，如圖2所示，采用13.56MHz或800kHz等的頻率條件。
等離子體蝕刻1具備作為膜厚監(jiān)視單元的膜厚測(cè)量部70。該膜厚測(cè)量部70朝著晶片W照射具有多個(gè)波長(zhǎng)的光，通過(guò)檢測(cè)它的反射光則能夠測(cè)量膜厚。
圖3是表示膜厚測(cè)量部70的概要示意圖。膜厚測(cè)量部70具備朝著晶片W照射光的光源71、具有將來(lái)自晶片W的反射光進(jìn)行分光的多色儀的分光部72、檢測(cè)被分光后的多個(gè)波長(zhǎng)光的光檢測(cè)部73、根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線對(duì)該光檢測(cè)部73中的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理的運(yùn)算處理部74。
在蝕刻過(guò)程中對(duì)氮化硅薄膜102的膜厚進(jìn)行測(cè)量時(shí)，來(lái)自光源71的光通過(guò)光纖75、透鏡76從圖中未示的照射窗而照射在等離子體蝕刻裝置1的腔室2內(nèi)的晶片表面。由于被照射的光在晶片W上形成的各層界面上被反射，因此，對(duì)該反射光進(jìn)行采光，并利用分光部72進(jìn)行分光，從而在光檢測(cè)部73中檢測(cè)出來(lái)。通過(guò)光檢測(cè)部73所檢測(cè)的各個(gè)波長(zhǎng)的光的反射比率在運(yùn)算處理部74中進(jìn)行處理。
當(dāng)檢測(cè)出作為掩模的氮化硅薄膜102的膜厚時(shí)，被氮化硅薄膜102的表面所反射的光、和被氮化硅薄膜102與硅層101的界面中被反射的光發(fā)生干涉。該干涉光的強(qiáng)度根據(jù)氮化硅薄膜102的膜厚而發(fā)生變化。因此，通過(guò)檢測(cè)干涉光能夠測(cè)量氮化硅薄膜102的膜厚。
在測(cè)量膜厚時(shí)，在光垂直入射晶片W的條件下，通過(guò)計(jì)算求出氮化硅薄膜102的膜厚為任意厚度時(shí)的分光反射率，并計(jì)算出它與未形成氮化硅薄膜102時(shí)的分光反射率之比(分光反射比率)而制作校正曲線，把它預(yù)先存儲(chǔ)在運(yùn)算處理部74的存儲(chǔ)器中。該校正曲線也可以預(yù)先按照規(guī)定的范圍進(jìn)行制作，以使蝕刻對(duì)象的氮化硅薄膜102膜厚能夠包括在蝕刻過(guò)程中獲得的膜厚變化范圍。
接著，在膜厚測(cè)量對(duì)象的晶片W上照射具有多個(gè)波長(zhǎng)的光，將被該晶片W反射的光進(jìn)行分光，測(cè)量分光反射率，通過(guò)計(jì)算出與未形成氮化硅薄膜102的情況下的分光反射率之比求出分光反射比率，并把它存儲(chǔ)在運(yùn)算處理部74的存儲(chǔ)器中。利用曲線求律法將按照上述方式測(cè)出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與校正曲線進(jìn)行比較，這樣就能夠求出作為測(cè)量對(duì)象的氮化硅薄膜102的膜厚。
等離子體蝕刻裝置1的各個(gè)構(gòu)成部分，與具備CPU的工藝程序控制器60連接并被它控制。工藝程序控制器60與由工程管理者為管理等離子體蝕刻裝置1而進(jìn)行指令輸入操作等的鍵盤，以及可視顯示等離子體蝕刻裝置1的運(yùn)轉(zhuǎn)情況的顯示器等構(gòu)成的用戶接口61相連接。
此外，在工藝程序控制器60中連接著存儲(chǔ)有程序庫(kù)的存儲(chǔ)部62，該程序庫(kù)中存儲(chǔ)有用來(lái)在工藝程序控制器60的控制下，實(shí)現(xiàn)在等離子體蝕刻裝置1中運(yùn)行的各種處理的控制程序和處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等。
根據(jù)需要接受來(lái)自用戶接口61的指示和上述膜厚測(cè)量部70中的來(lái)自運(yùn)算處理部74的膜厚信息(表示蝕刻終點(diǎn)的控制信號(hào))，從存儲(chǔ)部62中調(diào)出任意的程序，并使之在工藝程序控制器60中運(yùn)行，這樣，在工藝程序控制器60的控制下，在等離子體蝕刻裝置1中進(jìn)行預(yù)期的處理。此外，上述程序庫(kù)，可以以存儲(chǔ)在可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)如CD-ROM、硬盤、軟盤等的狀態(tài)使用，還可以通過(guò)專用電路從其它的裝置隨時(shí)進(jìn)行傳送而在線使用。
