一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法
【专利摘要】本发明提供一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，包括：利用光学线宽测量仪测量并收取前批次晶圆上的接触孔线宽全映射数据以建立数据库；通过数据库将前批次晶圆中间的接触孔线宽全映射数据和边缘的接触孔线宽全映射数据的平均值与工艺要求的接触孔线宽相比，分别得到前批次晶圆中间和边缘的宽差；一APC系统根据前批次晶圆中间的宽差和边缘的宽差分别调整后批次晶圆中间和边缘的刻蚀气体流量；在接触孔刻蚀工艺步骤中通过APC系统实时修正后批次晶圆的刻蚀气体流量，以弥补前批次晶光刻差异对后批次晶圆的光刻影响，改进在接触孔刻蚀工艺步骤中晶圆中间和边缘的气体流量不变的弊端而精确掌握各部分的气体流量变化。
【专利说明】一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子【技术领域】，尤其涉及一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法。【背景技术】
[0002]在12英寸65nm及以下的工艺技术中，接触孔的形成始终都是一项具有挑战性的工艺，接触孔的导通直接影响芯片功能的实现。然而，光刻套准精度的工艺技术已面临瓶颈，改进的空间已经很小。随着形成晶圆的技术节点的不断更新，不仅接触孔越来越小且越来越密集，晶圆的尺寸也不断增大，这些因素对接触孔的导通会造成风险。
[0003]目前，形成接触孔的现行技术方案如下:在接触孔刻蚀程式开发过程中，使用普通线宽测量仪测量样品晶圆，收取其上的多个(一般为9-13个)接触孔线宽全映射(Full map)数据，如接触孔线宽的均一性不稳定，则重新调试接触孔刻蚀程序工艺，在新一次的接触孔刻蚀程序开发过程中，同样使用普通线宽测量仪测量新的样品晶圆，收取其上的接触孔线宽全映射数据，反复进行上述过程以调试接触孔刻蚀程序工艺。当监控的接触孔线宽的均一性稳定时，将已调试好的接触孔刻蚀程序工艺运用在实际批量生产中。
[0004]但是，仅仅依靠普通线宽测量仪收取少量的线宽数据，显然不能精准的体现接触孔线宽在整个晶圆上的均一性。此外，普通线宽测量仪取样有限(一般只取1-2个样品晶圆)，接触孔刻蚀前不同批次的硅片在生长上的光刻工艺也有一定变化，虽然在接触孔刻蚀程式开发过程中运用已调试好的接触孔刻蚀程序工艺，却不能实时地反馈及修正不同批次的硅片的光刻差异，因此，实际批量生产的接触孔线宽在整个晶圆上的均一性并不稳定。即使在接触孔刻蚀程式开发过程中，虽然针对晶圆中间和边缘使用了不同的刻蚀气体流量，然而，所使用的不同的刻蚀气体流量也是固定不变的，并不会根据前面条件的不同而实时修正每片晶圆中间和边缘的刻蚀气体流量。
[0005]由于接触孔线宽的均一性稳定对制造芯片的良率稳定性有很大帮助，因此接触孔线宽的均一性就显得尤为重要。然而，现有技术方案在实际批量生产中，如图1所示，晶圆上的接触孔线宽的均一性并不稳定，而本发明正是需要解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法。
[0007]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其包括:
[0008]步骤一，利用光学线宽测量仪测量并收取前批次晶圆上的中间部分的接触孔线宽全映射数据和边缘部分的接触孔线宽全映射数据以建立一数据库；
[0009]步骤二，通过所述数据库将得到的前批次晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，与工艺要求的接触孔线宽相t匕，分别得到前批次晶圆中间部分的宽差和晶圆边缘部分的宽差；[0010]步骤三，一 APC系统根据前批次所述晶圆中间部分的宽差和晶圆边缘部分的宽差，以及根据刻蚀气体流量与接触孔线宽的线性关系，调整后批次每片晶圆中间部分和晶圆边缘部分的刻蚀气体流量；
[0011]步骤四，在接触孔刻蚀工艺步骤中，通过所述APC系统实时修正后批次每片晶圆中间部分和晶片边缘部分的刻蚀气体流量，返回步骤一。
[0012]进一步的，在所述步骤二中，
[0013]前批次所述晶圆中间部分的宽差的计算公式为:
[0014]AA=Z-Ll (公式 I)
[0015]前批次所述晶圆边缘部分的宽差的计算公式为:
[0016]AB=Z-L2 (公式 2)
[0017]其中，Z为工艺要求的接触孔线宽，LI为前批次晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，L2为前批次晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，ΛΑ为前批次晶圆中间部分的宽差，ΛΒ为前批次晶圆边缘部分的宽差，Z、L1、L2、ΛΑ和ΛΒ的单位均为nm。
[0018]进一步的,在所述步骤三中，所述线性关系为:每增加3sccm刻蚀气体流量,接触孔线宽增大Inm ;每减小3sccm刻蚀气体流量,接触孔线宽减小lnm。
[0019]进一步的，在所述步骤三中，
[0020]所述APC系统调整后批次每片晶圆中间部分的刻蚀气体流量的计算公式为:
[0021]C=3* Δ A (公式 3)
[0022]所述APC系统调整后批次每片晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的计算公式为:
[0023]Ε=3*ΛΒ (公式 4)
[0024]其中，C为后批次晶圆中间部分的刻蚀气体调整流量，E为后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体调整流量；
