一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，包括：利用光學線寬測量儀測量并收取前批次晶圓上的接觸孔線寬全映射數據以建立數據庫；通過數據庫將前批次晶圓中間的接觸孔線寬全映射數據和邊緣的接觸孔線寬全映射數據的平均值與工藝要求的接觸孔線寬相比，分別得到前批次晶圓中間和邊緣的寬差；一APC系統(tǒng)根據前批次晶圓中間的寬差和邊緣的寬差分別調整后批次晶圓中間和邊緣的刻蝕氣體流量；在接觸孔刻蝕工藝步驟中通過APC系統(tǒng)實時修正后批次晶圓的刻蝕氣體流量，以彌補前批次晶光刻差異對后批次晶圓的光刻影響，改進在接觸孔刻蝕工藝步驟中晶圓中間和邊緣的氣體流量不變的弊端而精確掌握各部分的氣體流量變化。
【專利說明】一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子【技術領域】，尤其涉及一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法?！颈尘凹夹g】
[0002]在12英寸65nm及以下的工藝技術中，接觸孔的形成始終都是一項具有挑戰(zhàn)性的工藝，接觸孔的導通直接影響芯片功能的實現(xiàn)。然而，光刻套準精度的工藝技術已面臨瓶頸，改進的空間已經很小。隨著形成晶圓的技術節(jié)點的不斷更新，不僅接觸孔越來越小且越來越密集，晶圓的尺寸也不斷增大，這些因素對接觸孔的導通會造成風險。
[0003]目前，形成接觸孔的現(xiàn)行技術方案如下:在接觸孔刻蝕程式開發(fā)過程中，使用普通線寬測量儀測量樣品晶圓，收取其上的多個(一般為9-13個)接觸孔線寬全映射(Full map)數據，如接觸孔線寬的均一性不穩(wěn)定，則重新調試接觸孔刻蝕程序工藝，在新一次的接觸孔刻蝕程序開發(fā)過程中，同樣使用普通線寬測量儀測量新的樣品晶圓，收取其上的接觸孔線寬全映射數據，反復進行上述過程以調試接觸孔刻蝕程序工藝。當監(jiān)控的接觸孔線寬的均一性穩(wěn)定時，將已調試好的接觸孔刻蝕程序工藝運用在實際批量生產中。
[0004]但是，僅僅依靠普通線寬測量儀收取少量的線寬數據，顯然不能精準的體現(xiàn)接觸孔線寬在整個晶圓上的均一性。此外，普通線寬測量儀取樣有限(一般只取1-2個樣品晶圓)，接觸孔刻蝕前不同批次的硅片在生長上的光刻工藝也有一定變化，雖然在接觸孔刻蝕程式開發(fā)過程中運用已調試好的接觸孔刻蝕程序工藝，卻不能實時地反饋及修正不同批次的硅片的光刻差異，因此，實際批量生產的接觸孔線寬在整個晶圓上的均一性并不穩(wěn)定。即使在接觸孔刻蝕程式開發(fā)過程中，雖然針對晶圓中間和邊緣使用了不同的刻蝕氣體流量，然而，所使用的不同的刻蝕氣體流量也是固定不變的，并不會根據前面條件的不同而實時修正每片晶圓中間和邊緣的刻蝕氣體流量。
[0005]由于接觸孔線寬的均一性穩(wěn)定對制造芯片的良率穩(wěn)定性有很大幫助，因此接觸孔線寬的均一性就顯得尤為重要。然而，現(xiàn)有技術方案在實際批量生產中，如圖1所示，晶圓上的接觸孔線寬的均一性并不穩(wěn)定，而本發(fā)明正是需要解決上述問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在上述缺陷，提供一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述技術目的，根據本發(fā)明，提供了一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其包括:
[0008]步驟一，利用光學線寬測量儀測量并收取前批次晶圓上的中間部分的接觸孔線寬全映射數據和邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據以建立一數據庫；
[0009]步驟二，通過所述數據庫將得到的前批次晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，與工藝要求的接觸孔線寬相t匕，分別得到前批次晶圓中間部分的寬差和晶圓邊緣部分的寬差；[0010]步驟三，一 APC系統(tǒng)根據前批次所述晶圓中間部分的寬差和晶圓邊緣部分的寬差，以及根據刻蝕氣體流量與接觸孔線寬的線性關系，調整后批次每片晶圓中間部分和晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量；
[0011]步驟四，在接觸孔刻蝕工藝步驟中，通過所述APC系統(tǒng)實時修正后批次每片晶圓中間部分和晶片邊緣部分的刻蝕氣體流量，返回步驟一。
[0012]進一步的，在所述步驟二中，
[0013]前批次所述晶圓中間部分的寬差的計算公式為:
[0014]AA=Z-Ll (公式 I)
[0015]前批次所述晶圓邊緣部分的寬差的計算公式為:
[0016]AB=Z-L2 (公式 2)
[0017]其中，Z為工藝要求的接觸孔線寬，LI為前批次晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，L2為前批次晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，ΛΑ為前批次晶圓中間部分的寬差，ΛΒ為前批次晶圓邊緣部分的寬差，Z、L1、L2、ΛΑ和ΛΒ的單位均為nm。
[0018]進一步的,在所述步驟三中，所述線性關系為:每增加3sccm刻蝕氣體流量,接觸孔線寬增大Inm ;每減小3sccm刻蝕氣體流量,接觸孔線寬減小lnm。
[0019]進一步的，在所述步驟三中，
[0020]所述APC系統(tǒng)調整后批次每片晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的計算公式為:
[0021]C=3* Δ A (公式 3)
[0022]所述APC系統(tǒng)調整后批次每片晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的計算公式為:
[0023]Ε=3*ΛΒ (公式 4)
[0024]其中，C為后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體調整流量，E為后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體調整流量；