下面通過(guò)按照這種方式構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置1，對(duì)由單結(jié)晶硅構(gòu)成的晶片W進(jìn)行蝕刻處理而形成槽(Trench)的工藝進(jìn)行說(shuō)明。
首先，開啟閘閥32，將形成由二氧化硅構(gòu)成的自然氧化膜103和氮化硅薄膜102的晶片W從圖中未示的負(fù)載鎖定室輸送至腔室2內(nèi)，并載放在靜電卡盤11上。接著，通過(guò)從直流電源13施加直流電壓，使晶片W靜電吸附在靜電卡盤11上。
接著，關(guān)閉閘閥32，通過(guò)排氣裝置35將腔室2內(nèi)真空排氣至規(guī)定的真空度。然后，打開閥門28，通過(guò)質(zhì)量流量控制儀29將作為從處理氣體供給源30供給的蝕刻用氣體，例如四氟化碳(CF4)與氬氣(Ar)調(diào)整為規(guī)定的流量比，例如100/200mL/min，同時(shí)向處理氣體供給管27、氣體導(dǎo)入口26、上部電極21的中空部導(dǎo)入氣體，通過(guò)電極板24的排出孔23，如圖2中箭頭所示，朝著晶片W均勻地排出。
在該BT工序中，使腔室2內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的壓力，如保持在2.7Pa(20mTorr)左右的壓力，分別從第一高頻電源40向上部電極21施加600W的高頻電壓，從第二高頻電源50向作為下部電極的基座5施加220W的高頻電壓，將蝕刻氣體進(jìn)行等離子體化，并對(duì)晶片W的自然氧化膜103實(shí)施蝕刻處理。此外，可以將背壓設(shè)定為晶片W的中心部/邊緣部之比為1333/1333Pa(10/10Torr)。
在BT工序中，如前所述，通過(guò)膜厚測(cè)量部70，根據(jù)多個(gè)波長(zhǎng)如240nm～350nm的反射光，一邊監(jiān)視氮化硅薄膜102的膜厚、一邊進(jìn)行蝕刻處理，當(dāng)?shù)璞∧?02的膜厚減少至一定厚度時(shí)終止蝕刻處理。這樣，在對(duì)自然氧化膜103進(jìn)行蝕刻處理時(shí)，通過(guò)以氮化硅薄膜102的膜厚為基準(zhǔn)而確定終點(diǎn)，這樣能夠使氮化硅薄膜102的膜厚保持一定，還能夠避免在后段的CMP工藝中發(fā)生掩模殘留或埋入氧化膜的殘膜量產(chǎn)生偏差。
接著，在主工序中，在硅基板101上形成槽。即打開閥門28，通過(guò)質(zhì)量流量控制儀29，將作為從處理氣體供給源30供給的蝕刻用氣體，如氯氣(Cl2)、溴化氫(HBr)和氧氣(O2)調(diào)整為規(guī)定的流量比，例如55/55/6mL/min，同時(shí)向處理氣體供給管27、氣體導(dǎo)入口26、上部電極21的中空部導(dǎo)入氣體，通過(guò)電極板24的排出孔23，如圖2中箭頭所示，朝著晶片W均勻地排出。
在該主工序中，使腔室2內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的壓力，如保持在6.7Pa(50mTorr)左右的壓力，分別從第一高頻電源40向上部電極21施加250W的高頻電壓，從第二高頻電源50向作為下部電極的基座5施加350W的高頻電壓，對(duì)蝕刻氣體進(jìn)行等離子體化，并對(duì)晶片W的自然氧化膜103實(shí)施蝕刻處理。此外，可以將背壓設(shè)定為晶片W的中心部/邊緣部之比為1333/1333Pa(10/10Torr)。
在主工序中，通過(guò)膜厚測(cè)量部70，一邊監(jiān)視在硅基板101上形成槽111的深度，一邊進(jìn)行蝕刻處理，如果槽111的深度達(dá)到一定值則終止蝕刻處理。此外，在主工序中測(cè)量槽111深度時(shí)，并非需要測(cè)量多個(gè)波長(zhǎng)的光，通過(guò)測(cè)量任意波長(zhǎng)如261nm的反射光就能夠測(cè)量槽的深度。
主工序結(jié)束之后，通過(guò)實(shí)施通常的STI工藝，即利用氧化膜的埋入、CMP實(shí)施平坦化處理，從而進(jìn)行元件分離。
