发明内容
本发明提供一种获得刻蚀工艺试片线宽的方法及刻蚀方法,本发明的方法能够在较短的时间内获得刻蚀工艺试片的线宽。
本发明提供的一种获得刻蚀工艺试片线宽的方法,包括:
提供试片,在所述试片上具有光刻胶图案;
执行刻蚀工艺,将光刻胶图案转移到其相应的试片中,在试片中形成刻蚀图形;
测量所述刻蚀图形线宽,获得去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽;
将所述去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽输入去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形线宽的函数关系中,获得光刻胶图案去除后刻蚀图形的线宽。
可选的,测量所述刻蚀图形线宽的方法为光学关键尺寸检测法。
可选的,获得去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽的函数关系的步骤如下:
提供至少两个具有光刻胶图案的试片,在不同的试片上的光刻胶图案的线宽不同;
通过刻蚀工艺将每一试片上的光刻胶图案转移到其相应的试片中,在试片中形成刻蚀图形;
测量每一试片中的刻蚀图形线宽,获得去除光刻胶图案前试片中刻蚀图形的线宽;
去除每一试片上的光刻胶图案;
测量去除光刻胶图案后每一试片中的刻蚀图形线宽;
拟合去除光刻胶图案前每一试片中刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后相应的刻蚀图形线宽之间的函数关系。
可选的,测量每一试片中的刻蚀图形线宽的方法为光学关键尺寸检测法。
可选的,用光学关键尺寸检查法或电子扫描显微镜测量去除光刻胶图案后每一试片中的刻蚀图形线宽。
可选的,所述拟合为线性拟合。
可选的,所述刻蚀工艺为干法刻蚀。
相应的,本发明还提供一种刻蚀方法,包括:提供半导体晶片,在所述半导体晶片上具有光刻胶图案;
执行刻蚀工艺,将光刻胶图案转移到其相应的半导体晶片中,在半导体晶片中形成刻蚀图形;
测量所述刻蚀图形线宽;
将所述刻蚀图形线宽输入去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形线宽的函数关系中,获得光刻胶图案去除后刻蚀图形的线宽;
将获得的去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽与目标线宽进行比较,并将比较结果反馈至刻蚀的步骤,对刻蚀工艺参数进行调整。
可选的,测量所述刻蚀图形线宽的方法为光学关键尺寸检测法。
可选的,获得去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与光刻胶图案去除后刻蚀图形的线宽的函数关系的步骤如下:
提供至少两个具有光刻胶图案的半导体晶片,在不同的半导体晶片上的光刻胶图案的线宽不同;
通过刻蚀工艺将每一半导体晶片上的光刻胶图案转移到其相应的半导体晶片中,在半导体晶片中形成刻蚀图形;
测量每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽,获得去除光刻胶图案前半导体晶片中刻蚀图形的线宽;
去除每一半导体晶片上的光刻胶图案;
测量去除光刻胶图案后每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽;
拟合去除光刻胶图案前每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后相应的刻蚀图形的线宽之间的函数关系。
可选的,测量每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽的方法为光学关键尺寸检测法。
可选的,用光学关键尺寸检查法或电子扫描显微镜测量去除光刻胶图案后每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽。
可选的,所述拟合为线性拟合。
与现有技术相比,上述技术方案中的其中一个具有以下优点:
