[發(fā)明專利]一種改善刻蝕關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710470246.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107316810A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶鈺節(jié);昂開(kāi)渠;江旻;唐在峰;任昱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/3065
• 分類號(hào): H01L21/3065;H01L21/66
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31237
• 代理人: 智云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種改善刻蝕關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體制造工藝過(guò)程中，大多數(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備過(guò)程從控制的角度上可以看成是非線性過(guò)程，生產(chǎn)設(shè)備的控制參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間以及工藝發(fā)生漂移，而且在半導(dǎo)體的制造過(guò)程中，有許多復(fù)雜的化學(xué)與物理反應(yīng)，難以建立其制造模型,再加上檢測(cè)技術(shù)的缺乏,造成無(wú)法及時(shí)得知工藝過(guò)程狀態(tài)而難以對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)控，如果仍采用固定的控制方案進(jìn)行生產(chǎn)控制，必將會(huì)導(dǎo)致不同批次之間產(chǎn)品的質(zhì)量出現(xiàn)較大差異。因此,當(dāng)半導(dǎo)體制造進(jìn)入8英寸、12英寸晶圓生產(chǎn)的主流,面臨線寬更小、工藝日趨復(fù)雜的挑戰(zhàn)時(shí),嚴(yán)格的工藝過(guò)程監(jiān)控越來(lái)越重要。如何提高設(shè)備生產(chǎn)效率，又如何使工藝生產(chǎn)線具備可延伸性、靈活性并改善產(chǎn)品的質(zhì)量和連續(xù)性。在此背景下，先進(jìn)過(guò)程控制(Advanced Process Control，APC)應(yīng)運(yùn)而生，先進(jìn)的半導(dǎo)體過(guò)程控制技術(shù)主要用于監(jiān)控工藝過(guò)程與機(jī)臺(tái)，以提高產(chǎn)品良率和設(shè)備生產(chǎn)效率。

先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)結(jié)合了統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)與回饋控制，利用過(guò)去的過(guò)程資料數(shù)據(jù)，根據(jù)最后所需要達(dá)到的目標(biāo)選擇合適的模型及控制策略，進(jìn)一步結(jié)合前一道工序中的半導(dǎo)體晶圓參數(shù)預(yù)測(cè)并調(diào)整下一批次晶圓制造過(guò)程的設(shè)備參數(shù)或工藝參數(shù)，及時(shí)糾正誤差，降低因機(jī)臺(tái)老化、材料壽命或周圍環(huán)境調(diào)節(jié)的改變?cè)斐傻脑O(shè)備漂移，可保證設(shè)備良好穩(wěn)定運(yùn)行以維護(hù)制造工藝的穩(wěn)定，縮小晶圓產(chǎn)出的變異，提高設(shè)備利用效率及成品良率。

但是在實(shí)際量產(chǎn)過(guò)程中，除了刻蝕設(shè)備本身帶來(lái)的刻蝕特性的漂移，還有一部分來(lái)自于前層工藝帶來(lái)的刻蝕參量的漂移，比如光刻技術(shù)中帶來(lái)的特征尺寸漂移、化學(xué)氣相沉淀工藝中帶來(lái)的掩膜層厚度漂移以及爐管工藝帶來(lái)的沉積層漂移等，這些變量的變化會(huì)直接導(dǎo)致刻蝕最終結(jié)果的變化。雖然在前層工藝發(fā)生漂移的情況下，刻蝕工藝能夠保持穩(wěn)定，但是最終的特征尺寸會(huì)隨之發(fā)生變化，作為最終特征尺寸的刻蝕工藝不僅要做到自身工藝的穩(wěn)定性，還要做到在前層工藝出現(xiàn)漂移的情況下盡量的利用自身工藝來(lái)彌補(bǔ)前層工藝帶來(lái)的漂移，使最終特征尺寸達(dá)到目標(biāo)值。

因此，如何讓先進(jìn)過(guò)程控制更好地消除半導(dǎo)體工藝中漂移以及參數(shù)的改動(dòng)帶來(lái)的影響，成為半導(dǎo)體制造工藝特別是65nm及更小尺寸半導(dǎo)體制造工藝中亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改善刻蝕關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法，可避免因硬質(zhì)掩膜層厚度的漂移而引起的刻蝕關(guān)鍵特征尺寸的偏移，從而提高刻蝕工藝的關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性，改善產(chǎn)品的電學(xué)性能，同時(shí)提高產(chǎn)品良率，降低返工率和廢棄率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種改善刻蝕關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法，包括：

提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上設(shè)有硬質(zhì)掩膜層；

量測(cè)所述硬質(zhì)掩膜層厚度；

分析量測(cè)得到的所述硬質(zhì)掩膜層厚度與設(shè)定目標(biāo)值的差異，調(diào)控所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)刻蝕工藝的工藝參數(shù)；

按照調(diào)控后的工藝參數(shù)對(duì)所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕。

進(jìn)一步地，所述刻蝕工藝采用等離子體進(jìn)行刻蝕。

可選的，所述等離子體刻蝕氣體為氯氣或者溴化氫。

可選的，所述硬質(zhì)掩膜層的材料為氮化物、氧化物或金屬。

可選的，所述硬質(zhì)掩膜層由化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積法制備而成。

可選的，采用光學(xué)線寬測(cè)量?jī)x或膜厚測(cè)量?jī)x量測(cè)所述硬質(zhì)掩膜層的厚度。

進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)掩膜層厚度的分析及所述刻蝕工藝參數(shù)的調(diào)控均由先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)完成。

進(jìn)一步地，在所述先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)中，分析所述硬質(zhì)掩膜層厚度與設(shè)定目標(biāo)值的差異，并根據(jù)所述硬質(zhì)掩膜層厚度與所述刻蝕工藝參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)控所述刻蝕工藝參數(shù)以減小所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)刻蝕關(guān)鍵尺寸的偏移。

進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)掩膜層的設(shè)定目標(biāo)值由所述硬質(zhì)掩膜層厚度與所述刻蝕工藝參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、所述刻蝕工藝參數(shù)與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系反推得出。

進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)掩膜層厚度與所述刻蝕工藝參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、所述刻蝕工藝參數(shù)與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系均由多次實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)擬合而得到。

進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)掩膜層厚度與所述刻蝕工藝參數(shù)、所述刻蝕工藝參數(shù)與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸均呈強(qiáng)線性相關(guān)。