TWI728267B - Process control method for semiconductor manufacturing - Google Patents
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Description
本發明係關於一種半導體製程控制方法,特別是關於一種控制用來形成線路結構的溝渠的尺寸與側壁輪廓的半導體製程控制方法。 The present invention relates to a semiconductor process control method, in particular to a semiconductor process control method for controlling the size and sidewall profile of trenches used to form circuit structures.
隨著半導體元件尺寸微縮,關鍵尺寸的調整對於元件效能及良率有顯著的影響。一般而言,對於藉由填充溝渠而形成之半導體結構,例如藉由填充形成在介電層中的溝渠而形成的金屬電連接結構的關鍵尺寸,生產上的控制多是在形成導電材料填充溝渠前對溝渠進行線上量測,根據溝渠尺寸間接獲得金屬電連接結構尺寸來進行控制。後續,形成導電材料填滿溝渠後,再利用研磨製程移除溝渠外多餘的導電材料,同時將介電層研磨至預定厚度,製作出金屬電連接結構。但是,形成溝渠的過程中,常由於材料特性或製程負載效應的影響,使得溝渠可能具有非垂直於基底表面的側壁輪廓,例如外擴、內凹或杯狀的側壁輪廓。這種情況下,前述線上量測獲得的溝渠尺寸與最終存在半導體元件中的金屬電連接結構尺寸常存在誤差,無法正確反應出尺寸偏移的趨勢。 另一方面,雖然可藉由切割晶圓並製備顯露出金屬電連接結構剖面結構的樣本後,再利用電子顯微鏡技術例如TEM或SEM量測獲得金屬電連接結構實際的尺寸與側壁輪廓,但是上述手段不僅耗費晶圓以及樣本製備時間,也無法提供具有統計意義的晶圓均勻度(within wafer uniformity)數據回饋給生產線以判斷是否需調整製程。因此,有必要提供一種改良的半導體製程控制方法,可有效控制 填充在溝渠中之金屬電連接結構的關鍵尺寸。 As the size of semiconductor devices shrinks, the adjustment of key dimensions has a significant impact on device performance and yield. Generally speaking, for semiconductor structures formed by filling trenches, for example, the key dimensions of metal electrical connection structures formed by filling trenches formed in a dielectric layer, the production control is mostly to form conductive materials to fill the trenches. The ditch is measured online, and the size of the metal electrical connection structure is indirectly obtained according to the ditch size for control. Subsequently, after forming a conductive material to fill the trench, a polishing process is used to remove the excess conductive material outside the trench, and at the same time, the dielectric layer is polished to a predetermined thickness to produce a metal electrical connection structure. However, in the process of forming trenches, due to material properties or process load effects, the trenches may have sidewall profiles that are not perpendicular to the substrate surface, such as expanded, recessed, or cup-shaped sidewall profiles. In this case, there are often errors between the size of the trench obtained by the aforementioned online measurement and the size of the metal electrical connection structure in the final semiconductor device, and the tendency of the size deviation cannot be correctly reflected. On the other hand, although it is possible to cut the wafer and prepare a sample showing the cross-sectional structure of the metal electrical connection structure, and then use electron microscopy techniques such as TEM or SEM to measure the actual size and sidewall profile of the metal electrical connection structure. The method not only consumes wafer and sample preparation time, but also fails to provide statistically significant within wafer uniformity data to feed back to the production line to determine whether the process needs to be adjusted. Therefore, it is necessary to provide an improved semiconductor process control method that can effectively control The key dimensions of the metal electrical connection structure filled in the trench.
本發明主要目的在於提供一種半導體製程控制方法,特定而言是在研磨移除溝渠外多於的導電材料後,對顯露在表面的線路圖案進行線上量測,可獲得較接近於最終存在半導體元件中的線路結構的尺寸。根據該尺寸來評估是否需調整形成溝渠的圖案化製程,可較準確控制溝渠之尺寸因而可較準確控制線路結構之尺寸。 The main purpose of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing process control method. Specifically, after grinding and removing the excess conductive material outside the trench, the circuit pattern exposed on the surface is measured on-line, so as to obtain a semiconductor device closer to the final existence. The size of the line structure in the. According to the size, it is evaluated whether it is necessary to adjust the patterning process for forming the trench, so that the size of the trench can be controlled more accurately, and the size of the circuit structure can be more accurately controlled.