通过在执行刻蚀工艺之后,去除光刻胶图案前对试片中的光刻胶图形进行测量,并将测量结果输入去除光刻胶图案前试片中的刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案之后试片中的刻蚀图形线宽之间的函数关系,直接获得去除光刻胶图案之后试片中的刻蚀图形的线宽,而不必再执行氧气等离子体刻蚀、湿法清洗及清洗后的测量等工艺,一方面可较快的获得刻蚀工艺的试片中的图形的线宽,并根据该线宽判断刻蚀工艺是否满足要求;若不满足要求,可尽快调整刻蚀工艺,能够在较短时间内确定满足要求的刻蚀工艺;另一方面,在通过试片确定刻蚀工艺参数时,不必执行氧气等离子体刻蚀、湿法清洗等工艺,可减少工艺步骤,节约成本;
上述技术方案中的另一个具有如下优点:在完成刻蚀工艺后,去除光刻胶之前,测量刻蚀图形的线宽,并将该线宽输入去除光刻胶之前刻蚀图形线宽与去除光刻胶之后刻蚀图形线宽之间的函数关系,获得去除光刻胶之后刻蚀图形线宽,然后将获得的去除光刻胶之后刻蚀图形线宽反馈至刻蚀步骤,对下一片半导体晶片的刻蚀工艺进行调整,以使刻蚀工艺获得的线宽能够获得的线宽能够满足要求;
在去除光刻胶图案之前就能够获得去除光刻胶图案之后刻蚀图形的线宽,并根据获得的线宽进行反馈,可及时调整刻蚀工艺,而不必等待去除光刻胶图案之后才进行反馈,若刻蚀工艺不满足要求可及时进行调整,减少受影响的半导体晶片的数量,可提高对刻蚀工艺的控制能力和工艺的稳定性,从而可提高良率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的一个实施例中,提供一种获得刻蚀工艺试片线宽的方法。图1为本发明获得刻蚀工艺试片线宽的方法的实施例的流程图。
如图1所示,步骤S100,提供试片,该试片上具有光刻胶图案。
步骤S110,执行刻蚀工艺,将光刻胶图案的线宽转移到其相应的试片中,在试片中形成刻蚀图形。
步骤S120,测量所述刻蚀图形线宽,获得去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽(也称为After Etch Inspection CD,AEI CD)。
在其中的一个实施例中,所述测量的方法为光学关键尺寸(OpticalCritical Dimension,OCD)测量法。
步骤S130,将所述去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽输入去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽(也称为After Strip Inspection CD,ASI CD)的函数关系中,获得光刻胶图案去除后刻蚀图形的线宽。
通过在执行完刻蚀工艺后,直接测量AEI CD,然后将测量的AEICD输入到AEI CD与ASI CD的函数关系中,可获得ASI CD,也即不必等待将光刻胶图案去除后,再测量ASI CD,可节省时间,尤其是在对刻蚀工艺参数进行调整后,或者新产品上线确定新的工艺参数时,需要知道调整后的工艺参数或新的工艺参数是否能够获得理想的目标线宽,用所述实施例的方法进行检测,能够在较短的时间内获得试片的ASI CD,而不必在等到去除光刻胶图案工艺后才通过测量获得。从而可较快的获得工艺参数是否满足要求的信息,若不满足,可尽快调整并再次采用所述的方法获得试片的线宽,从而可较快的确定满足要求的工艺参数。
其中,在执行完刻蚀工艺后,可通过OCD测量法获得带有光刻胶图案的刻蚀图形的线宽。
而现有技术中,执行刻蚀工艺后,不得不再执行氧气等离子体灰化工艺和湿法清洗工艺去除光刻胶图案,然后再测量去除光刻胶图案后的刻蚀图形的线宽,致使获得刻蚀工艺的试片线宽的周期较长。
下面结合半导体晶体管器件栅极的制造工艺说明本发明的获得刻蚀工艺试片线宽的方法。
请参考图2,提供半导体晶片100,所述半导体晶片100的材质可以是多晶硅、非晶硅、单晶体中的一种,所述半导体晶片100也可以是砷化镓、硅锗化合物中的一种,所述半导体晶片100还可以具有绝缘层上硅结构或硅上外延层结构。
在所述半导体晶片100中形成有浅沟槽隔离(图未示),所述浅沟槽隔离用于在所述半导体晶片100中隔离出有源区。
在所述半导体晶片100上形成有栅极介质层104,所述栅极介质层104为氧化硅或氮氧化硅,形成氧化硅的方法可以是炉管氧化法、快速热氧化法或原位水蒸气产生氧化法中的一种,对氧化硅执行氮化工艺后可形成氮氧化硅,氮化工艺可以是炉管氮化、快速热退火氮化或等离子氮化中的一种。
在所述栅极介质层104上形成有多晶硅层106,所述多晶硅层106用于形成栅极。形成所述多晶硅层106的方法可以是化学气相沉积或原于层沉积。
在其它的实施例中,在所述多晶硅层106中可以掺入杂质,以降低形成的栅极的电阻率。例如在多晶硅层106用作NMOS栅极的区域中掺入N型杂质,例如磷或砷;在多晶硅层106用作PMOS栅极的区域中掺入P型杂质,例如硼。
