[發(fā)明專利]一種接觸孔關(guān)鍵尺寸的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410652823.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN104360691A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅永堅(jiān);張頌周;任昱;呂煜坤;朱駿;張旭升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): G05D5/00
• 分類號(hào): G05D5/00;H01L21/027
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種接觸孔關(guān)鍵尺寸的控制方法。

背景技術(shù)

接觸孔蝕刻(contact?etch，簡(jiǎn)稱CT?etch)是半導(dǎo)體制造中的一個(gè)重要步驟。接觸孔蝕刻是采用光阻(Photo?Resist，簡(jiǎn)稱PR)作掩模，將光阻下面的氧化膜、氮化膜刻出一個(gè)豎孔(即接觸孔)，用于將下層器件通過(guò)接觸孔以連線(填充在接觸孔中)與上層結(jié)構(gòu)(圖示省略)相連通。接觸孔的大小直接關(guān)系到連線的電容、電阻大小以及RC延遲，因此，接觸孔的關(guān)鍵尺寸(CD)成為一個(gè)非常重要的參數(shù)。

對(duì)接觸孔的蝕刻是采用等離子干法蝕刻(Plasma?Dry?Etch)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。等離子干法蝕刻是將晶圓(wafer)送入一個(gè)密封的等離子干法蝕刻腔體(chamber)中，然后按工藝菜單(recipe)的設(shè)定，通入各種工藝氣體，并在射頻電源(RF?Power)的作用下，使腔體中的蝕刻氣體受激發(fā)產(chǎn)生等離子體，利用等離子體對(duì)氧化膜/氮化膜等介質(zhì)的腐蝕能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓接觸孔的蝕刻。

接觸孔的等離子干法蝕刻一般分為以下幾個(gè)步驟：

1)對(duì)抗反射層(Barc/Darc)的蝕刻；

2)對(duì)氧化膜的蝕刻(Oxide?Etch)；

3)為提高對(duì)氧化膜下底層的選擇比而進(jìn)行的過(guò)蝕刻(Over?Etch)；

4)對(duì)氧化層下部氮化膜的蝕刻(SiN?etch)；

5)其他為了減輕反應(yīng)生成聚合物(polymer)和應(yīng)力而進(jìn)行的其他步驟。

在12寸半導(dǎo)體生產(chǎn)廠中，接觸孔的CD一般都在100nm以下，甚至只有60～70nm。因此，出于對(duì)保證成品良率的考慮，在接觸孔蝕刻生產(chǎn)工藝中，對(duì)接觸孔的CD需要采用6sigma方法來(lái)控制其偏差。而針對(duì)上述接觸孔的CD大小，在6sigma方法中，允許的CD偏差僅僅只有10nm以下，甚至只有5nm左右，其控制難度極大。

一般來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體制造工藝的開發(fā)和量產(chǎn)轉(zhuǎn)移，都是先針對(duì)某個(gè)特定的機(jī)臺(tái)腔體進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)成功后開始量產(chǎn)，并根據(jù)生產(chǎn)工藝需要展開到其他機(jī)臺(tái)和腔體。而隨著產(chǎn)能的提高，腔體關(guān)鍵部件的RF(射頻)時(shí)數(shù)、在維護(hù)周期的不同時(shí)間段、以及不同腔體之間固有的差異(即使是非常細(xì)微的差異)等因素，都會(huì)導(dǎo)致接觸孔的CD產(chǎn)生變動(dòng)。因此，在將開發(fā)成功的一套工藝菜單應(yīng)用于不同的機(jī)臺(tái)和腔體、并采用6sigma方法來(lái)控制接觸孔的CD偏差時(shí)，就會(huì)因上述因素的影響及偏差控制限小的緣故，造成CD容易超出控制限的現(xiàn)象頻發(fā)，使得接觸孔CD保持在6sigma范圍內(nèi)越來(lái)越難，并導(dǎo)致一套菜單應(yīng)用于不同的機(jī)臺(tái)和腔體時(shí)難以通用的問(wèn)題。

在上述的蝕刻工藝步驟中，對(duì)接觸孔CD影響最大的步驟是第一步，即對(duì)抗反射層的蝕刻。蝕刻中一般用到的氣體包括O₂、Ar、CO、CO₂、CF₄、C₄F₈、C₄F₆、C₃F₈、CHF₃、CH₂F₂等氣體，而在接觸孔的抗反射層蝕刻中會(huì)用到O₂和CF₄等氣體，其中，以O(shè)₂對(duì)接觸孔的CD影響最大。

等離子干法蝕刻腔體是利用MFC(Mass?Flow?Controller，質(zhì)量流量控制器)來(lái)精確控制蝕刻氣體流量的。當(dāng)某個(gè)機(jī)臺(tái)腔體在接觸孔蝕刻發(fā)生CD超出控制限時(shí)，通過(guò)直接修改干法刻蝕機(jī)臺(tái)上菜單中O₂的流量，并相應(yīng)控制MFC的流量輸出，可以達(dá)到直接調(diào)節(jié)接觸孔CD的目的。但這樣做會(huì)使得相同名稱的菜單在不同機(jī)臺(tái)的控制參數(shù)不一致，造成對(duì)菜單的一致性管理帶來(lái)很大的問(wèn)題，且在過(guò)程控制中更加容易發(fā)生對(duì)CD的變化趨勢(shì)難以預(yù)測(cè)并控制的問(wèn)題。

由于菜單不宜修改的原因，現(xiàn)有的對(duì)應(yīng)接觸孔CD超出控制范圍的方法，是立即進(jìn)行腔體維護(hù)(PM)，更換或者清洗腔體的部件。這種方法的缺點(diǎn)是耗時(shí)長(zhǎng)，成本高。一般做一次腔體維護(hù)需要一個(gè)工作日的時(shí)間，再加上因此帶來(lái)的測(cè)試工作，整個(gè)維護(hù)過(guò)程需要耗時(shí)一到兩天，還將因更換部件帶來(lái)成本的上升。

因此，如何在不改動(dòng)菜單的前提下，提供一種可以方便地調(diào)節(jié)O₂流量的方法，來(lái)控制接觸孔CD，使得接觸孔的CD能保持在工藝控制的6sigma控制限范圍內(nèi)，并維持過(guò)程控制的穩(wěn)定，以減少不必要的PM次數(shù)，節(jié)約時(shí)間和成本，成為當(dāng)前接觸孔蝕刻工藝的一個(gè)重要課題。