為達上述目的,本發明一實施例提供一種半導體製程控制方法,包含以下步驟。首先,提供一基底,一介電層位於該基底上。接著進行一圖案化製程,以於該介電層中形成至少一溝渠,該溝渠於該介電層之一主表面形成一溝渠圖案。形成一導電材料完全填滿該溝渠後,進行一第一研磨製程,移除該溝渠外的該導電材料並移除部分該介電層至顯露出該介電層之一第一表面,該第一表面包含由剩餘的該導電材料構成的一第一線路圖案。後續,對該第一線路圖案進行一線上量測,獲得一第一線路圖案尺寸,並根據該第一線路圖案尺寸,評估是否需調整該圖案化製程。 To achieve the above objective, an embodiment of the present invention provides a semiconductor manufacturing process control method, which includes the following steps. First, a substrate is provided, and a dielectric layer is located on the substrate. Then, a patterning process is performed to form at least one trench in the dielectric layer, and the trench forms a trench pattern on a main surface of the dielectric layer. After forming a conductive material to completely fill the trench, a first polishing process is performed to remove the conductive material outside the trench and remove part of the dielectric layer until a first surface of the dielectric layer is exposed. A surface includes a first circuit pattern composed of the remaining conductive material. Subsequently, an online measurement is performed on the first circuit pattern to obtain a first circuit pattern size, and according to the first circuit pattern size, it is evaluated whether the patterning process needs to be adjusted.
為達上述目的,本發明另一實施例提供一種半導體製程控制方法,包含以下步驟。首先,提供一晶圓,包含多個互不重疊的晶片區,一介電層位於該晶圓上並覆蓋各該晶片區。接著進行一圖案化製程,於各該晶片區之該介電層中形成至少一溝渠,各該晶片區之該溝渠分別於該介電層之一表面形成一溝渠圖案。然後,形成一導電材料完全填滿各該晶片區之該溝渠,並進行一第一研磨製程,移除各該晶片區之該溝渠外的該導電材料並移除部分該介電層直 到顯露出該介電層之一第一表面,該第一表面包含由填充在各該晶片區之該溝渠中的該導電材料形成的多個第一線路圖案。之後,對該些第一線路圖案進行一線上量測,獲得多個第一線路圖案尺寸以及一第一線路圖案尺寸晶圓圖,並根據該第一線路圖案尺寸晶圓圖評估是否需調整該圖案化製程。 To achieve the above objective, another embodiment of the present invention provides a semiconductor manufacturing process control method, which includes the following steps. First, a wafer is provided, which includes a plurality of non-overlapping wafer areas, and a dielectric layer is located on the wafer and covers each of the wafer areas. Then, a patterning process is performed to form at least one trench in the dielectric layer of each of the chip regions, and the trenches of each of the chip regions respectively form a trench pattern on a surface of the dielectric layer. Then, a conductive material is formed to completely fill the trenches of each of the chip regions, and a first polishing process is performed to remove the conductive material outside the trenches of each of the chip regions and remove part of the dielectric layer. Until a first surface of the dielectric layer is exposed, the first surface includes a plurality of first circuit patterns formed by the conductive material filled in the trenches of each of the chip regions. After that, perform an online measurement on the first circuit patterns to obtain a plurality of first circuit pattern sizes and a first circuit pattern size wafer map, and evaluate whether the first circuit pattern size wafer map needs to be adjusted. Patterning process.
如前所述,本發明不僅可較準確控制溝渠之尺寸因而可較準確控制線路結構之尺寸, 還可藉由在不同研磨階段對半導體元件進行線上量測獲得多個不同研磨階段的線路尺寸並進行比較,可在不需要報廢晶圓並節省剖面樣品製備時間的情況下,推測出容納線路結構的溝渠是否具有理想的側壁輪廓,即時反饋給形成該溝渠之步驟以有效控制溝渠之尺寸和側壁輪廓。另外,也可藉由線上量測快速獲得較接近最終存在半導體元件之線路結構尺寸的尺寸晶圓圖和較具統計意義的晶圓內均勻度(within wafer uniformity)數據。 As mentioned above, the present invention can not only control the size of the trench more accurately, but also more accurately control the size of the circuit structure. It is also possible to obtain and compare the circuit dimensions of multiple different grinding stages by measuring the semiconductor components online at different grinding stages. It is possible to infer the accommodating circuit structure without the need to scrap wafers and save the time for preparation of profile samples. Whether the ditch has an ideal sidewall profile is immediately fed back to the steps of forming the ditch to effectively control the size and sidewall profile of the ditch. In addition, online measurement can also be used to quickly obtain a size wafer map closer to the final size of the circuit structure of the semiconductor device and more statistically significant within wafer uniformity data.