[0025]公式3:若C为正值，表示增加后批次晶圆中间部分的刻蚀气体流量的流量值，若C为负值，表示减少后批次晶圆中间部分的刻蚀气体流量的流量值；
[0026]公式4:若E为正值，表示增加后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的流量值，若E为负值，表示减少后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的流量值。
[0027]优选的，所述数据库至少存在分别用于前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的存储空间。
[0028]优选的，所述数据库分别获得的前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，与一普通线宽测量仪获得的接触孔线宽全映射数据的平均值相比，所采样的数据数目多。
[0029]优选的，所述数据库采样10%_100%的数据，分别计算前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值。
[0030]优选的，所述数据库采样30%_70%的数据，分别计算前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值。
[0031]与现有技术相比，本发明的优势在于:
[0032]1.利用先进且高产能的光学线宽测量仪，对前批次的晶圆上的接触孔线宽增加测量，以便建立数据库，通过数据库将获得的晶圆中间部分和边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值分别与工艺要求的接触孔线宽进行比较，从而掌握前批次的晶圆上的接触孔线宽带来的差异，并且利用先进制程APC系统来弥补前批次的晶圆上的接触孔线宽的差异对当前批次需要制造的晶圆上的接触孔线宽的影响，从而可以精确的掌握后批次的晶圆中间部分和边缘部分的气体流量需求变化。
[0033]2.改进了在接触孔刻蚀工艺步骤中，每批次的晶圆中间部分和边缘部分的气体流量不变的弊端。
[0034]3.结合APC系统，实时反馈修正当前批次的每片晶圆的中间部分和边缘部分的刻蚀气体流量，从而可以精确地控制当前批次的每片晶圆的中间部分和边缘部分的刻蚀气体流量的大小，改善了产品良率，解决了不会根据不同批次硅片在生长、前层光刻工艺存在差异而实时修正晶圆的中间部分和边缘部分的刻蚀气体流量的问题。
[0035]此外，在所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法中，APC系统作为桥梁，分别通过晶圆中间部分和晶圆边缘部分的接触孔线宽平均值与工艺要求的线宽误差之间的线性关系，以及分别通过晶圆中间部分的差值和晶圆边缘部分的差值与刻蚀气体流量的线性关系，实现动态的实施反馈和修正。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为现有技术所形成的接触孔区域示意图；
[0037]图2为本发明一实施例中的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法的流程示意图；
[0038]图3-4为本发明一实施例中的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法中的步骤示意图；
[0039]图5为本发明一实施例中的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法使用后，在晶圆上形成的接触孔线宽的数据示意图；
[0040]图6为本发明一实施例中的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法与现有技术形成的接触孔线宽的比较示意图。
【具体实施方式】
[0041]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0042]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0043]具体地说，图2示意性地示出了根据本发明一实施例的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法的流程图。
[0044]如图2所示，结合图3-6，本发明一实施例的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法包括:
[0045]步骤一 SI，本发明利用光学线宽测量仪测量前批次的晶圆并收取此批次晶圆上的接触孔线宽的全映射数据，在此所说的接触孔线宽的全映射数据分为晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据A和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据B，如图3示出，通过这些数据建立前批次的数据库。[0046]由于光学线宽测量仪具有先进的高产能的特点，即可通过高品质的光学一次性地测量已在晶圆上形成的接触孔线宽的数据并返回测量结果。因此，本步骤可以提供一种高水准的量测方式，同时提升线宽测量的速率和产能。
[0047]进一步的，在所述数据库中至少存在不同的存储空间，每个存储区域分别用于存放前批次晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据和前批次晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的一种，这样有利于后续步骤二 S2从所述数据库中提取数据并获得前批次的晶圆各部分的接触孔线宽全映射数据的平均值。
