專利名稱：一種在線檢測接觸孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶圓制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在線檢測接觸孔的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件尺寸日益減小，單位面積上集成的器件數(shù)量越來越多，器件的密度也隨之增加，器件尺寸也在不斷減小，由此導(dǎo)致制造難度的不斷上升。特別在對于存儲單元半導(dǎo)體晶圓的制造中，存儲單元的柵極之間的間隙變得很小，在上述柵極之間制造連接源極、漏極和上層金屬層的接觸孔(Contact Via)的工藝變得越發(fā)困難。由此，業(yè)界引入自對準接觸孔刻蝕技術(shù)(Self-Aligned Contact Etch, SAC Etch)來進行接觸孔的制造,從而實現(xiàn)第一金屬層(Medal-I)與有源區(qū)的連接。中國專利申請CN102543840A和中國專利申請CN102064131A公開了不同的自對準接觸孔刻蝕技術(shù)。
在自對準接觸孔刻蝕工藝過程出現(xiàn)問題時，所制造的接觸孔會出現(xiàn)形狀異常，即接觸孔的底部變窄。圖I是存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓截面的示意圖。如圖I所示，接觸孔I通過二氧化硅隔離層2連接到有源區(qū)多晶硅3，其中，接觸孔I截面正常情況下應(yīng)當(dāng)是矩形或者底邊與頂邊相差較小的梯形，但是，由于工藝問題，圖I中的接觸孔I在底部處明顯變窄，出現(xiàn)了形狀異常。由于接觸孔底部變窄，導(dǎo)致接觸孔后續(xù)填充形成的金屬塞底部變窄，由此直接影響金屬層與有源區(qū)連接的電阻和其它電器性能。因此在芯片制造過程中需要有效的方法來檢測接觸孔形狀異常缺陷的發(fā)生并加以防范?，F(xiàn)有的接觸孔檢測方法被稱為截面掃描電子顯微鏡(X-SEM)分析，即是將經(jīng)過自對準刻蝕工藝的晶圓進行切片，用掃描電子顯微鏡檢測其截面圖像，根據(jù)接觸孔截面圖像來檢測是否存在接觸孔形狀異常的缺陷。該方法需要對晶圓進行切片檢測，這會導(dǎo)致晶圓的報廢。而且，該方法也不屬于在線檢測方法，其檢測效率低?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒有能夠在不破壞晶圓的前提下，在線檢測接觸孔的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決技術(shù)問題是如何能在不報廢晶圓的前提下，在線檢測自對準接觸孔刻蝕工藝制造的接觸孔是否存在性狀異常缺陷。本發(fā)明公開了一種在線檢測接觸孔的方法，所述方法包括進行自對準接觸孔刻蝕；確定晶圓檢測區(qū)域，所述檢測區(qū)域為可能出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷的區(qū)域；關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)對所述檢測區(qū)域中的接觸孔俯視圖像的內(nèi)圈直徑進行測量；如果測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)則CD-SEM提示存在接觸孔形狀異常缺陷。 優(yōu)選地，所述內(nèi)圈直徑為所述接觸孔底部邊緣輪廓的直徑。優(yōu)選地，所述測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)為所述內(nèi)圈直徑小于預(yù)設(shè)閾值。優(yōu)選地，所述測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)為所述內(nèi)圈直徑小于下限閾值或大于上限閾值。優(yōu)選地，所述檢測區(qū)域為三面被多晶硅包圍的區(qū)域。優(yōu)選地，所述方法還包括在測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)時，CD-SEM輸出一個控制信號控制刻蝕設(shè)備停止進行自對準接觸孔刻蝕。優(yōu)選地，對于O. 13微米閃存產(chǎn)品的自對準接觸孔刻蝕工藝，所述預(yù)設(shè)閾值為60納米?！?yōu)選地，對于O. 13微米閃存產(chǎn)品的自對準接觸孔刻蝕工藝，所述上限閾值為180納米，所述下限閾值為60納米。本發(fā)明通過在自對準接觸孔刻蝕主工藝步驟后增加在線關(guān)鍵尺寸量測步驟，采用CD-SEM設(shè)備量測所確定的監(jiān)測區(qū)域的接觸孔內(nèi)圈直徑，則可以在不報廢晶圓的前提下，檢測出接觸孔的形狀異常缺陷。