下面對(duì)用來(lái)確認(rèn)本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。使用圖2的等離子體蝕刻裝置1，按照第1片樣片、第2片模擬晶片、第3片樣片、第4片模擬晶片、第5片樣片這樣的順序進(jìn)行蝕刻處理。此外，與圖1(a)相同，樣片是在硅基板101上形成氮化硅薄膜(SiN)102和自然氧化膜103的晶片，模擬晶片是僅由硅構(gòu)成的裸硅基板。
等離子體蝕刻的處理?xiàng)l件，按照100/200mL/min的流量導(dǎo)入四氟化碳(CF4)與氬氣(Ar)，同時(shí)使腔室2內(nèi)維持在2.7Pa左右的壓力，分別從第一高頻電源40向上部電極21施加600W的高頻電壓，從第二高頻電源50向作為下部電極的基座5施加220W的高頻電壓，晶片W的中心部/邊緣部的背壓為1333/1333Pa，關(guān)于腔室內(nèi)的溫度，上部電極21為80℃、側(cè)壁為60℃、基座5(晶片W)為30℃。
對(duì)于樣片1、3、5，通過(guò)膜厚測(cè)量部70監(jiān)視氮化硅薄膜102的膜厚，當(dāng)膜厚變?yōu)?0nm時(shí)終止蝕刻。此外，為了進(jìn)行確認(rèn)而使用膜厚測(cè)量器ASET F5(KLA公司制造)對(duì)各個(gè)樣片1、3、5在蝕刻之前的膜厚與蝕刻之后的膜厚進(jìn)行實(shí)測(cè)。其結(jié)果如表1所示。此外，在表1中，“測(cè)量值”是通過(guò)膜厚測(cè)量部70測(cè)量的膜厚，“實(shí)測(cè)值”是使用膜厚測(cè)量器ASET F5實(shí)際測(cè)量的數(shù)值。
表1


從表1可知，在蝕刻之前的樣片1、3、5中，在氮化硅薄膜102的膜厚中存在2.6nm的偏差，與此相反，一邊監(jiān)視氮化硅薄膜102的膜厚一邊進(jìn)行BT工序中的蝕刻之后，使膜厚減少至1.4nm。從其結(jié)果可以確認(rèn)，通過(guò)一邊監(jiān)視膜厚、一邊進(jìn)行BT工序中的蝕刻，就能夠?qū)⒂操|(zhì)掩模的膜厚控制在一定厚度。
因此，通過(guò)一邊監(jiān)視氮化硅薄膜102的膜厚一邊對(duì)自然氧化膜103實(shí)施蝕刻處理，然后一邊監(jiān)視槽111的深度一邊對(duì)硅層101實(shí)施蝕刻處理，于是就能夠?qū)⑽g刻之后的掩模層(氮化硅薄膜102)的膜厚和槽的深度保持一定。此外，在這種情況下，由于在BT工序中硅層101的蝕刻量少，及在主工序中氮化硅薄膜102的蝕刻量少的條件下進(jìn)行蝕刻處理，因此不會(huì)產(chǎn)生誤差從而能夠精確地實(shí)施STI。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明并非局限于上述實(shí)施方式，它可以進(jìn)行各種更改。
例如，在上述實(shí)施方式中，使用了電容耦合式的平行平板蝕刻裝置，但是，只要是能夠按照本發(fā)明所述范圍的氣體壓力形成等離子體，對(duì)于裝置并沒(méi)有限制，可以使用感應(yīng)耦合式等各種等離子體蝕刻裝置。此外，在上述實(shí)施方式中舉STI為例，但是也可以適用其它蝕刻中膜厚的測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻方法，其特征在于，對(duì)具有形成有規(guī)定形狀的圖形的掩模層，形成在構(gòu)成所述圖形的槽部的被蝕刻層，形成在所述掩模層和所述被蝕刻層下面的底層的被處理基板進(jìn)行蝕刻，一邊監(jiān)視所述掩模層的膜厚，一邊對(duì)被蝕刻層進(jìn)行蝕刻，在所述掩模層的膜厚變?yōu)橐?guī)定厚度時(shí)終止蝕刻處理。
2.如權(quán)利要求1所述的蝕刻方法，其特征在于，所述掩模層是氮化硅薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的蝕刻方法，其特征在于，所述底層是硅層，所述被蝕刻層是在所述槽部中形成在所述硅層表面的自然氧化膜。
4.如權(quán)利要求3所述的蝕刻方法，其特征在于，所述自然氧化膜層的蝕刻處理后，將所述掩模層作為掩模，一邊監(jiān)視所述硅層的蝕刻深度，一邊對(duì)所述硅層進(jìn)行蝕刻，當(dāng)所述蝕刻深度達(dá)到規(guī)定量時(shí)，終止所述硅層的蝕刻處理。
