CN102832152B - 一种在线检测接触孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线检测接触孔的方法，所述方法包括：进行自对准接触孔刻蚀；确定晶圆检测区域，所述检测区域为可能出现接触孔形状异常缺陷的区域；关键尺寸扫描电子显微镜（CD-SEM）对所述检测区域中的接触孔俯视图像的内圈直径进行测量；如果测量得到的内圈直径不在预设范围内则CD-SEM提示存在接触孔形状异常缺陷。本发明可以在不报废晶圆的前提下，检测出接触孔的形状异常缺陷。

Description

一种在线检测接触孔的方法
技术领域
本发明涉及晶圆制造技术领域，尤其涉及一种在线检测接触孔的方法。
背景技术
随着半导体器件尺寸日益减小，单位面积上集成的器件数量越来越多，器件的密度也随之增加，器件尺寸也在不断减小，由此导致制造难度的不断上升。特别在对于存储单元半导体晶圆的制造中，存储单元的栅极之间的间隙变得很小，在上述栅极之间制造连接源极、漏极和上层金属层的接触孔（Contact Via）的工艺变得越发困难。由此，业界引入自对准接触孔刻蚀技术（Self-AlignedContact Etch，SAC Etch）来进行接触孔的制造，从而实现第一金属层（Medal-1）与有源区的连接。中国专利申请CN102543840A和中国专利申请CN102064131A公开了不同的自对准接触孔刻蚀技术。
在自对准接触孔刻蚀工艺过程出现问题时，所制造的接触孔会出现形状异常，即接触孔的底部变窄。图1是存在接触孔形状异常缺陷的晶圆截面的示意图。如图1所示，接触孔1通过二氧化硅隔离层2连接到有源区多晶硅3，其中，接触孔1截面正常情况下应当是矩形或者底边与顶边相差较小的梯形，但是，由于工艺问题，图1中的接触孔1在底部处明显变窄，出现了形状异常。由于接触孔底部变窄，导致接触孔后续填充形成的金属塞底部变窄，由此直接影响金属层与有源区连接的电阻和其它电器性能。因此在芯片制造过程中需要有效的方法来检测接触孔形状异常缺陷的发生并加以防范。
现有的接触孔检测方法被称为截面扫描电子显微镜（X-SEM）分析，即是将经过自对准刻蚀工艺的晶圆进行切片，用扫描电子显微镜检测其截面图像，根据接触孔截面图像来检测是否存在接触孔形状异常的缺陷。该方法需要对晶圆进行切片检测，这会导致晶圆的报废。而且，该方法也不属于在线检测方法，其检测效率低。现有技术中还没有能够在不破坏晶圆的前提下，在线检测接触孔的方法。
发明内容
本发明所解决技术问题是如何能在不报废晶圆的前提下，在线检测自对准接触孔刻蚀工艺制造的接触孔是否存在性状异常缺陷。
本发明公开了一种在线检测接触孔的方法，所述方法包括：
进行自对准接触孔刻蚀；
确定晶圆检测区域，所述检测区域为可能出现接触孔形状异常缺陷的区域；
关键尺寸扫描电子显微镜（CD-SEM）对所述检测区域中的接触孔俯视图像的内圈直径进行测量；
如果测量得到的内圈直径不在预设范围内则CD-SEM提示存在接触孔形状异常缺陷。
优选地，所述内圈直径为所述接触孔底部边缘轮廓的直径。
优选地，所述测量得到的内圈直径不在预设范围内为所述内圈直径小于预设阈值。
优选地，所述测量得到的内圈直径不在预设范围内为所述内圈直径小于下限阈值或大于上限阈值。
优选地，所述检测区域为三面被多晶硅包围的区域。
优选地，所述方法还包括在测量得到的内圈直径不在预设阈值范围内时，CD-SEM输出一个控制信号控制刻蚀设备停止进行自对准接触孔刻蚀。
优选地，对于0.13微米闪存产品的自对准接触孔刻蚀工艺，所述预设阈值为60纳米。
优选地，对于0.13微米闪存产品的自对准接触孔刻蚀工艺，所述上限阈值为180纳米，所述下限阈值为60纳米。
本发明通过在自对准接触孔刻蚀主工艺步骤后增加在线关键尺寸量测步骤，采用CD-SEM设备量测所确定的监测区域的接触孔内圈直径，则可以在不报废晶圆的前提下，检测出接触孔的形状异常缺陷。
附图说明
图1是存在接触孔形状异常缺陷的晶圆截面的示意图；
图2A是利用扫描电子显微镜获取的存在接触孔形状异常缺陷的晶圆的俯视照片；
图2B是利用扫描电子显微镜获取的存在接触孔形状异常缺陷的晶圆的截面照片；
图3A是利用扫描电子显微镜获取的不存在接触孔形状异常缺陷的晶圆的俯视照片；
图3B是利用扫描电子显微镜获取的不存在接触孔形状异常缺陷的晶圆的截面照片；
图4是本发明实施例的在线检测接触孔的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明通过引入关键尺寸扫描电子显微镜（CD-SEM）对晶圆表面的接触孔的俯视图像的内圈直径进行关键尺寸测量，自动根据测量得到的接触孔图像内圈直径判断是否存在接触孔形状异常缺陷。
图2A和图2B分别是利用扫描电子显微镜（SEM）获取的存在接触孔形状异常缺陷的晶圆的俯视照片和对应的截面照片。如图2A和图2B所示，通过SEM获得的晶圆表面的接触孔的俯视照片中，接触孔的俯视图像包括内圈和外圈，其分别是接触孔的顶部孔口轮廓和底部边缘轮廓。当孔底部形貌发生异常的时候，俯视照片中的接触孔的内圈直径会明显变小。
