一種表征通孔刻蝕后關鍵尺寸的方法技術

本發明專利技術提供的一種表征通孔刻蝕后關鍵尺寸的方法，包括在雙大馬士革工藝的光刻預定區域的通孔圖形時，在非預定區域的光罩上形成通孔的測量圖形，所述測量圖形的大小與所述定義通孔圖形的大小一致；進行通孔刻蝕工藝，在預定區域和非預定區域刻蝕出通孔；在刻蝕工藝穩定后，測量非預定區域的通孔的尺寸。本發明專利技術的表征通孔刻蝕后關鍵尺寸的方法可以有效地在通孔結構刻蝕完之后，方便快捷的進行通孔特征尺寸的測量，便于實時快捷的對通孔刻蝕工藝進行反饋，甄別和調整控制。并且還具有測量精準，重復性高等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種測量通孔尺寸的方法，尤其涉及。
技術介紹
在半導體集成電路工業中，高性能的集成電路芯片需要高性能的后段電學互連。金屬銅由于它的低電阻率特性，在先進集成電路芯片中得到了越來越廣泛的應用。為了獲得更低的信號延遲，獲得更高的互連性能，低介電常數介質材料被引入高端芯片制程。特別在45納米以下的互連工藝中，廣泛采用相對介電常數2. 45^2. 55的多孔介電常數材料。伴隨多孔介電常數材料的引入，金屬硬掩模刻蝕工藝也被廣泛的采用，其目的是為了獲得更好的圖形精度和降低灰化去膠工序對多孔介電常數材料的損傷。 雙大馬士革工藝是銅互連中最常采用的互連方式。通過使通孔層和金屬導線層的一體化成型，可以有效的降低通孔和導線層的整體電阻，而且可以使工藝復雜度降低。但與單層大馬士革互連結構相比，雙大馬士革互連結構通常具有更高的深寬比，尤其是對于通孔的底部而言。互連工藝控制中最重要的判據為測量得到的關鍵尺寸數據。關鍵尺寸的測量通常是利用電子顯微鏡成像來實現的。通常會在光刻顯影后量測光刻后的特征尺寸來驗證光刻工序的質量，而在刻蝕完成后，量測圖形的刻蝕后關鍵尺寸來檢驗刻蝕工藝的合格與否。但經過刻蝕后，過大的通孔深度，使得通孔結構的二次電子產額很低。過低的二次電子產額使得電子顯微鏡成像質量很差。加之低介電常數材料，特別是多孔材料中通孔結構的邊緣粗糙度很大，使得圖形邊界非常模糊，測量的準確度和重復性很差，因此很難實現在線量測通孔結構的刻蝕后關鍵尺寸。如圖1所示。當然，如果采用破壞性的失效分析法，將晶圓破片制成可以觀測剖面的透射電鏡樣品，確實可以獲得較為準確的通孔形貌和刻蝕后關鍵尺寸的數據。但這種做法存在三個問題 第一、這種方法是需要在潔凈室外進行，數據不能及時反饋。制備一個透射電鏡樣品大約需要廣3個小時，而且費用較高，需要額外的人員進行。而在線測量尺寸可以完全自動進行，只需要花費數分鐘。第二、這種方法所收集的數據有限。普通的在線量測方法會針對每個特征圖形，每批晶圓會產生18個關鍵尺寸的數據。而制備一個透射電鏡樣品只能獲取一個數據點。因此這種方法收集到的數據有限，不能表征每片上的尺寸均勻性以及整批的尺寸均勻性。第三、這通過制作透射電鏡樣品的測量方法，需要對晶圓進行破壞性處理。該片晶圓必須被報廢，而不能繼續后續的工藝，因此晶圓消耗和費用較高。綜上所述，在實驗室通過制作透射電鏡樣品進行觀察，雖然可以做到獲得單點的非常精確的關鍵尺寸測量，但存在花費時間長，費用高，數據量有限等缺點，不可能用于工業自動化生產。只能是在研發階段用于形貌的分析和調試。因此，如何有效快速準確的獲得刻蝕后的通孔結構關鍵尺寸，可以盡早的發現工藝的漂移，及早發現工藝問題，是一項非常有價值的研究內容。
技術實現思路
本專利技術針對目前工藝中存在的問題，主要為了解決現有的金屬硬掩模雙大馬士革互連工藝中，由于通孔位于金屬溝槽底部，深度大、二次電子產額低、邊緣粗糙、因此成像質量差、刻蝕后通孔結構特征尺寸難以表征、測量難度大、不利于監控刻蝕工藝表現的難題。 通過本專利技術所公開的方法可以有效地在通孔結構刻蝕完之后，方便快捷的進行通孔特征尺寸的測量，便于實時快捷的對通孔刻蝕工藝進行反饋，甄別和調整控制。另外，本專利技術還具有測量精準，重復性高等特點。本專利技術提供的，包括以下步驟步驟1，在雙大馬士革工藝的光刻預定區域的通孔圖形時，在非預定區域的光罩上形成通孔的測量圖形，所述測量圖形的大小與所述定義通孔圖形的大小一致；步驟2，進行通孔刻蝕工藝，在預定區域和非預定區域刻蝕出通孔；步驟3，在刻蝕工藝穩定后，測量非預定區域的通孔的尺寸。在本專利技術的一個較佳實施方式中，還包括步驟4，測量預定區域的通孔的尺寸，并得出預定區域和非預定區域的通孔尺寸的差巳 在本專利技術的另一較佳實施方式中，所述步驟3中通過掃描電鏡測量非預定區域的通孔的尺寸。