5.如權(quán)利要求4所述的蝕刻方法，其特征在于，適用于淺槽隔離中的槽蝕刻。
6.如權(quán)利要求5所述的蝕刻方法，其特征在于，使光照射在所述掩模層上，檢測(cè)來(lái)自所述掩模層表面的反射光和來(lái)自該掩模層與所述硅層的界面的反射光，求得多個(gè)波長(zhǎng)的分光反射率，根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，利用曲線求律法對(duì)膜厚進(jìn)行測(cè)量，由此監(jiān)視所述掩模層的膜厚。
7.一種蝕刻裝置，其特征在于，對(duì)具有形成有規(guī)定形狀的圖形的掩模層，形成在構(gòu)成所述圖形的槽部的第一被蝕刻層，形成在所述第一被蝕刻層和所述掩模層下面的第二被蝕刻層的被處理基板進(jìn)行蝕刻，該蝕刻裝置具備產(chǎn)生等離子體的等離子體供給源；將用來(lái)通過(guò)所述等離子體對(duì)被處理基板進(jìn)行蝕刻處理的處理室進(jìn)行劃分的處理容器；在所述處理容器內(nèi)載放所述被處理基板的基板支承臺(tái)；對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓的排氣單元；用來(lái)向所述處理容器內(nèi)供給氣體的氣體供給單元；對(duì)所述被處理基板的膜厚進(jìn)行光學(xué)測(cè)量并監(jiān)視的膜厚監(jiān)視單元；根據(jù)來(lái)自所述膜厚監(jiān)視單元的膜厚信息，對(duì)蝕刻過(guò)程進(jìn)行控制的控制單元，所述控制單元是根據(jù)來(lái)自所述膜厚監(jiān)視單元的膜厚信息，在所述掩模層的膜厚達(dá)到規(guī)定厚度時(shí)，通過(guò)使所述第一被蝕刻層的蝕刻處理終止，并使所述第二被蝕刻層的蝕刻處理開始，而進(jìn)行處理的。
8.如權(quán)利要求7所述的蝕刻裝置，其特征在于，該蝕刻裝置被構(gòu)成為所述膜厚監(jiān)視單元具備朝著被處理基板照射光的光源；將來(lái)自被處理基板的反射光進(jìn)行分光的分光部；檢測(cè)被分光后多個(gè)波長(zhǎng)的光的光檢測(cè)部；根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，對(duì)該光檢測(cè)部中的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理的運(yùn)算處理部，并且向所述掩模層照射光，并檢測(cè)來(lái)自該掩模層表面的反射光和來(lái)自該掩模層與所述第二被蝕刻層的界面的反射光，求得多個(gè)波長(zhǎng)的分光反射率，根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，利用曲線求律法而能夠?qū)λ鲅谀拥哪ず襁M(jìn)行測(cè)量。
9.一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)運(yùn)行的控制程序，所述控制程序，在運(yùn)行時(shí)對(duì)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的蝕刻方法所使用的蝕刻裝置進(jìn)行控制。
10.一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)運(yùn)行的控制程序，所述控制程序，在運(yùn)行時(shí)對(duì)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8中所述的蝕刻裝置進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在蝕刻處理時(shí)，能夠?qū)⒂操|(zhì)掩模層的膜厚控制在一定厚度的蝕刻方法。通過(guò)使用包含例如四氟化碳(CF
文檔編號(hào)H01L21/70GK1750237SQ200510102880
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者齊藤進(jìn), 清水昭貴 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社