在其它的实施例中,在所述多晶硅层106还可以是多层。
在其它的实施例中,在所述多晶硅层106上还可以有金属硅化物层。
请参考图3,在所述多晶硅层106上旋涂光刻胶层,并通过曝光显影形成栅极图案110,所述光刻胶层为化学放大光刻胶。所述栅极图案110约为90nm。在其它的实施例中,栅极图案110也可以是110nm或65nm或与其它技术节点相应的栅极图案的线宽。
请参考图4,执行刻蚀工艺,将所述栅极图案110转移到所述多晶硅层106中,在所述多晶硅层106中形成刻蚀图形106a。
在其中的一个实施例中,所述刻蚀为等离子体干法刻蚀,刻蚀气体为含氟的气体,所述含氟的气体可以是CF4、CF4/O2、SF6、C2F6/O2、NF3中的一种或组合。
接着,测量所述刻蚀图形106a的线宽。在其中的一个实施例中,通过OCD测量法测量所述刻蚀图形106a的线宽。
OCD方法原理如下:半导体晶片上的多个刻蚀图形106a(包括栅极图案110)可视作一反射光栅,OCD方法通过将一束偏振光投射到所述光栅上,经所述光栅表面的不同位置反射后产生相位差,光栅表面的不同位置的反射光之间产生干涉,形成干涉条纹,通过光敏单元接收干涉条纹并通过数据处理计算干涉条纹的周期,所述干涉条纹的周期与所述刻蚀图形106a的之间的距离,刻蚀图形106a的宽度(即线宽)以及所述刻蚀图形106a的折射系数,反射系数,吸收系数都有关系,通过已经获得的干涉条纹的周期以及其与所述刻蚀图形106a的线宽的关系,可计算出刻蚀图形106a的线宽。
即,通过OCD测量法可以测量带有栅极图案110的刻蚀图形106a的线宽。
OCD方法具有实时测量的优点,不必对待测的刻蚀图形106a进行切片等破坏性处理,可简化测量工艺、降低费用,能够在带有栅极图案110时获得刻蚀图形106a的线宽。
完成对所述刻蚀图形106a线宽进行测量后,获得刻蚀图形106a的线宽,将所述刻蚀图形106a的线宽输入去除光刻胶栅极图案前栅极图形线宽与去除光刻胶栅极图案后栅极图形线宽之间的函数关系中,获得光刻胶栅极图案110去除后栅极图形106b的线宽,如图5所示。
由于在刻蚀工艺中,采用含氟的等离子体干法刻蚀,在刻蚀形成刻蚀图形106a的同时,会产生聚合物,产生的聚合物会附着在刻蚀图形106a的侧壁,也即通过OCD测量法测量的刻蚀图形106a的线宽也包括聚合物的厚度,而在通过氧气等离子体灰化和湿法清洗去除光刻胶的栅极图案110时,也会去除所述聚合物,并会对所述刻蚀图形106a的线宽有影响,因而形成的栅极图形106b的线宽与刻蚀图形106a并不相同。而在现有技术中,一般是通过测量栅极图形106b来检测刻蚀工艺的线宽,也即现有工艺需要将刻蚀、氧气等离子体灰化、湿法清洗等工艺完成后才能获得刻蚀工艺试片的线宽。
在其中的一个实施例中,获得去除光刻胶图案前栅极图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形线宽的函数关系的步骤如下:
首先,提供至少两个具有光刻胶栅极图案的试片,在不同的试片上的光刻胶栅极图案的线宽不同,
例如,提供具有栅极图案的试片W1、W2......Wn(n>=2),所述试片W1、W2......Wn(n>=2)具有相同的材质,在试片W1、W2......Wn(n>=2)上的栅极图案的线宽分别为A1、A2......An(n>=2)。
执行刻蚀工艺,将试片W1、W2......Wn(n>=2)上栅极图案分别转移到其相应的试片上,在试片W1、W2......Wn(n>=2)中形成栅极图形。
然后,测量每一试片中的刻蚀图形的线宽,测量的方法为OCD检测法,获得试片W1、W2......Wn(n>=2)中相应的栅极图形的线宽A11、的线宽。
OCD方法具有实时测量的优点,不必对待测的刻蚀图形106a进行切片等破坏性处理,可简化测量工艺、降低费用,能够在带有栅极图案110时获得刻蚀图形106a的线宽。
完成对所述刻蚀图形106a线宽进行测量后,获得刻蚀图形106a的线宽,将所述刻蚀图形106a的线宽输入去除光刻胶栅极图案前栅极图形线宽与去除光刻胶栅极图案后栅极图形线宽之间的函数关系中,获得光刻胶栅极图案110去除后栅极图形106b的线宽,如图5所示。
