专利名称：沟槽刻蚀的方法及量测沟槽深度的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种沟槽刻蚀的方法及量测沟槽深度 的装置。
背景技术：
目前，伴随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、 更大的数据存储量以及更多的功能，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向发展。在半导 体器件的后段工艺中，已经开始进行内部互连的尺度缩小和实现多层内部互连。在半导体器件的后段工艺中，可根据不同需要设置多层金属互连层，每层金属互 连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽和连接孔，然后在上述沟 槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。图 1为现有技术中，部分铜互连层的剖面示意图在包括刻蚀终止层101和氧化硅层102的绝 缘层上刻蚀沟槽103和连接孔104，然后在沟槽103和连接孔104内沉积金属铜，形成沟槽 103内的铜互连线103’及连接孔104内的铜互连线104’，所述铜互连线104’与下层的铜 互连线105连接。为简便起见，图1仅示出了部分金属互连层。显然，形成于半导体衬底 上，还具有若干金属互连层，其中半导体衬底上可以形成各种器件结构，例如定义在半导体 衬底上的有源区、隔离区，以及有源区中的晶体管的源/漏和栅极。在这种铜互连工艺中，刻蚀终止层为氮化硅膜，具有约7的相对介电常数，显 著大于约为4的氧化硅层的的相对介电常数，这增加了整个金属间介质层(Intermetal Dielectric, IMD)的相对介电常数，从而使铜互连线间的寄生电容增加，因此会导致半导体 器件的信号延迟或功耗增加的缺陷。在具体工艺制程中，在多层内部互连中，底层铜互连层 的铜布线相对于其他互连层铜布线比较密集，相对其他互连层来说比较敏感，所以通常采 用低K电介质材料来代替氧化硅层，进一步降低底层铜互连层的铜互连线间的寄生电容， 所以将刻蚀终止膜上淀积含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的BD材料。BD的介 电常数为3，但是BD材料比较昂贵，所以一般工艺制程中仍然采用氧化硅作为绝缘层。在现有的刻蚀工艺中，一般采用等离子体刻蚀形成沟槽103和连接孔104。一般 在半导体制造厂中，有多个进行刻蚀工艺的反应腔，即使设备出厂设置相同，刻蚀参数也相 同，在不同刻蚀反应腔内刻蚀形成的沟槽深度仍然是有所差别的，这主要在于不同的设备 肯定存在一定的差异，这是无法改变的，而且器件的尺寸越精细，这种差异也越明显。因此，现有技术中，在主刻蚀(Main Etch, ME)形成沟槽后，利用原子力显微镜 (atomic force microscope, AFM)，对所有器件的沟槽深度进行测量，如果存在差异，即有 的刻蚀反应腔的刻蚀深度偏离目标沟槽深度，则调整该刻蚀反应腔的刻蚀参数，例如刻蚀 时间以及刻蚀时反应腔内的压力值，直到刻蚀出的沟槽深度达到目标沟槽深度。其中，现有技术中所采用的AFM，是随着技术的进步，逐渐发展而成。在显微镜的发 展过程中，第一代为光学显微镜，第二代为电子显微镜，第三代为扫描探针显微镜，其中就 包括具有原子分辨率、可适用于非导电样品的AFM。AFM包括弹性悬臂和探针，探针由聚焦粒子束(FIB)对硅材料加工而成。当探针扫描样品表面时，即探针尖很靠近样品时，其针尖 顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使弹性悬臂弯曲，偏离原来的位置，通过激光束 来测量上述偏移情况，即能获得样品原子级的表面形貌图。现有经常利用AFM来获得半导 体工艺中沟槽的深度。需要说明的是，器件在晶片(wafer)上形成，所以会在晶片上刻蚀沟槽。