102:步驟 102: Step
104:步驟 104: Step
106:步驟 106: step
108:步驟 108: Step
110:步驟 110: Step
112:步驟 112: Step
114:步驟 114: step
116:步驟 116: step
118:步驟 118: Steps
110a:步驟 110a: Step
112a:步驟 112a: Step
100:流程圖 100: flow chart
200:流程圖 200: flow chart
300:流程圖 300: flow chart
A-A':切線 A-A': Tangent
P1:圖案化製程 P1: Patterning process
S,S0,S1,S2:間距 S, S0, S1, S2: spacing
210:基底 210: Base
220:介電層 220: Dielectric layer
222:蝕刻停止層 222: Etch stop layer
226:第一介電層 226: first dielectric layer
226:第二介電層 226: second dielectric layer
228:第三介電層 228: third dielectric layer
229:硬遮罩層 229: Hard Mask Layer
220':主表面 220': main surface
220a:第一表面 220a: first surface
220b:第二表面 220b: second surface
220c:第三表面 220c: third surface
230:溝渠 230: ditch
230a:溝渠圖案 230a: Ditch pattern
230b:側壁輪廓 230b: sidewall profile
240:導電材料 240: conductive material
P2:第一研磨製程 P2: The first grinding process
P3:第二研磨製程 P3: The second grinding process
T,T1,T2,T3:厚度 T, T1, T2, T3: thickness
W,W0,W1,W2:寬度 W, W0, W1, W2: width
250:導電材料 250: conductive material
250a:第一線路圖案 250a: the first line pattern
250b:第二線路圖案 250b: second line pattern
250c:第三線路圖案 250c: third line pattern
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例更明顯易懂,所附圖式之詳細說明如下:
第1圖為本發明第一實施例之半導體製程控制方法100的流程圖。
In order to make the above and other objectives, features, advantages and embodiments of the present invention more obvious and understandable, the detailed description of the accompanying drawings is as follows:
FIG. 1 is a flowchart of a semiconductor
第2圖至第5圖為半導體元件10在第一實施例之半導體製程控制方法100的不同製程階段的示意圖,其中上部為頂視圖,下部為沿著頂視圖中A-A’切線的剖面示意圖。
FIGS. 2 to 5 are schematic diagrams of the
第6圖為本發明第二實施例之半導體製程控制方法200的流程圖。
FIG. 6 is a flowchart of a semiconductor
第7圖至第10圖為半導體元件10在第二實施例之半導體製程控制方法200的
不同製程階段的示意圖,其中上部為頂視圖,下部為沿著頂視圖中A-A’切線的剖面示意圖。
Figures 7 to 10 show the
第11圖為本發明第三實施例之半導體製程控制方法300的流程圖。
FIG. 11 is a flowchart of a semiconductor
第12圖為一用於第三實施例之半導體製程控制方法300的晶圓400的示意圖。
FIG. 12 is a schematic diagram of a
第13圖例示第三實施例之半導體製程控制方法300所獲得的一尺寸晶圓圖500。
FIG. 13 illustrates a
第14圖例示第三實施例之半導體製程控制方法300所獲得的一測試晶圓圖600。
FIG. 14 illustrates a test wafer diagram 600 obtained by the semiconductor