[0025]公式3:若C為正值，表示增加后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的流量值，若C為負值，表示減少后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的流量值；
[0026]公式4:若E為正值，表示增加后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的流量值，若E為負值，表示減少后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的流量值。
[0027]優(yōu)選的，所述數據庫至少存在分別用于前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的存儲空間。
[0028]優(yōu)選的，所述數據庫分別獲得的前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，與一普通線寬測量儀獲得的接觸孔線寬全映射數據的平均值相比，所采樣的數據數目多。
[0029]優(yōu)選的，所述數據庫采樣10%_100%的數據，分別計算前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值。
[0030]優(yōu)選的，所述數據庫采樣30%_70%的數據，分別計算前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0032]1.利用先進且高產能的光學線寬測量儀，對前批次的晶圓上的接觸孔線寬增加測量，以便建立數據庫，通過數據庫將獲得的晶圓中間部分和邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值分別與工藝要求的接觸孔線寬進行比較，從而掌握前批次的晶圓上的接觸孔線寬帶來的差異，并且利用先進制程APC系統(tǒng)來彌補前批次的晶圓上的接觸孔線寬的差異對當前批次需要制造的晶圓上的接觸孔線寬的影響，從而可以精確的掌握后批次的晶圓中間部分和邊緣部分的氣體流量需求變化。
[0033]2.改進了在接觸孔刻蝕工藝步驟中，每批次的晶圓中間部分和邊緣部分的氣體流量不變的弊端。
[0034]3.結合APC系統(tǒng)，實時反饋修正當前批次的每片晶圓的中間部分和邊緣部分的刻蝕氣體流量，從而可以精確地控制當前批次的每片晶圓的中間部分和邊緣部分的刻蝕氣體流量的大小，改善了產品良率，解決了不會根據不同批次硅片在生長、前層光刻工藝存在差異而實時修正晶圓的中間部分和邊緣部分的刻蝕氣體流量的問題。
[0035]此外，在所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法中，APC系統(tǒng)作為橋梁，分別通過晶圓中間部分和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬平均值與工藝要求的線寬誤差之間的線性關系，以及分別通過晶圓中間部分的差值和晶圓邊緣部分的差值與刻蝕氣體流量的線性關系，實現(xiàn)動態(tài)的實施反饋和修正。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為現(xiàn)有技術所形成的接觸孔區(qū)域示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明一實施例中的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法的流程示意圖；
[0038]圖3-4為本發(fā)明一實施例中的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法中的步驟示意圖；
[0039]圖5為本發(fā)明一實施例中的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法使用后，在晶圓上形成的接觸孔線寬的數據示意圖；
[0040]圖6為本發(fā)明一實施例中的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法與現(xiàn)有技術形成的接觸孔線寬的比較示意圖。
【具體實施方式】
[0041]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0042]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0043]具體地說，圖2示意性地示出了根據本發(fā)明一實施例的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法的流程圖。
[0044]如圖2所示，結合圖3-6，本發(fā)明一實施例的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法包括:
[0045]步驟一 SI，本發(fā)明利用光學線寬測量儀測量前批次的晶圓并收取此批次晶圓上的接觸孔線寬的全映射數據，在此所說的接觸孔線寬的全映射數據分為晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據A和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據B，如圖3示出，通過這些數據建立前批次的數據庫。[0046]由于光學線寬測量儀具有先進的高產能的特點，即可通過高品質的光學一次性地測量已在晶圓上形成的接觸孔線寬的數據并返回測量結果。因此，本步驟可以提供一種高水準的量測方式，同時提升線寬測量的速率和產能。
[0047]進一步的，在所述數據庫中至少存在不同的存儲空間，每個存儲區(qū)域分別用于存放前批次晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據和前批次晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的一種，這樣有利于后續(xù)步驟二 S2從所述數據庫中提取數據并獲得前批次的晶圓各部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值。