圖I是存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓截面的示意圖；圖2A是利用掃描電子顯微鏡獲取的存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓的俯視照片;圖2B是利用掃描電子顯微鏡獲取的存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓的截面照片;圖3A是利用掃描電子顯微鏡獲取的不存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓的俯視照片;圖3B是利用掃描電子顯微鏡獲取的不存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓的截面照片;圖4是本發(fā)明實施例的在線檢測接觸孔的方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明通過引入關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡(⑶-SEM)對晶圓表面的接觸孔的俯視圖像的內(nèi)圈直徑進行關(guān)鍵尺寸測量，自動根據(jù)測量得到的接觸孔圖像內(nèi)圈直徑判斷是否存在接觸孔形狀異常缺陷。圖2A和圖2B分別是利用掃描電子顯微鏡(SEM)獲取的存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓的俯視照片和對應(yīng)的截面照片。如圖2A和圖2B所示，通過SEM獲得的晶圓表面的接觸孔的俯視照片中，接觸孔的俯視圖像包括內(nèi)圈和外圈，其分別是接觸孔的頂部孔口輪廓和底部邊緣輪廓。當(dāng)孔底部形貌發(fā)生異常的時候，俯視照片中的接觸孔的內(nèi)圈直徑會明
顯變小。圖3A和圖3B分別是利用掃描電子顯微鏡(SEM)獲取的不存在接觸孔形狀異常缺陷的晶圓的俯視照片和對應(yīng)的截面照片。如圖3A和圖3B所示，通過SEM獲得的晶圓表面的接觸的照片中，接觸孔的俯視圖像包括內(nèi)圈和外圈，其分別是接觸孔的頂部孔口輪廓和底部邊緣輪廓。當(dāng)接觸孔底部形狀無異常的時候，內(nèi)圈和外圈直徑應(yīng)該接近。通過比較圖2A和圖3A可以發(fā)現(xiàn)，通過晶圓表面接觸孔的底部邊緣輪廓(內(nèi)圈)的直徑尺寸可以判斷接觸孔是否出現(xiàn)形狀異常缺陷。由此，本發(fā)明實施例提出引入CD-SEM對檢測區(qū)域中經(jīng)過自對準接觸孔刻蝕工藝制造的接觸孔的內(nèi)圈直徑進行測量，自動根據(jù)測量結(jié)果判斷是否存在接觸孔形狀異常缺陷。圖4是本發(fā)明實施例的在線檢測自對準刻蝕接觸孔的方法的流程圖。如圖4所示，所述方法包括步驟100、進行自對準接觸孔刻蝕。步驟200、確定晶圓檢測區(qū)域，所述檢測區(qū)域為可能出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷的區(qū)域。
由于每次檢測晶圓上所有的接觸孔需要較長的時間，而且由于自對準接觸孔刻蝕工藝的不斷改進，其僅會在部分密度較大的區(qū)域出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷，因此，只需要檢測晶圓上可能出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷的區(qū)域即可。這樣既能保證檢測的全面性，也可以節(jié)省檢測時間，提聞檢測針對性。在本實施例中，由于三面被多晶娃(Poly或Polysillicon)包圍的接觸孔最容易發(fā)生底部變形，因此，將三面被多晶硅包圍的區(qū)域確定為檢測區(qū)域。步驟300、⑶-SEM對檢測區(qū)域中經(jīng)過自對準接觸孔刻蝕工藝制造的接觸孔俯視圖像的內(nèi)圈直徑(即其底部邊緣輪廓的直徑)進行測量。⑶-SEM是用于對晶圓制造工程中的關(guān)鍵器件或結(jié)構(gòu)尺寸進行在線測量和在線監(jiān)控的設(shè)備。其可以自動對設(shè)定區(qū)域的設(shè)定尺寸進行測量，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的公式對尺寸進行處理后輸出控制信號，控制工藝線上的生產(chǎn)設(shè)備。在本發(fā)明的實施例中CD-SEM根據(jù)設(shè)定對步驟200確定的檢測區(qū)域內(nèi)的接觸孔的內(nèi)圈直徑進行測量。步驟400、如果測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)定范圍內(nèi)，則提示出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷。在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)CD-SEM測量得到的某一接觸孔的內(nèi)圈直徑小于預(yù)定閾值時，則CD-SEM提示存在接觸孔形狀異常缺陷。在本發(fā)明的另一個實施例中，當(dāng)CD-SEM測量得到的某一接觸孔的內(nèi)圈直徑小于一下限閾值或大于一上限閾值時，CD-SEM提示存在接觸孔形狀異常缺陷。在本發(fā)明的一個實施例中，CD-SEM還可以同時輸出一個控制信號控制刻蝕設(shè)備停止進行自對準接觸孔刻蝕，并提示工程師對晶圓生產(chǎn)線進行檢修。