在本專利技術的另一較佳實施方式中，所述步驟4中通過透射電鏡測量預定區域的通孔的尺寸。在本專利技術的另一較佳實施方式中，在所述光刻預定區域的通孔圖形時，所形成的晶圓結構包括依次在襯底上形成的刻蝕阻擋層、低介電常數層、氧化硅層和金屬硬掩膜層。在本專利技術的另一較佳實施方式中，所述低介電常數層采用多孔超低介電常數介質材料。在本專利技術的另一較佳實施方式中，所述金屬硬掩膜層為氮化鈦金屬硬掩模。本專利技術的表征通孔刻蝕后關鍵尺寸的方法可以有效地在通孔結構刻蝕完之后，方便快捷的進行通孔特征尺寸的測量，便于實時快捷的對通孔刻蝕工藝進行反饋，甄別和調整控制。另外，本專利技術還具有測量精準，重復性高等特點。附圖說明圖1是現有技術的通孔尺寸的測量示意圖；圖2是本專利技術的實施例的結構示意圖。具體實施方式以下將結合附圖對本專利技術做具體闡釋。本專利技術的實施例的，包括以下步驟步驟1，在雙大馬士革工藝的光刻預定區域的通孔圖形時，在非預定區域的光罩上形成通孔的測量圖形，所述測量圖形的大小與所述定義通孔圖形的大小一致；通孔結構是用于連接上下兩層金屬連線的。因此，正常的通孔圖形都會處于金屬層下方，即通孔曝光時，其底部的金屬硬掩模是被去除的。光罩上形成的通孔測量圖形要求在進行通孔光刻時，底部的金屬硬掩模有一部分是被保留的，而剩余部分是正常的被去除的。在采用了底部抗反射層和介質抗反射層后的光刻表現對于這兩種基底差異很小，即使存在也可以利用版圖進行補償修正。如圖2中所示，在實際的晶圓制造流程中，采用正常的雙大馬士革工藝首先，在襯底6上進行各層薄膜的沉積生長，包括刻蝕阻擋層5，低介電常數層4，緩沖層3和金屬硬掩膜層2 ;隨后進行金屬硬掩膜層的光刻和刻蝕，將存在金屬連線圖形的區域的金屬硬掩模去除，將金屬層光罩上的圖形轉移到金屬硬掩模層上；接著進行通孔的光刻和一體化刻蝕，形成雙大馬士革的開口凹槽。在本專利技術的實施例中，低介電常數層優選為多孔超低介電常數介質材料，相對介電常數2. 55。金屬硬掩模層為氮化鈦金屬硬掩模。步驟2，如圖2中所示，進行通孔刻蝕工藝，在預定區域和非預定區域刻蝕出通孔 I ;由于在非預定區域形成的通孔測量圖形會產生在金屬硬掩模層2上。由于通孔測量圖形處于最表面，因此成像清晰。加之，在金屬硬掩模形成的通孔測量圖形邊緣粗糙度要遠好于在多孔材料或低介電常數介質材料。所以，測試圖形的通孔金屬硬掩模尺寸很容易測量， 測量效果好，精度高，重復性好。步驟3，在刻蝕工藝穩定后，通過在線的掃描電鏡測量非預定區域的通孔的尺寸。步驟4，通過透射電鏡測量預定區域的通孔的尺寸，并得出預定區域和非預定區域的通孔尺寸的差異。將步驟3和步驟4獲得尺寸進行擬合和匹配，即可得到對應的換算關系，這樣通過測量通孔結構的金屬硬掩模尺寸即可獲得底部尺寸，同時也可以監控金屬硬掩模尺寸是否有漂移來檢驗刻蝕工藝的表現和穩定性。本專利技術的實施例對于尺寸越小，溝槽深度越大，高寬比越大，更小線寬的通孔結構具有更明顯效果，可以簡單快捷的通過測試刻蝕后的通孔結構金屬硬掩模圖形的頂部尺寸即可獲得正常通孔結構的尺寸。以上對本專利技術的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本專利技術并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本專利技術進行的等同修改和替代也都在本專利技術的范疇之中。因 此，在不脫離本專利技術的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本專利技術的范圍內。權利要求1.，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種表征通孔刻蝕后關鍵尺寸的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，在雙大馬士革工藝的光刻預定區域的通孔圖形時，在非預定區域的光罩上形成通孔的測量圖形，所述測量圖形的大小與所述定義通孔圖形的大小一致；步驟2，進行通孔刻蝕工藝，在預定區域和非預定區域刻蝕出通孔；步驟3，在刻蝕工藝穩定后，測量非預定區域的通孔的尺寸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張亮，
申請(專利權)人：上海華力微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：