[0048]步驟二 S2，首先，通過所述數據庫可以分別得到前批次的晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值。其次，所述數據庫同時將前批次的所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值與工藝要求的接觸孔線寬相比，以及將前批次的所述晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值與工藝要求的接觸孔線寬相比，前批次的晶圓中間部分的寬差和晶圓邊緣部分的寬差的獲得過程如下:
[0049]前批次的所述晶圓中間部分的寬差的計算公式如下:
[0050]AA=Z-Ll (公式 I)
[0051]前批次的所述晶圓邊緣部分的寬差的計算公式如下:
[0052]Δ B=Z-L2 (公式 2)
[0053]其中，Z為工藝要求的接觸孔線寬，LI為前批次晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，L2為前批次晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，ΛΑ為前批次晶圓中間部分的寬差，ΛΒ為前批次晶圓邊緣部分的寬差，Z、L1、L2、ΛΑ和ΛΒ的單位均為nm。
[0054]由于所述光學線寬測量儀具有的特點，使得所述數據庫用于分別獲得前批次的晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值LI和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值L2所運用的數據數目多，而一普通線寬測量儀為了獲得接觸孔線寬全映射數據的平均值所采樣的數據數目卻很少，因此，普通線寬測量儀采樣的能力無法與所述光學線寬測量儀比擬。
[0055]通常，所述數據庫可以采樣所存儲的前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的10%-100%的數據進行平均值的計算，同理，前批次所述晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值的計算也可以按照上述比例進行采樣。如果采樣比例過大，雖然可以提高平均值的精確度，但是會導致所述數據庫運算速率降低，如果采樣比較太小，即使可以提高所述數據庫運算速率，但是也會降低平均值的精確度。因此，在本發(fā)明最佳實施例中，所述數據庫可以按照30%-70%的數據采樣計算相應的平均值。
[0056]步驟三S3，經過試驗發(fā)現(xiàn)，在接觸孔刻蝕工藝步驟中，刻蝕氣體流量的多少與接觸孔線寬的大小成線性關系，也就是說，如每增加3Sccm刻蝕氣體流量，接觸孔線寬會增大lnm,如每減小3sccm刻蝕氣體流量,接觸孔線寬會減小lnm。
[0057]因此,一先進制程控制系統(tǒng)(Advanced Process Control, APC)可以根據上述線性關系以及由步驟二 S2獲得的前批次的晶圓中間部分的寬差ΛΑ和晶圓邊緣部分的寬差ΔΒ，分別調整后批次的每片晶圓中間部分和晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的推導過程如下:[0058]所述APC系統(tǒng)調整后批次每片晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的計算公式為:
[0059]C=3* Δ A (公式 3)
[0060]所述APC系統(tǒng)調整后批次每片晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的計算公式為:
[0061]Ε=3*ΛΒ (公式 4)
[0062]其中，C為后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體調整流量，E為后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體調整流量。
[0063]公式3表示若C為正值，表示增加后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的流量值，若C為負值，表示減少后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的流量值；公式4表示若E為正值，表示增加后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的流量值，若E為負值，表示減少后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的流量值。
[0064]由于每批次的晶圓與晶圓上的接觸孔線寬之間會存在光刻差異性，因此，本發(fā)明利用先進且高產能的光學線寬測量儀，對前批次的晶圓上的接觸孔線寬增加測量，以便建立數據庫，通過數據庫將獲得的前批次的晶圓中間部分和邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值分別與工藝要求的接觸孔線寬進行比較，從而可以實時掌握前批次的晶圓上的接觸孔線寬帶來的差異，并且利用先進制程APC系統(tǒng)來彌補前批次的光刻工藝對當前批次需要制造的晶圓上的接觸孔線寬的影響，進而可以精確的掌握后批次的晶圓中間部分和邊緣部分的氣體流量需求變化。
[0065]步驟四S4，在接觸孔刻蝕工藝步驟中，如圖4所示，所述APC可以根據步驟三S3的結果對后批次中的每片晶圓中間部分和邊緣部分實時修正需要調整的刻蝕氣體流量的流量值，即前批次的晶圓上所制作的接觸孔線寬在中間部分大而邊緣部分小或中間部分小而邊緣部分大的均一不穩(wěn)定的情況，則可以通過APC系統(tǒng)控制刻蝕氣體流量對后批次(即需要制造的當前批次)的晶圓進行彌補，使在后批次的晶圓上制作的接觸孔線寬整體更均勻。當完成此步驟中的同批次的硅片的接觸孔線寬的制作后，所獲得的當前批次的晶圓可以作為下一次接觸孔刻蝕工藝步驟前所需要采樣的前批次晶圓使用，因此，返回所述步驟一 SI，接著執(zhí)行后續(xù)步驟。
[0066]因此，通過所述光學線寬測量儀可將經過步驟四S4獲得的晶片上的接觸孔線寬的批量數據采集后存儲到所述數據庫中，如圖5所示。并且，使用本發(fā)明后所量測的晶圓上的接觸孔線寬的平均值(SRAM_MEAN為量測的一組接觸孔線寬圖形名稱為SRAM的平均值)比未使用本發(fā)明后所量測的晶圓上的接觸孔線寬的平均值更理想，說明本發(fā)明在晶圓上制作的接觸孔線寬的均一性更好，如圖6可知。