上述的預(yù)定閾值是根據(jù)工藝條件以及正常的接觸孔尺寸確定的閾值，如果接觸孔的底部邊緣輪廓直徑小于該閾值，則接觸孔形成金屬塞后的電阻和良率不能達到設(shè)計標準。在本發(fā)明的一個實施例中，O. 13微米(μ m)工藝閃存(flash)產(chǎn)品自對準接觸孔刻蝕步驟中，所述設(shè)定的預(yù)定閾值為60納米(nm)。當(dāng)內(nèi)圈直徑小于60nm時,說明接觸孔的底部形狀發(fā)生了嚴重變形，刻蝕工藝流程出現(xiàn)問題，需要進行停線檢查。在另一個實施例中，為還可以為內(nèi)圈直徑分別設(shè)置預(yù)定的上限閾值和下限閾值，當(dāng)所述內(nèi)圈直徑大于所述上限閾值或下限閾值時，提示在接觸孔形狀異常缺陷。對于O. 13微米(μ m)工藝閃存(flash)產(chǎn)品自對準接觸孔刻蝕的實施例，所述上限閾值設(shè)置為180nm,所述下限閾值設(shè)置為60nm。本發(fā)明實施例通過在自對準接觸孔刻蝕主工藝步驟后增加在線關(guān)鍵尺寸量測步驟，采用CD-SEM設(shè)備量測所確定的監(jiān)測區(qū)域的接觸孔內(nèi)圈直徑，則可以在不報廢晶圓的前提下，檢測出接觸孔的形狀異常缺陷。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同 替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在線檢測接觸孔的方法，所述方法包括 進行自對準接觸孔刻蝕； 確定晶圓檢測區(qū)域，所述檢測區(qū)域為可能出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷的區(qū)域； 關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)對所述檢測區(qū)域中的接觸孔俯視圖像的內(nèi)圈直徑進行測量； 如果測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則CD-SEM提示存在接觸孔形狀異常缺陷。
2.如權(quán)利要求I所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，所述內(nèi)圈直徑為所述接觸孔底部邊緣輪廓的直徑。
3.如權(quán)利要求I所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，所述測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)為所述內(nèi)圈直徑小于預(yù)設(shè)閾值。
4.如權(quán)利要求I所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，所述測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)為所述內(nèi)圈直徑小于下限閾值或大于上限閾值。
5.如權(quán)利要求I所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，所述檢測區(qū)域為三面被多晶硅包圍的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求I所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，所述方法還包括在測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)時，CD-SEM輸出一個控制信號控制刻蝕設(shè)備停止進行自對準接觸孔刻蝕。
7.如權(quán)利要求3所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，對于O.13微米閃存產(chǎn)品的自對準接觸孔刻蝕工藝，所述預(yù)設(shè)閾值為60納米。
8.如權(quán)利要求4所述的在線檢測接觸孔的方法，其特征在于，對于O.13微米閃存產(chǎn)品的自對準接觸孔刻蝕工藝，所述上限閾值為180納米，所述下限閾值為60納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線檢測接觸孔的方法，所述方法包括進行自對準接觸孔刻蝕；確定晶圓檢測區(qū)域，所述檢測區(qū)域為可能出現(xiàn)接觸孔形狀異常缺陷的區(qū)域；關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)對所述檢測區(qū)域中的接觸孔俯視圖像的內(nèi)圈直徑進行測量；如果測量得到的內(nèi)圈直徑不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)則CD-SEM提示存在接觸孔形狀異常缺陷。本發(fā)明可以在不報廢晶圓的前提下，檢測出接觸孔的形狀異常缺陷。
文檔編號H01L21/66GK102832152SQ201210299848
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者李健, 杜哲, 牟亮偉 申請人:無錫華潤上華科技有限公司