[0048]步骤二 S2，首先，通过所述数据库可以分别得到前批次的晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值。其次，所述数据库同时将前批次的所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值与工艺要求的接触孔线宽相比，以及将前批次的所述晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值与工艺要求的接触孔线宽相比，前批次的晶圆中间部分的宽差和晶圆边缘部分的宽差的获得过程如下:
[0049]前批次的所述晶圆中间部分的宽差的计算公式如下:
[0050]AA=Z-Ll (公式 I)
[0051]前批次的所述晶圆边缘部分的宽差的计算公式如下:
[0052]Δ B=Z-L2 (公式 2)
[0053]其中，Z为工艺要求的接触孔线宽，LI为前批次晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，L2为前批次晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，ΛΑ为前批次晶圆中间部分的宽差，ΛΒ为前批次晶圆边缘部分的宽差，Z、L1、L2、ΛΑ和ΛΒ的单位均为nm。
[0054]由于所述光学线宽测量仪具有的特点，使得所述数据库用于分别获得前批次的晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值LI和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值L2所运用的数据数目多，而一普通线宽测量仪为了获得接触孔线宽全映射数据的平均值所采样的数据数目却很少，因此，普通线宽测量仪采样的能力无法与所述光学线宽测量仪比拟。
[0055]通常，所述数据库可以采样所存储的前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的10%-100%的数据进行平均值的计算，同理，前批次所述晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值的计算也可以按照上述比例进行采样。如果采样比例过大，虽然可以提高平均值的精确度，但是会导致所述数据库运算速率降低，如果采样比较太小，即使可以提高所述数据库运算速率，但是也会降低平均值的精确度。因此，在本发明最佳实施例中，所述数据库可以按照30%-70%的数据采样计算相应的平均值。
[0056]步骤三S3，经过试验发现，在接触孔刻蚀工艺步骤中，刻蚀气体流量的多少与接触孔线宽的大小成线性关系，也就是说，如每增加3Sccm刻蚀气体流量，接触孔线宽会增大lnm,如每减小3sccm刻蚀气体流量,接触孔线宽会减小lnm。
[0057]因此,一先进制程控制系统(Advanced Process Control, APC)可以根据上述线性关系以及由步骤二 S2获得的前批次的晶圆中间部分的宽差ΛΑ和晶圆边缘部分的宽差ΔΒ，分别调整后批次的每片晶圆中间部分和晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的推导过程如下:[0058]所述APC系统调整后批次每片晶圆中间部分的刻蚀气体流量的计算公式为:
[0059]C=3* Δ A (公式 3)
[0060]所述APC系统调整后批次每片晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的计算公式为:
[0061]Ε=3*ΛΒ (公式 4)
[0062]其中，C为后批次晶圆中间部分的刻蚀气体调整流量，E为后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体调整流量。
[0063]公式3表示若C为正值，表示增加后批次晶圆中间部分的刻蚀气体流量的流量值，若C为负值，表示减少后批次晶圆中间部分的刻蚀气体流量的流量值；公式4表示若E为正值，表示增加后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的流量值，若E为负值，表示减少后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的流量值。
[0064]由于每批次的晶圆与晶圆上的接触孔线宽之间会存在光刻差异性，因此，本发明利用先进且高产能的光学线宽测量仪，对前批次的晶圆上的接触孔线宽增加测量，以便建立数据库，通过数据库将获得的前批次的晶圆中间部分和边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值分别与工艺要求的接触孔线宽进行比较，从而可以实时掌握前批次的晶圆上的接触孔线宽带来的差异，并且利用先进制程APC系统来弥补前批次的光刻工艺对当前批次需要制造的晶圆上的接触孔线宽的影响，进而可以精确的掌握后批次的晶圆中间部分和边缘部分的气体流量需求变化。
[0065]步骤四S4，在接触孔刻蚀工艺步骤中，如图4所示，所述APC可以根据步骤三S3的结果对后批次中的每片晶圆中间部分和边缘部分实时修正需要调整的刻蚀气体流量的流量值，即前批次的晶圆上所制作的接触孔线宽在中间部分大而边缘部分小或中间部分小而边缘部分大的均一不稳定的情况，则可以通过APC系统控制刻蚀气体流量对后批次(即需要制造的当前批次)的晶圆进行弥补，使在后批次的晶圆上制作的接触孔线宽整体更均匀。当完成此步骤中的同批次的硅片的接触孔线宽的制作后，所获得的当前批次的晶圆可以作为下一次接触孔刻蚀工艺步骤前所需要采样的前批次晶圆使用，因此，返回所述步骤一 SI，接着执行后续步骤。
