CN112071766B - 接触孔填充缺陷监控方法及其监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接触孔填充缺陷监控方法，包括：制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的膜厚不相同；接触孔钨平坦化后计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；线上测量晶圆研磨后膜厚，将该膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。本发明还公开了一种接触孔填充缺陷监控系统。本发明能高效监控钨填充缺陷对于产品良率的影响，避免后续严重的良率损失。

Description

接触孔填充缺陷监控方法及其监控系统
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种接触孔填充缺陷监控方法。本发明 还还涉及接触孔填充缺陷监控系统。
背景技术
随着半导体集成电路工艺的发展，半导体器件的接触孔半径也越来越小，即在相同 的尺寸范围内需要铺设更多的器件。随着器件的微缩，器件的深宽比也在逐渐变大，高深宽比的接触孔给钨的填充带来了极大的挑战，对当前的工艺以及缺陷检测手段也提出了更高的要求。
传统方法中判断判断钨填充缺陷是否影响产品良率的方法包括扫描晶圆图片，复查 图片找出缺陷-切片晶圆-透射电子显微镜检测TEM。传统方法不仅需要报废一片晶圆，还需借外界FIB与TEM检测手段的帮助，过程非常复杂繁琐，耗时极长，最终反馈的结 果对缺陷管理与线上工艺的监控都具有很强的滞后性，严重影响生产过程中的效率。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现 有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种能通过膜厚和或接触孔半径数据计算晶圆接 触孔填充良品率的接触孔填充缺陷监控方法。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种能通过膜厚和或接触孔半径数据计算晶 圆接触孔填充良品率的接触孔填充缺陷监控系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的接触孔填充缺陷监控方法，以下步骤包括：
S1，制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的膜厚不相同；
按现有工艺制造具有接触孔的晶圆，各晶圆的膜厚不相同；例如，接触孔膜厚逐渐增加；
S2，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比 作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S3，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
可选择的，根据设计采用WAT测量接触孔阻值，判断该晶圆是否合格，即是否会影响良品率；
S4，以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
S5，线上测量晶圆研磨后膜厚，将该膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷 面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
可选择的，实施步骤S5时，线上测量各晶圆研磨后膜厚的上限值和下限值，将膜厚的上限值和下限值带入第一线性函数分别获得膜厚的上限值对应的钨填充缺陷面积 比以及膜厚的下限值对应的钨填充缺陷面积比，根据膜厚的上限值和下限值分别对应的 钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚的上限值和下限值是否影响良品率。
为解决上述技术问题，本发明提供的接触孔填充缺陷监控方法，以下步骤包括：
S6，制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的接触孔半径不相同；例如，接触孔半径逐渐增加；
S7，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比 作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S8，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
S9，以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数；
S10，线上测量个晶圆刻蚀后接触孔半径，将该接触孔半径带入第二线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
可选择的，实施步骤S10时，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径的上限值和下限值， 将接触孔半径的上限值和下限值带入第二线性函数分别获得接触半径的上限值和下限 值分别对应的钨填充缺陷面积比，根据接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺 陷面积比查询数据库获得接触孔半径的上限值和下限值是否影响良品率。
可选择的，通过SEM拍摄晶圆，通过图像计算获得钨填充面积与填充孔洞面积比作为钨填充缺陷面积比。
可选择的，上述方法应用14nm或者28nm工艺的高深宽比接触孔，所述高深宽比为深宽比大于4。
本发明提供一种接触孔填充缺陷监控系统，其集成于生产机台，包括：
测量模块，其用于测量晶圆的膜厚、接触孔半径、接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆研磨后膜厚；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第一计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积 与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第二计算模块，其用于以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
以及，将线上测量晶圆研磨后膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
可选择的，第二计算模块，其线上测量各晶圆研磨后膜厚的上限值和下限值，将膜厚的上限值和下限值带入第一线性函数，分别获得膜厚的上限值对应的钨填充缺陷面积比以及膜厚的下限值对应的钨填充缺陷面积比，根据膜厚的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚的上限值和下限值是否影响良品率。
本发明提供一种接触孔填充缺陷监控系统，其集成于生产机台，包括：
测量模块，其用于测量晶圆接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第三计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积 与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第四计算模块，其用于以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数；
以及，将线上测量个晶圆刻蚀后接触孔半径带入第二线性函数获得其对应钨填充缺 陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
可选择的，第二计算模块，其用于线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径的上限值和下 限值，将接触孔半径的上限值和下限值带入第二线性函数分别获得接触半径的上限值和 下限值分别对应的钨填充缺陷面积比，根据接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填 充缺陷面积比查询数据库获得接触孔半径的上限值和下限值是否影响良品率。