請參考第1圖至第5圖。第1圖為本發明第一實施例之半導體製程控制方法100的流程圖。第2圖至第5圖為半導體元件10在第一實施例之半導體製程控制方法100的不同製程階段的示意圖,其中上部為頂視圖,下部為沿著頂視圖中A-A’切線的剖面示意圖。半導體元件10可以是一積體電路的全部或一部分,例如金屬電連接結構、電容結構、電阻結構、電子屏蔽結構、保險絲、電感器,或其他可應用半導體製程控制方法100之半導體元件。應可理解的是,在其他實施例中,可在半導體製程控制方法100之前、之中或之後增加其他步驟,也可以取代或省略半導體製程控制方法100中的一些步驟。
Please refer to Figure 1 to Figure 5. FIG. 1 is a flowchart of a semiconductor
首先,如第1圖和第2圖所示,本實施例之半導體製程控制方法100包含步驟102,提供一基底210,其上包含一介電層220。基底210例如是一矽基底、一矽覆絕緣基底、一三五族半導體基底等,但不限於此。基底210中可包含已製作的半導體結構,例如電晶體、電容、電阻、電感、電連接結構等,為了簡化圖式並未繪示出來。介電層220可提供後續形成的導電結構電性隔離和結構支
撐。介電層220可包含單層或多層堆疊的材料層,較佳包含多層結構,例如由上至下依序可包含硬遮罩層229、第三介電層228、第二介電層226、第一介電層224和蝕刻停止層222。硬遮罩層229材料例如是氮化矽(SiN)或氮氧化矽(SiON),第三介電層228材料例如是氮氧化矽(SiON),第二介電層226較佳為低介電常數介電材料(low-k dielectric material),材料例如是氟矽玻璃(fluorinated silica glass,FSG)、碳矽氧化物(SiCOH)、旋塗矽玻璃(spin-on glass)、多孔性低介電常數介電材料(porous low-k dielectric material)、有機高分子介電材料例如基於苯並環丁烯(BCB-based)之高分子介電材料、基於矽氧烷(silsesquioxanes-based)之高分介電材料等,或其上之組合,但不限於此。第一介電層224材料例如是四乙氧基矽烷(tetra-ethyl-ortho-silicate,TEOS),可增加第二介電層226的附著性以及沉積品質。
蝕刻停止層222材料例如是氮化矽(SiN)或氮碳化矽(SiCN)等與第一介電層224和第二介電層226具有蝕刻選擇性的介電材料。硬遮罩層229可在第3圖所示蝕刻介電層220以形成溝渠230的圖案化製程P1中作為蝕刻硬遮罩層,也可在第5圖所示第一研磨製程P2中作為研磨溝渠外之導電材料的研磨停止層。
First, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the semiconductor
接著,如第1圖和第3圖所示,進行步驟104,進行一圖案化製程P1,例如是微影暨蝕刻製程,以於介電層220中定義出多個互相平行且緊密排列的溝渠230。圖案化製程P1可包含首先在介電層220上形成一光阻層(圖未示),然後通過曝光顯影製程將溝渠的預定圖案自一光罩轉移至該光阻層中,再以該光阻層為蝕刻遮罩對介電層220進行蝕刻,例如電漿蝕刻,將溝渠的預定圖案再轉移至介電層220中,形成溝渠230。值得注意的是,由於圖案化製程P1的負載效應,例如圖案化光阻層厚度不均,或蝕刻介電層220時蝕刻氣體在溝渠不同深度具有不同擴散速率,或者由於介電層220之不同材料層對於蝕刻製程具有不同的蝕刻率,會造成溝渠230具有非垂直於基底表面的側壁輪廓,例如外擴、內凹或杯狀
的側壁輪廓。特別是當第二介電層226為低介電常數材料時,其相較於第三介電層228會具有較高的蝕刻移除率,使得溝渠230通過第二介電層226的部分的側壁會往外擴,形成如第3圖下部所示略呈杯狀的側壁輪廓230b。請考第3圖上部,介電層220之主表面220’(例如是最頂層之硬遮罩層229的表面)會包含由該些溝渠230定義的多個溝渠圖案230a。該些溝渠圖案230a共同構成一柵狀溝渠圖案。
Next, as shown in FIGS. 1 and 3,
接著,如第1圖和第4圖所示,進行步驟108,在介電層220上形成導電材料240並完全填滿該些溝渠230。導電材料240可利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)製程、物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)或原子層沉積製程(atomic layer deposition,ALD)等沉積方式形成,可包含單層或多層結構,例如先形成一阻障層及/或一襯墊層(圖未示)共型地覆蓋介電層220和溝渠230側壁及底面,然後於阻障層及/或襯墊層上沉積一金屬層(圖未示)完全覆蓋介電層220並填滿溝渠230。阻障層及/或襯墊層可包含鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)等材料,但不限於此。金屬層可包含鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、鈦鋁合金(TiAl)、鈷鎢磷化物(cobalt tungsten phosphide,CoWP)材料,但不限於此。
Next, as shown in FIGS. 1 and 4,