[0066]因此，通过所述光学线宽测量仪可将经过步骤四S4获得的晶片上的接触孔线宽的批量数据采集后存储到所述数据库中，如图5所示。并且，使用本发明后所量测的晶圆上的接触孔线宽的平均值(SRAM_MEAN为量测的一组接触孔线宽图形名称为SRAM的平均值)比未使用本发明后所量测的晶圆上的接触孔线宽的平均值更理想，说明本发明在晶圆上制作的接触孔线宽的均一性更好，如图6可知。
[0067]此外，在现有技术中还可以通过标准方差sigma或3倍的标准方差3-sigma来表征接触孔线宽的刻蚀均一性，当RANGE (即最大的接触孔线宽与最小的接触孔线宽的差值)越小，sigma数值就会越小,则3-sigma越小,贝U表明其刻蚀均一'丨生越好，通过图6中的数据可得，本发明的3-sigma为2.33，而未使用本发明的3-sigma为4.3，因此，可以得知本发明在晶圆上制作的接触孔线宽的均一性更好。
[0068]由以上步骤可知，在接触孔刻蚀工艺步骤中，本发明通过APC系统可以改进后续每片晶圆中间部分和边缘部分的气体流量不变的弊端，从而可以精确地控制后续每片晶圆的中间部分和边缘部分的刻蚀气体流量的大小，改善了产品良率，解决了不会根据不同批次硅片在生长、前层光刻工艺存在差异而实时修正晶圆的中间部分和边缘部分的刻蚀气体流量的问题。
[0069]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，包括: 步骤一，利用光学线宽测量仪测量并收取前批次晶圆上的中间部分的接触孔线宽全映射数据和边缘部分的接触孔线宽全映射数据以建立一数据库； 步骤二，通过所述数据库将得到的前批次晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，与工艺要求的接触孔线宽相比，分别得到前批次晶圆中间部分的宽差和晶圆边缘部分的宽差； 步骤三，一 APC系统根据前批次所述晶圆中间部分的宽差和晶圆边缘部分的宽差，以及根据刻蚀气体流量与接触孔线宽的线性关系，调整后批次每片晶圆中间部分和晶圆边缘部分的刻蚀气体流量； 步骤四，在接触孔刻蚀工艺步骤中，通过所述APC系统实时修正后批次每片晶圆中间部分和晶片边缘部分的刻蚀气体流量，返回步骤一。
2.如权利要求1所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，在所述步骤二中， 前批次所述晶圆中间 部分的宽差的计算公式为: AA=Z-Ll (公式 1) 前批次所述晶圆边缘部分的宽差的计算公式为: Δ B=Z-L2 (公式 2) 其中，Z为工艺要求的接触孔线宽，LI为前批次晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，L2为前批次晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，ΛΑ为前批次晶圆中间部分的宽差，ΛΒ为前批次晶圆边缘部分的宽差，Z、L1、L2、ΛΑ和ΛΒ的单位均为nm0
3.如权利要求2所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述线性关系为:每增加3sccm刻蚀气体流量，接触孔线宽增大Inm ;每减小3sccm刻蚀气体流量，接触孔线宽减小lnm。
4.如权利要求3所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，在所述步骤三中， 所述APC系统调整后批次每片晶圆中间部分的刻蚀气体流量的计算公式为: C=3*AA (公式 3) 所述APC系统调整后批次每片晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的计算公式为: Ε=3*ΛΒ (公式 4) 其中，C为后批次晶圆中间部分的刻蚀气体调整流量，E为后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体调整流量； 公式3:若C为正值，表示增加后批次晶圆中间部分的刻蚀气体流量的流量值，若C为负值，表示减少后批次晶圆中间部分的刻蚀气体流量的流量值； 公式4:若E为正值，表示增加后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的流量值，若E为负值，表示减少后批次晶圆边缘部分的刻蚀气体流量的流量值。
5.如权利要求1所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，所述数据库至少存在分别用于前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的存储空间。
6.如权利要求5所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，所述数据库分别获得的前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值，与一普通线宽测量仪获得的接触孔线宽全映射数据的平均值相比，所采样的数据数目多。
7.如权利要求5所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，所述数据库采样10%-100%的数据，分别计算前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值。
8.如权利要求5所述的改进接触孔线宽均一性的刻蚀方法，其特征在于，所述数据库采样30%-70%的数据，分别 计算前批次所述晶圆中间部分的接触孔线宽全映射数据的平均值和晶圆边缘部分的接触孔线宽全映射数据的平均值。
【文档编号】H01L21/768GK103915378SQ201410138996
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】高腾飞, 荆泉, 张颂周, 任昱, 吕煜坤, 张旭升 申请人:上海华力微电子有限公司