在同一晶 片上的单线(Iso)处和密线(Dense)处刻蚀形成的沟槽宽度是不同的。Iso处和Dense处 的区别是指wafer上图案分布的密度不同。具体地，在Iso处的沟槽间距比较宽，关键尺 寸(⑶)也比较大，而在Dense处的沟槽间距相对比较窄，⑶也相对比较小。例如，在90纳 米技术节点，Iso处和Dense处的沟槽深度为350 400纳米，Iso处的⑶，即沟槽宽度为 130 170纳米，而在Dense处的沟槽宽度仅为90 110纳米。在晶片中存在若干个芯片单 元(Die)，每个芯片单元中存在若干个单线和密线，从单线处到密线处，间距是逐渐减小的。 但是上述现有AFM的探针是锥形的，虽然针尖比较细，但是在从针尖起100纳米的针尖高 度之后，探针直径迅速增加，使得FIB探针尖还没有进入到Dense处的窄深的沟槽底部时， 就被比较窄的沟槽宽度所限制，由于探针被卡住，无法伸入到沟槽底部，因而也就无法量测 Dense处的沟槽深度。只能测量晶片中特别稀疏的区域，即Iso处的沟槽深度，而Dense处 的沟槽深度是无法测量的，所以只能将Iso处的沟槽深度作为整个晶片的沟槽深度。这样 即使Dense处的沟槽深度没有达到目标深度，AFM也无法识别，测量误差比较大，严重影响 了器件的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是精确测量沟槽深度。为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的本发明公开了一种沟槽刻蚀的方法，包括以下步骤设置刻蚀反应腔的刻蚀参数；刻蚀形成沟槽；对晶片上包括单线Iso处和密线Dense处的沟槽深度进行量测，进行量测时，将量 测装置伸入到沟槽底部；判断是否达到目标沟槽深度，如果达到目标深度，则结束刻蚀；否则重新设置所述 刻蚀参数，进行沟槽刻蚀，直至到达目标深度。所述刻蚀参数包括刻蚀时间以及刻蚀时反应腔内的压力值。本发明还公开了一种量测沟槽深度的装置，包括弹性悬臂和探针，所述探针能够 伸入到单线处和密线处的沟槽底部，对沟槽深度进行量测。所述探针呈柱状结构，直径小于沟槽宽度。所述装置为碳纳米管原子力显微镜CNT AFM0由上述的技术方案可见，本发明克服了现有技术中的测量缺陷，将能够伸入到晶 片Dense处沟槽底部的测量装置，应用于半导体制造工艺中，精确量测沟槽深度，真实反映 Iso处和Dense处的沟槽深度，如果达不到目标深度，可以重新调整刻蚀反应腔的刻蚀参 数，进行沟槽的刻蚀。而不像现有技术那样，只能量测非常稀疏的区域的沟槽深度，因此也 就无法反映刻蚀时的缺陷，例如由于刻蚀反应腔的不同引起刻蚀沟槽深度的差异，或者微负载效应(Micro loading Effect)引起的Iso处和Dense处沟槽深度的不同，使形成的器 件性能降低。
图1为现有技术中部分铜互连层的剖面示意图。图2为本发明进行沟槽刻蚀的方法流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。本发明将能够伸入到晶片Dense处沟槽底部的测量装置，应用于半导体制造工艺 中，精确量测沟槽深度，真实反映Iso处和Dense处的沟槽深度，如果达不到目标深度，可以 重新调整刻蚀反应腔的刻蚀参数，进行沟槽的刻蚀。图2示出了本发明进行沟槽刻蚀的方法流程示意图。步骤21、设置刻蚀反应腔的刻蚀参数，例如刻蚀时间以及刻蚀时反应腔内的压力 值，进行主刻蚀步骤，刻蚀形成沟槽。步骤22、采用本发明的测量装置对沟槽深度进行量测，包括Iso处和Dense处。值得注意的是，现有技术中AFM只能量测特别稀疏(Iso)的区域的沟槽深度，因为 这些地方沟槽宽度相对Dense的地方尺寸比较大，现有AFM的探针不会被沟槽卡住，而进入 到Iso处的沟槽底部。而本发明所采用的装置，探针呈现柱状结构，针尖的直径很小，不论 90纳米技术代，还是更高的65纳米、45纳米技术代，探针都能伸入到Iso处和Dense处沟 槽底部，对沟槽深度进行精确测量。