接著,如第1圖和第5圖所示,進行步驟110,進行第一研磨製程P2以移除溝渠230外多餘的導電材料240並移除部分介電層220一厚度,例如是厚度T,以完全移除硬遮罩層229和第三介電層228以及部分第二介電層226直到獲得介電層220之第一表面220a(即第二介電層226的表面)。第一研磨製程P2可包含多研磨階段,例如第一研磨階段以硬遮罩層229為研磨停止層確保溝渠230外的導電材料240完全移除後,再進行第二研磨階段研磨移除第三介電層228以及部分第二介電層226。如第5圖下部所示,填充在溝渠230中剩餘的導電材料250即成為具有目標厚度的線路結構。請參考第第5圖上部,這時,半導體結構10的第一
表面220a會顯露出由填充在溝渠230中剩餘的導電材料250定義的第一線路圖案250a。
Next, as shown in FIGS. 1 and 5,
請繼續參考第1圖和第5圖,接著進行步驟112,對第一表面226a之第一線路圖案250a進行一線上量測,獲得一第一線路圖案尺寸。第一線路圖案尺寸可以是第一線路圖案250a的寬度W,或是相鄰第一線路圖案250a之間的間距S。步驟112之線上量測較佳是使用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)進行量測,其以微小聚焦的電子束(electron beam)對樣品表面進行掃描,然後收集電子束與樣品表面之間的交互作用而激發出的訊號,例如二次電子、背向散射電子及特性X光等訊號來進行成像。由於樣品表面形貌或材料的不同會激發出不同強弱的訊號,因此可獲得對應於樣品表面圖案之灰階影像,然後再藉由量測灰階影像獲得圖案之尺寸。換句話說,步驟112之線上量測是對第一表面220a進行電子束掃描,獲得對應於第一線路圖案250a之灰階影像,再量測該灰階影像而獲得第一線路圖案尺寸。值得注意的是,由於第一研磨製程P1移除了部分介電層220,因此步驟112量測獲得之第一線路圖案尺寸會是溝渠230較遠離介電層220之主表面220’的尺寸,也是較接近最終存在半導體元件10中的線路結構(由剩餘的導電材料250構成)的尺寸。
Please continue to refer to FIGS. 1 and 5, and then proceed to step 112 to perform an online measurement on the
接著,請參考第1圖,進行步驟114,根據步驟112之線上量測獲得的第一線路圖案尺寸,評估是否需調整步驟104的圖案化製程P1。根據本發明一實施例,步驟114評估的方法例如首先提供一寬度W或間距S的預設範圍,然後判斷第一線路圖案尺寸的寬度W或間距S是否在該預設範圍內。若第一線路圖案尺寸在該預設範圍內,則無需對圖案化製程P1進行調整。若第一線路圖案尺寸不在該預設範圍內,則需對圖案化製程P1進行調整,例如調整圖案化製程P1的微
影暨蝕刻製程之至少一製程參數,例如是圖案化光阻層的尺寸、蝕刻製程的功率、氣體流量、氣體比例等。後續,可利用調整後的圖案化製程P1於另一基底210的介電層220中形成可製作出符合該預設範圍的第一線路圖案250a的溝渠230。
Next, referring to FIG. 1, proceed to step 114, and evaluate whether the patterning process P1 of
本發明特徵在於,本發明藉由在第一研磨製程後針對第一線路圖案250a進行線上量測,並據此評估是否需調整製作溝渠230的圖案化製程P1,相較於習知於定義出溝渠230後量測溝渠圖案230a的尺寸來間接推測線路圖案尺寸,本發明的方法可避免由於溝渠具有外擴、內凹或杯狀的側壁輪廓導致的量測誤差,可獲得較接近最終存在半導體元件10中的線路結構(由剩餘的導電材料250構成)的尺寸,因此可較準確的控制製程。
The present invention is characterized in that the present invention performs online measurement on the
以下將針對本發明的不同實施例進行說明。為簡化說明,以下說明主要針對各實施例不同之處進行詳述,而不再對相同之處作重覆贅述。此外,本發明之各實施例中相同之元件係以相同之標號進行標示,以利於各實施例間互相對照。 The following will describe different embodiments of the present invention. To simplify the description, the following description mainly focuses on the differences between the embodiments, and the similarities are not repeated. In addition, the same elements in the embodiments of the present invention are labeled with the same reference numerals to facilitate comparison between the embodiments.
