在原位计量用于蚀刻终点检测

介绍： 

半导体行业一直致力于利用先进的刻蚀工具和技术来进行尺缩放和开发先进技术。随着半导体器件尺寸的减小和工艺复杂性的增加，刻蚀变异对制造过程的影响会更加显著。刻蚀终点检测用于确定刻蚀过程何时完成，没有剩余材料可供刻蚀。这种类型的终点检测可以帮助减刻蚀速率的变异性。蚀刻终点检测是通过在蚀刻过程中进行传感器和计量测量来完成的。当观察到特定的传感器测量或阈值时，可以命令蚀刻工具停止蚀刻操作。在蚀刻过程中可靠的终点检非常重要，为如果没有更多材料需要被蚀刻，底层材料（或可能是整个器件或晶圆）可能会受损，从而严重影响产。半导体行业依赖于测量工具，这些工具在刻蚀过程中提供关键信息以进行过程监控和控制。现在，在晶圆刻蚀加工过程中使用独立的测量工具和原位（内置）传感器基础的测量技术，以提高产量。与独立的测量技术相比，原位测量技术具有优势，因为它允许实时监控和制与刻蚀相关过程（如刻蚀终点检测）。

蚀刻端点检使用 SEMulator3D® 过程步骤：

SEMulator3D可以用于建模原位刻蚀终点测，通过构建一系列包含虚拟刻蚀步骤、变量、序列和循环的“虚拟”过程。序列循环用于在固定时间内重复执行过程步骤，提供了流程控制的灵活性（例如自动过程控制）[2]。要建立一个控制序列的模型，可以使用“For循环”或“Until循环来设置一定数量的循环（就像在计算机编程中一样）。用于蚀刻端点检测，可以使用 Until 循，因为满足条件即没有剩余材料可供蚀刻。在循环中，用户可以通过循环索引标识已发生的循环次数。此外，SEMulator3D 能够执行“虚拟计量学”，以帮助追踪蚀刻过程中材料的厚度，并提供实时更新有关材料厚度的信息。结合虚拟计量薄膜厚度测量和循环序列的回路指数，可以在每次循环后准确获取原位材料刻蚀深度测量结果。

SEMulator3D用于蚀刻终点检测的示例：

初始设置：

在一个简的例子中，我们的布局图像（见图1）展示了一个密集区域内的四个鳍片以及密集区域右侧的一个孤立区域。当孤立区域耗尽材料时，我们想要测量密集区域的刻蚀深度。我们将用于建模的区域显示在蓝色框中，其中有四个需要制造的鳍片（以红色显示）。此外，我们还有黄色和绿色的计量盒测量区域，我们将分别测量隔离区域（MEA_ISO_FT）的薄膜厚度和沟槽区域（MEA_TRENCH_FT）的刻蚀深度。我们的流程从使用20纳米厚的硅晶层（红色），30纳米的氧化物（浅蓝色）和10纳米的光刻胶（紫色）进行晶片设置开始（图2我们暴露鳍片并使用多重刻蚀工艺来刻蚀鳍片。我们在光刻胶上使用基础刻蚀，以及在氧化物材料上使用具有定义源方向性的可见度刻蚀。我们的选择性是氧化物对抗剂的比例为100比1。我们正在使用SEMulator3D中的可见性蚀刻模型来观察孤立区域和带有鳍片的密集区域之间的厚度差异。

SEMulator3D 是一个软件工具，用于进行三维模拟和分析：

在SEMulator3D中，流是使用循环序列和直到循环来配置的。我们将测量孤立区域的材料厚度，并在孤立氧化膜厚度耗尽（MEA_ISO_FT==0）时停止流程。在这个循环中，我们将对氧材料执行我们的多刻蚀过程，每1纳米（模型分辨率）一次，同时测量孤立区域氧化膜厚度。此外，我们将在每次循环后跟踪沟槽区域内两个鳍片之间的刻蚀深度。这个循环索引有助于追踪多次刻蚀循环中的迭代次数（图3）。

结果:

图4显示了模型结果，当材料被蚀刻穿过孤立的薄膜直到剩余深度为20纳米、10纳米和0纳米。模型中计算了孤立薄膜的厚度测量值，以及在两个鳍片之间沟槽区域内的蚀刻深度。

当我们执行了近30次循环模型后，我们发现孤立区域的薄膜厚度已经达到零，并且我们可以追踪沟槽区域的氧化物刻蚀深度（在密集区域中的30nm氧化物中，28.4nm已经消失，当孤立区域被完全刻蚀时）。

结论:

SEMulator3D可以用来创建一个刻蚀终点检测过程的虚拟模型。这种技术可以用来确定在刻蚀过程中完全去除了哪种材料，并且还可以测量刻蚀后剩余的材料（取决于刻蚀类型）。利用这种方法，可以成功进行原位刻蚀深度控制的建模。其他类型的自动化过程控制，如DRIE刻蚀或HDP-CVD过程控制，也可以使用类似的方法进行。