本发明通过制造多片膜厚随接触孔半径变化的晶圆，或半径随不同工艺最小功能单 元变化的晶圆，通过SEM拍摄图片计算钨填充缺陷面积比，并WAT测量接触孔洞的阻值判断该晶圆是否满足工艺要求，从而建立膜厚或半径与良率不同对应的线性函数，进而 在后续生产中能通过膜厚或接触孔半径带入所述各自的对应线性函数获得钨填充缺陷 面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。本发明实现了 高效监控钨填充缺陷对于产品良率的影响，避免了后续严重的良率损失；并且可以精准 的反映线上工艺的稳定性，从而为半导体良率提升以及制程的改善提供了保障。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或 材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附 图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范 围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明接触孔填充缺陷监控方法第一实施例流程示意图。
图2是本发明接触孔填充缺陷监控方法第三实施例流程示意图。
图3是第一线性函数示意图。
图4是第二线性函数示意图。
附图标记说明
a1是膜厚的下限
a2是膜厚的上限
c1是半径下限
c2是半径上限
b1是a1对应的钨填充缺陷面积比
b2是a2对应的钨填充缺陷面积比
d1是c1对应的钨填充缺陷面积比
d2是c2对应的钨填充缺陷面积比。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体 实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以 下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形 式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供 这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术 方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例，如图1所示，本发明提供的接触孔填充缺陷监控方法，以下步骤包括：
S1，制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的膜厚不相同；
S2，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比 作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S3，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
可选择的，根据设计采用WAT测量接触孔阻值，判断该晶圆是否合格，即是否会影响良品率；
S4，以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
S5，线上测量晶圆研磨后膜厚，将该膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷 面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
第二实施例，本发明提供的接触孔填充缺陷监控方法，以下步骤包括：
S1，制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的膜厚不相同；
S2，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比 作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S3，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
可选择的，根据设计采用WAT测量接触孔阻值，判断该晶圆是否合格，即是否会影响良品率；
S4，以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数，如图3所示；
S5，线上测量各晶圆研磨后膜厚的上限值和下限值，将膜厚的上限值和下限值带入 第一线性函数分别获得膜厚的上限值对应的钨填充缺陷面积比以及膜厚的下限值对应的钨填充缺陷面积比，根据膜厚的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚的上限值和下限值是否影响良品率。
第三实施例，如图2所示，本发明提供的接触孔填充缺陷监控方法，以下步骤包括：
S6，按现有工艺制造多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的接触孔半径半径不相同；
S7，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比 作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S8，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
S9，以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数， 如图4所示；
S10，线上测量个晶圆刻蚀后接触孔半径，将该接触孔半径带入第二线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
第四实施例，本发明提供的接触孔填充缺陷监控方法，以下步骤包括：
S6，按现有工艺制造多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的接触孔半径不相同半径；
S7，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比 作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S8，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
S9，以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数， 如图4所示；
S10，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径的上限值和下限值，将接触孔半径的上限值和下限值带入第二线性函数分别获得接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充 缺陷面积比，根据接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库 获得接触孔半径的上限值和下限值是否影响良品率。
第五实施例，本发明提供一种集成于生产机台的接触孔填充缺陷监控系统，其各模 块能通过现有硬件设备和计算机编程技术手段实现，包括：
测量模块，其用于测量晶圆的膜厚、接触孔半径、接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆研磨后膜厚；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第一计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积 与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第二计算模块，其用于以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
以及，将线上测量晶圆研磨后膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
第六实施例，本发明提供一种集成于生产机台的接触孔填充缺陷监控系统，其各模 块能通过现有硬件设备和计算机编程技术手段实现，包括：
测量模块，其用于测量晶圆的膜厚、接触孔半径、接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆研磨后膜厚；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第一计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积 与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第二计算模块，其用于以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