随着纳米技术的发展，将碳纳米管与原子力显微镜结合起来，构成了碳纳米管 (carbon nano tube，CNT) AFM，即由CNT构成AFM的探针。CNTAFM包括弹性悬臂和探针。碳 纳米管可以做到很小的尺寸，其CNT探针呈现柱状结构，针尖的直径只有20纳米，并且在整 个针尖的长度上保持恒定，因此，CNT AFM更适合进行高深宽比的窄深沟槽的量测。所以本 发明对沟槽深度进行精确量测的优选实施例为CNT AFM,不论90纳米技术代，还是更高技 术代，都能伸入到Iso处和Dense处沟槽底部，因此不但能够量测Iso区域的沟槽深度，而 且还能量测Dense区域的沟槽深度。步骤23、将量测尺寸进行反馈，判断是否达到目标沟槽深度；如果Iso处和Dense 处的沟槽深度达到目标深度，则执行步骤24、结束刻蚀；如果Iso处或者Dense处的沟槽深度没有达到目标沟槽深度，则重新执行步骤21、 重新调整刻蚀参数，包括刻蚀时间以及刻蚀时反应腔内的压力值，直至刻蚀出的Iso处和 Dense处的沟槽深度符合目标值。从上述明显可以看出，无论是由于刻蚀反应腔的不同引起刻蚀沟槽深度的差异， 还是Micro loading Effect引起的Iso处和Dense处沟槽深度的不同，都可以通过本发明 的测量装置精确量测，从而灵活调整刻蚀工艺参数，使Iso处和Dense处的沟槽深度符合目 标值。Micro loading Effect指晶片局部不同的图案密度，影响刻蚀速率，孔小的地方刻蚀 相对较难进入，所以相对于孔大的地方刻蚀比较慢，相同的刻蚀条件下，刻蚀沟槽的深度不
5同，孔小的沟槽深度较浅。需要说明的是，本发明量测沟槽深度的装置，包括但不限于CNT AFM，只要能伸入到Iso处和Dense处沟槽底部，进行深度测量的装置都应包含在本发明的 保护范围之内。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种沟槽刻蚀的方法，包括以下步骤设置刻蚀反应腔的刻蚀参数；刻蚀形成沟槽；对晶片上包括单线Iso处和密线Dense处的沟槽深度进行量测，进行量测时，将量测装置伸入到沟槽底部；判断是否达到目标沟槽深度，如果达到目标深度，则结束刻蚀；否则重新设置所述刻蚀参数，进行沟槽刻蚀，直至到达目标深度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀参数包括刻蚀时间以及刻蚀时反 应腔内的压力值。
3.一种量测沟槽深度的装置，包括弹性悬臂和探针，其特征在于，所述探针能够伸入到 单线处和密线处的沟槽底部，对沟槽深度进行量测。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述探针呈柱状结构，直径小于沟槽宽度。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置为碳纳米管原子力显微镜CNTAFM。
全文摘要
本发明公开了一种沟槽刻蚀的方法，包括以下步骤设置刻蚀反应腔的刻蚀参数；刻蚀形成沟槽；对晶片上包括单线(Iso)处和密线(Dense)处的沟槽深度进行量测，进行量测时，将量测装置伸入到沟槽底部；判断是否达到目标沟槽深度，如果达到目标深度，则结束刻蚀；否则重新设置所述刻蚀参数，进行沟槽刻蚀，直至到达目标深度。本发明还公开了一种量测沟槽深度的装置。采用该方法及装置能够精确量测沟槽深度，无论是由于刻蚀反应腔的不同引起刻蚀沟槽深度的差异，还是微负载效应(Micro loading Effect)引起的Iso处和Dense处沟槽深度的不同，都可以精确量测，从而灵活调整刻蚀工艺参数，使Iso处和Dense处的沟槽深度符合目标值。
文档编号H01L21/306GK101894755SQ20091008412
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者孙武, 张海洋 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司