图3A和图3B分别是利用扫描电子显微镜（SEM）获取的不存在接触孔形状异常缺陷的晶圆的俯视照片和对应的截面照片。如图3A和图3B所示，通过SEM获得的晶圆表面的接触的照片中，接触孔的俯视图像包括内圈和外圈，其分别是接触孔的顶部孔口轮廓和底部边缘轮廓。当接触孔底部形状无异常的时候，内圈和外圈直径应该接近。
通过比较图2A和图3A可以发现，通过晶圆表面接触孔的底部边缘轮廓（内圈）的直径尺寸可以判断接触孔是否出现形状异常缺陷。由此，本发明实施例提出引入CD-SEM对检测区域中经过自对准接触孔刻蚀工艺制造的接触孔的内圈直径进行测量，自动根据测量结果判断是否存在接触孔形状异常缺陷。
图4是本发明实施例的在线检测自对准刻蚀接触孔的方法的流程图。如图4所示，所述方法包括：
步骤100、进行自对准接触孔刻蚀。
步骤200、确定晶圆检测区域，所述检测区域为可能出现接触孔形状异常缺陷的区域。
由于每次检测晶圆上所有的接触孔需要较长的时间，而且由于自对准接触孔刻蚀工艺的不断改进，其仅会在部分密度较大的区域出现接触孔形状异常缺陷，因此，只需要检测晶圆上可能出现接触孔形状异常缺陷的区域即可。这样既能保证检测的全面性，也可以节省检测时间，提高检测针对性。
在本实施例中，由于三面被多晶硅（Poly或Polysillicon）包围的接触孔最容易发生底部变形，因此，将三面被多晶硅包围的区域确定为检测区域。
步骤300、CD-SEM对检测区域中经过自对准接触孔刻蚀工艺制造的接触孔俯视图像的内圈直径（即其底部边缘轮廓的直径）进行测量。
CD-SEM是用于对晶圆制造工程中的关键器件或结构尺寸进行在线测量和在线监控的设备。其可以自动对设定区域的设定尺寸进行测量，并根据预先设定的公式对尺寸进行处理后输出控制信号，控制工艺线上的生产设备。在本发明的实施例中CD-SEM根据设定对步骤200确定的检测区域内的接触孔的内圈直径进行测量。
步骤400、如果测量得到的内圈直径不在预定范围内，则提示出现接触孔形状异常缺陷。
在本发明的一个实施例中，当CD-SEM测量得到的某一接触孔的内圈直径小于预定阈值时，则CD-SEM提示存在接触孔形状异常缺陷。
在本发明的另一个实施例中，当CD-SEM测量得到的某一接触孔的内圈直径小于一下限阈值或大于一上限阈值时，CD-SEM提示存在接触孔形状异常缺陷。
在本发明的一个实施例中，CD-SEM还可以同时输出一个控制信号控制刻蚀设备停止进行自对准接触孔刻蚀，并提示工程师对晶圆生产线进行检修。
上述的预定阈值是根据工艺条件以及正常的接触孔尺寸确定的阈值，如果接触孔的底部边缘轮廓直径小于该阈值，则接触孔形成金属塞后的电阻和良率不能达到设计标准。
在本发明的一个实施例中，0.13微米（μm）工艺闪存（flash）产品自对准接触孔刻蚀步骤中，所述设定的预定阈值为60纳米（nm）。当内圈直径小于60nm时，说明接触孔的底部形状发生了严重变形，刻蚀工艺流程出现问题，需要进行停线检查。
在另一个实施例中，为还可以为内圈直径分别设置预定的上限阈值和下限阈值，当所述内圈直径大于所述上限阈值或下限阈值时，提示在接触孔形状异常缺陷。对于0.13微米（μm）工艺闪存（flash）产品自对准接触孔刻蚀的实施例，所述上限阈值设置为180nm，所述下限阈值设置为60nm。
本发明实施例通过在自对准接触孔刻蚀主工艺步骤后增加在线关键尺寸量测步骤，采用CD-SEM设备量测所确定的监测区域的接触孔内圈直径，则可以在不报废晶圆的前提下，检测出接触孔的形状异常缺陷。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在线检测接触孔的方法，所述方法包括：
进行自对准接触孔刻蚀；
确定晶圆检测区域，所述检测区域为三面被多晶硅包围的区域；
关键尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)对所述检测区域中的接触孔俯视图像的内圈直径进行测量；
如果测量得到的内圈直径不在预设范围内，则关键尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)提示存在接触孔形状异常缺陷，
在测量得到的内圈直径不在预设阈值范围内时，关键尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)输出一个控制信号控制刻蚀设备停止进行自对准接触孔刻蚀。
2.如权利要求1所述的在线检测接触孔的方法，其特征在于，所述内圈直径为所述接触孔底部边缘轮廓的直径。
3.如权利要求1所述的在线检测接触孔的方法，其特征在于，所述测量得到的内圈直径不在预设范围内为所述内圈直径小于预设阈值。
4.如权利要求1所述的在线检测接触孔的方法，其特征在于，所述测量得到的内圈直径不在预设范围内为所述内圈直径小于下限阈值或大于上限阈值。
5.如权利要求3所述的在线检测接触孔的方法，其特征在于，对于0.13微米闪存产品的自对准接触孔刻蚀工艺，所述预设阈值为60纳米。
6.如权利要求4所述的在线检测接触孔的方法，其特征在于，对于0.13微米闪存产品的自对准接触孔刻蚀工艺，所述上限阈值为180纳米，所述下限阈值为60纳米。
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