以及，线上测量各晶圆研磨后膜厚的上限值和下限值，将膜厚的上限值和下限值带 入第一线性函数，分别获得膜厚的上限值对应的钨填充缺陷面积比以及膜厚的下限值对 应的钨填充缺陷面积比，根据膜厚的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询 数据库获得该膜厚的上限值和下限值是否影响良品率。
第七实施例，本发明提供一种接触孔填充缺陷监控系统，其集成于生产机台，包括：
测量模块，其用于测量晶圆接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第三计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积 与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第四计算模块，其用于以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数；
以及，将线上测量个晶圆刻蚀后接触孔半径带入第二线性函数获得其对应钨填充缺 陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
第八实施例，本发明提供一种接触孔填充缺陷监控系统，其集成于生产机台，包括：
测量模块，其用于测量晶圆接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第三计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积 与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第四计算模块，其用于以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数；
以及，其用于线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径的上限值和下限值，将接触孔半径 的上限值和下限值带入第二线性函数分别获得接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比，根据接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得接触孔半径的上限值和下限值是否影响良品率。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里 明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关 领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本 发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种接触孔填充缺陷监控方法，其特征在于，以下步骤包括：
S1，制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的膜厚不相同；
S2，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S3，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
S4，以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
S5，线上测量晶圆研磨后膜厚，将该膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
2.如权利要求1所述的接触孔填充缺陷监控方法，其特征在于：实施步骤S5时，线上测量各晶圆研磨后膜厚的上限值和下限值，将膜厚的上限值和下限值带入第一线性函数分别获得膜厚的上限值对应的钨填充缺陷面积比以及膜厚的下限值对应的钨填充缺陷面积比，根据膜厚的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚的上限值和下限值是否影响良品率。
3.一种接触孔填充缺陷监控方法，其特征在于，以下步骤包括：
S6，制作多个具有接触孔的晶圆，各晶圆的接触孔半径不相同；
S7，接触孔钨平坦化后，计算接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，建立数据库；
S8，流片至后续工艺，测量接触孔阻值，根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入所述数据库；
S9，以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数；
S10，线上测量个晶圆刻蚀后接触孔半径，将该接触孔半径带入第二线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该半径是否影响良品率。
4.如权利要求3所述的接触孔填充缺陷监控方法，其特征在于：实施步骤S10时，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径的上限值和下限值，将接触孔半径的上限值和下限值带入第二线性函数分别获得接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比，根据接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得接触孔半径的上限值和下限值是否影响良品率。
5.如权利要求1或3所述的接触孔填充缺陷监控方法，其特征在于：通过SEM 拍摄晶圆，通过图像计算获得钨填充面积与填充孔洞面积比作为钨填充缺陷面积比。
6.如权利要求1或3所述的接触孔填充缺陷监控方法，其特征在于：应用14nm或者28nm工艺的高深宽比接触孔，所述高深宽比为深宽比大于4。
7.一种接触孔填充缺陷监控系统，其集成于生产机台，其特征在于，包括：
测量模块，其用于测量晶圆的膜厚、接触孔半径、接触孔阻值以及线上测量各晶圆研磨后膜厚；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第一计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第二计算模块，其用于以不同膜厚为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第一线性函数；
以及，将线上测量晶圆研磨后膜厚带入第一线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚是否影响良品率。
8.如权利要求7所述的接触孔填充缺陷监控系统，其特征在于：第二计算模块，其线上测量各晶圆研磨后膜厚的上限值和下限值，将膜厚的上限值和下限值带入第一线性函数，分别获得膜厚的上限值对应的钨填充缺陷面积比以及膜厚的下限值对应的钨填充缺陷面积比，根据膜厚的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得该膜厚的上限值和下限值是否影响良品率。
9.一种接触孔填充缺陷监控系统，其集成于生产机台，其特征在于，包括：
测量模块，其用于测量晶圆接触孔阻值；以及，线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径；
拍摄模块，其用于对晶圆进行拍照获得晶圆图片；
第三计算模块，其用于根据晶圆图片计算获得接触孔中没有填充钨的缺陷孔洞面积与接触孔面积比作为钨填充缺陷面积比，输出至数据库；
判断模块，其用于根据阻值判断钨填充缺陷面积比是否影响产品良率并计入数据库；
第四计算模块，其用于以不同接触孔半径为变量，以钨填充缺陷面积比为应变量，建立第二线性函数；
以及，将线上测量个晶圆刻蚀后接触孔半径带入第二线性函数获得其对应钨填充缺陷面积比，根据钨填充缺陷面积比查询数据库获得该半径是否影响良品率。
10.如权利要求9所述的接触孔填充缺陷监控系统，其特征在于：第二计算模块，其用于线上测量各晶圆刻蚀后接触孔半径的上限值和下限值，将接触孔半径的上限值和下限值带入第二线性函数分别获得接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比，根据接触半径的上限值和下限值分别对应的钨填充缺陷面积比查询数据库获得接触孔半径的上限值和下限值是否影响良品率。
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