由于在刻蚀工艺中,采用含氟的等离子体干法刻蚀,在刻蚀形成刻蚀图形106a的同时,会产生聚合物,产生的聚合物会附着在刻蚀图形106a的侧壁,也即通过OCD测量法测量的刻蚀图形106a的线宽也包括聚合物的厚度,而在通过氧气等离子体灰化和湿法清洗去除光刻胶的栅极图案110时,也会去除所述聚合物,并会对所述刻蚀图形106a的线宽有影响,因而形成的栅极图形106b的线宽与刻蚀图形106a并不相同。而在现有技术中,一般是通过测量栅极图形106b来检测刻蚀工艺的线宽,也即现有工艺需要将刻蚀、氧气等离子体灰化、湿法清洗等工艺完成后才能获得刻蚀工艺试片的线宽。
在其中的一个实施例中,获得去除光刻胶图案前栅极图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形线宽的函数关系的步骤如下:
首先,提供至少两个具有光刻胶栅极图案的试片,在不同的试片上的光刻胶栅极图案的线宽不同,
例如,提供具有栅极图案的试片W1、W2......Wn(n>=2),所述试片W1、W2......Wn(n>=2)具有相同的材质,在试片W1、W2......Wn(n>=2)上的栅极图案的线宽分别为A1、A2......An(n>=2)。
执行刻蚀工艺,将试片W1、W2......Wn(n>=2)上栅极图案分别转移到其相应的试片上,在试片W1、W2......Wn(n>=2)中形成栅极图形。
然后,测量每一试片中的刻蚀图形的线宽,测量的方法为OCD检测法,获得试片W1、W2......Wn(n>=2)中相应的栅极图形的线宽A11、
如图6所示,步骤S200,提供半导体晶片,在所述半导体晶片上具有光刻胶图案。
步骤S210,执行刻蚀工艺,将光刻胶图案的线宽转移到其相应的半导体晶片中,在半导体晶片中形成刻蚀图形。
步骤S220,测量所述刻蚀图形线宽。在其中的一个实施例中,测量所述刻蚀图形线宽的方法为OCD测量法。
步骤S230,将所述刻蚀图形线宽输入去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽的函数关系中,获得光刻胶图案去除后刻蚀图形的线宽。
在其中的一个实施例中,获得去除光刻胶图案前刻蚀图形线宽与光刻胶图案去除后刻蚀图形的线宽的函数关系的步骤如下:
提供至少两个具有光刻胶图案的半导体晶片,在不同的半导体晶片上的光刻胶图案的线宽不同;
通过刻蚀工艺将每一半导体晶片上的光刻胶图案转移到其相应的半导体晶片中,在所述半导体晶片中形成刻蚀图形;
测量每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽,获得去除光刻胶图案前半导体晶片中刻蚀图形的线宽;测量方法为光学关键尺寸检测法;
去除每一半导体晶片上的光刻胶图案;
测量去除光刻胶图案后每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽;其中,用光学关键尺寸检查法或电子扫描显微镜测量去除光刻胶图案后每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽;
拟合去除光刻胶图案前每一半导体晶片中的刻蚀图形线宽与去除光刻胶图案后相应的刻蚀图形的线宽之间的函数关系;其中,所述拟合为线性拟合。
步骤S240,将获得的去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽与目标线宽进行比较,并将比较结果反馈至刻蚀的步骤,对刻蚀工艺参数进行调整。
例如,若获得的去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽大于目标线宽,可将该结果反馈至刻蚀步骤,进一步延长刻蚀工艺的时间,延长的时间由去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽与目标线宽差值以及刻蚀工艺的刻蚀速率决定。反之,若去除光刻胶图案后刻蚀图形的线宽小于目标线宽,则减少刻蚀工艺的时间,使得使用调整后刻蚀工艺对后续的半导体晶片的刻蚀后,形成的刻蚀图形的线宽满足要求。当然,也可以不对刻蚀时间进行调整,而对刻蚀的其它工艺参数进行调整,这里不在赘述。
其中,所述的目标线宽是至为使形成的半导体器件满足电性的要求,需要达到的线宽。
本发明的方法在去除光刻胶图案之前就能够获得去除光刻胶图案之后刻蚀图形的线宽,并根据获得的线宽进行反馈,可及时调整刻蚀工艺,而不必等待去除光刻胶图案之后才进行反馈,若刻蚀工艺不满足要求可及时进行调整,减少受影响的半导体晶片的数量,可提高对刻蚀工艺的控制能力和工艺的稳定性,从而可提高良率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。