請參考第6圖至第10圖。第6圖為本發明第二實施例之半導體製程控制方法200的流程圖。第7圖至第10圖為半導體元件10在第二實施例之半導體製程控制方法200的不同製程階段的示意圖,其中上部為頂視圖,下部為沿著頂視圖中A-A’切線的剖面示意圖。與第1圖所示半導體製程控制方法100不同之處在於,第二實施例之半導體製程控制方法200還包含於不同製程階段插入額外的線上量測,以獲得半導體結構10於不同製程階段的圖案尺寸。
Please refer to Figure 6 to Figure 10. FIG. 6 is a flowchart of a semiconductor
請參考第6圖和第7圖。半導體製程控制方法200可在步驟104形成溝渠230之後,步驟108形成導電材料之前,插入步驟106對介電層220主表面220’之溝渠圖案230a進行線上量測,因此可獲得一溝渠路圖案尺寸。較佳著,步驟106之線上量測也是利用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行量測,其以微小聚焦的電子束(electron beam)對主表面220’進行掃描,以獲得對應於溝渠圖案230a的灰階影像,然後再量測該灰階影像而獲得溝渠圖案尺寸,可以是溝渠圖案230a的寬度W0或相鄰溝渠圖案230a之間的間距S0。值得注意的是,步驟106之線上量測獲得的溝渠圖案尺寸大致上會是溝渠230接近主表面220’的開口部分的尺寸。
Please refer to Figure 6 and Figure 7. In the semiconductor
請參考第6圖和第8圖,接著,與第一實施例相同,進行步驟108形成導電材料240填滿溝渠230,然後進行步驟110以第一研磨製程P2移除溝渠230外多餘的導電材料240並移除部分介電層220直到獲得顯露出第一線路圖案250a的第一表面220a。接著,進行步驟112,對第一表面220a進行線上量測,獲得第一線路圖案尺寸。須注意,與第一實施例不同的是,本實施例之第一研磨製程P2可僅移除介電層一厚度T1,其小於第5圖所示厚度T,例如是完全移除硬遮罩層229和部分第三介電層228但並未抵達第二介電層226的移除量,換句話說,第8圖中剩餘在溝渠230中的導電材料250的厚度會大於第5圖剩餘在溝渠230中的導電材料250的厚度。也因此,本實施例之步驟112量測獲得的第一線路圖案尺寸相較於第一實施例步驟112量測獲得的第一線路圖案尺寸,會是溝渠230更接近介電層220之主表面220’的尺寸。
Please refer to FIGS. 6 and 8. Next, as in the first embodiment, proceed to step 108 to form a
請參考第6圖和第9圖,接著進行步驟110a,以第二研磨製程P3更進一步移除部分介電層220,例如移除一厚度T2,直到獲得低於第一表面220a的第二表面220b。參考第9圖上部,第二表面220b包含由填充在溝渠230中剩餘的導
電材料250定義的第二線路圖案250b。接著,進行步驟112a,對第二表面220b的第二線路圖案250b進行線上量測(同樣是利用SEM),獲得一第二線路圖案尺寸。
相同的,第二線路圖案尺寸可以是第二線路圖案250b的寬度W2或相鄰第二線路圖案250b之間的間距S2。相較於第一線路圖案尺寸,這時獲得的第二線路圖案尺寸會是溝渠230更遠離介電層220主表面220’的尺寸。
Please refer to FIG. 6 and FIG. 9, and then proceed to step 110a, using the second polishing process P3 to further remove part of the
請參考第6圖和第10圖,可重複進行步驟110a和步驟112a,即重複進行第二研磨製程P3再移除介電層220一厚度T3,獲得一低於第二表面250b的第三表面220c,包含由剩餘在溝渠230中的的導電材料250定義的第三線路圖案250c,如第10圖上部所示,然後對第三線路圖案250c進行線上量測(同樣是利用SEM),獲得一第三線路圖案尺寸,其可是第三線路圖案250c的寬度W3或相鄰第三線路圖案250c的間距S3。相較於第二線路圖案尺寸,這時獲得的第三線路圖案尺寸會是溝渠230又更遠離介電層220主表面220’的尺寸。