[0067]此外，在現(xiàn)有技術中還可以通過標準方差sigma或3倍的標準方差3-sigma來表征接觸孔線寬的刻蝕均一性，當RANGE (即最大的接觸孔線寬與最小的接觸孔線寬的差值)越小，sigma數值就會越小,則3-sigma越小,貝U表明其刻蝕均一'丨生越好，通過圖6中的數據可得，本發(fā)明的3-sigma為2.33，而未使用本發(fā)明的3-sigma為4.3，因此，可以得知本發(fā)明在晶圓上制作的接觸孔線寬的均一性更好。
[0068]由以上步驟可知，在接觸孔刻蝕工藝步驟中，本發(fā)明通過APC系統(tǒng)可以改進后續(xù)每片晶圓中間部分和邊緣部分的氣體流量不變的弊端，從而可以精確地控制后續(xù)每片晶圓的中間部分和邊緣部分的刻蝕氣體流量的大小，改善了產品良率，解決了不會根據不同批次硅片在生長、前層光刻工藝存在差異而實時修正晶圓的中間部分和邊緣部分的刻蝕氣體流量的問題。
[0069]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領域技術人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
【權利要求】
1.一種改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，包括: 步驟一，利用光學線寬測量儀測量并收取前批次晶圓上的中間部分的接觸孔線寬全映射數據和邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據以建立一數據庫； 步驟二，通過所述數據庫將得到的前批次晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，與工藝要求的接觸孔線寬相比，分別得到前批次晶圓中間部分的寬差和晶圓邊緣部分的寬差； 步驟三，一 APC系統(tǒng)根據前批次所述晶圓中間部分的寬差和晶圓邊緣部分的寬差，以及根據刻蝕氣體流量與接觸孔線寬的線性關系，調整后批次每片晶圓中間部分和晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量； 步驟四，在接觸孔刻蝕工藝步驟中，通過所述APC系統(tǒng)實時修正后批次每片晶圓中間部分和晶片邊緣部分的刻蝕氣體流量，返回步驟一。
2.如權利要求1所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，在所述步驟二中， 前批次所述晶圓中間 部分的寬差的計算公式為: AA=Z-Ll (公式 1) 前批次所述晶圓邊緣部分的寬差的計算公式為: Δ B=Z-L2 (公式 2) 其中，Z為工藝要求的接觸孔線寬，LI為前批次晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，L2為前批次晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，ΛΑ為前批次晶圓中間部分的寬差，ΛΒ為前批次晶圓邊緣部分的寬差，Z、L1、L2、ΛΑ和ΛΒ的單位均為nm0
3.如權利要求2所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，在所述步驟三中，所述線性關系為:每增加3sccm刻蝕氣體流量，接觸孔線寬增大Inm ;每減小3sccm刻蝕氣體流量，接觸孔線寬減小lnm。
4.如權利要求3所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，在所述步驟三中， 所述APC系統(tǒng)調整后批次每片晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的計算公式為: C=3*AA (公式 3) 所述APC系統(tǒng)調整后批次每片晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的計算公式為: Ε=3*ΛΒ (公式 4) 其中，C為后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體調整流量，E為后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體調整流量； 公式3:若C為正值，表示增加后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的流量值，若C為負值，表示減少后批次晶圓中間部分的刻蝕氣體流量的流量值； 公式4:若E為正值，表示增加后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的流量值，若E為負值，表示減少后批次晶圓邊緣部分的刻蝕氣體流量的流量值。
5.如權利要求1所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，所述數據庫至少存在分別用于前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的存儲空間。
6.如權利要求5所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，所述數據庫分別獲得的前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值，與一普通線寬測量儀獲得的接觸孔線寬全映射數據的平均值相比，所采樣的數據數目多。
7.如權利要求5所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，所述數據庫采樣10%-100%的數據，分別計算前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值。
8.如權利要求5所述的改進接觸孔線寬均一性的刻蝕方法，其特征在于，所述數據庫采樣30%-70%的數據，分別 計算前批次所述晶圓中間部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值和晶圓邊緣部分的接觸孔線寬全映射數據的平均值。
【文檔編號】H01L21/768GK103915378SQ201410138996
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】高騰飛, 荊泉, 張頌周, 任昱, 呂煜坤, 張旭升 申請人:上海華力微電子有限公司