Please refer to FIGS. 6 and 10,
本實施例的特徵在於,請回到第6圖,可選擇在獲得溝渠圖案尺寸、第一線路圖案尺寸、第二線路圖案尺寸以及第三線路圖案尺寸其中至少兩者後,進行步驟114,根據前述至少兩者之間的差異,評估是否需調整圖案化製程P1。例如,當步驟106獲得之溝渠圖案尺寸以及步驟112獲得之第一線路圖案尺寸不相等且差異大於一預設範圍時,表示溝渠230在厚度T1範圍內的側壁輪廓可能是外擴或內凹,則須對步驟104之圖案化製程P1進行調整,以使後續基底可利用調整後的圖案化製程P1製作的溝渠具有較接近理想的垂直側壁輪廓。另一方面,還可藉由將溝渠圖案尺寸、第一線路圖案尺寸、第二線路圖案尺寸以及第三線路圖案尺寸數據對移除量T1、T2和T3作圖,甚至是重覆更多次研磨製程和研磨後的線上量測,獲得更多對應於不同水平高度的尺寸數據並將其對移除量
作圖,獲得近似的溝渠側壁輪廓。相較於習知需切割晶圓以製備顯露出半導體元件10實際剖面的樣本來進行量測的方法,本發明可較快獲得具有線上製程控制參考意義的近似溝渠側壁輪廓,並據此回饋控制圖案化製程P1。應可理解若進行更多次研磨製程並進行線上量測,收集的線路圖案尺寸數據對移除量的作圖可越近似於溝渠實際的側壁輪廓。
The feature of this embodiment is that, please go back to Fig. 6 and you can choose to proceed to step 114 after obtaining at least two of the trench pattern size, the first circuit pattern size, the second circuit pattern size, and the third circuit pattern size. The aforementioned difference between at least the two is to evaluate whether the patterning process P1 needs to be adjusted. For example, when the size of the trench pattern obtained in
第11圖至第14圖說明本發明第三實施例之半導體製程控制方法300。第11圖為本發明第三實施例之半導體製程控制方法300的流程圖。第12圖為一用於第三實施例之半導體製程控制方法300的晶圓400的示意圖。如第12圖所示,晶圓400可包含多個互不重疊的晶片區402,各晶片區402可用來製作一半導體元件10。第13圖繪示對晶圓400各晶片區402進行線上量測進而獲得的尺寸晶圓圖500。第14圖繪示對晶圓400各晶片區402進行晶圓測試而獲得的測試晶圓圖600。
11 to 14 illustrate a semiconductor
接下來的說明請同時參考第2至第5圖所示半導體元件10於不同製程階段的示意圖。首先,進行步驟102,提供一基底210,其上包含一介電層220。
基底210可以是如第12圖所示晶圓400,而介電層220完全覆蓋晶圓400之各晶片區402。晶圓400之材料可包含前文所述基底210之材料,在此並不贅述。介電層220可包含單層或多層堆疊的材料層,較佳包含多層結構,如第2圖所示,由上至下可依序包含硬遮罩層229、第三介電層228、第二介電層226、第一介電層224和蝕刻停止層222。
For the following description, please refer to the schematic diagrams of the
接著,進行步驟104,利用一圖案化製程P1於各晶片區402之介電層220中形成多個溝渠230,該些溝渠230於各晶片區402的介電層220表面220’形
成多個溝渠圖案230a。接著,進行步驟108,形成導電材料240完全覆蓋各晶片區402的介電層220並填滿該些溝渠230。後續,進行步驟110,進行第一研磨製程P2,移除溝渠230外多餘的導電材料240並移除部分介電層220直到獲得介電層220之第一表面220’,包含由填充在各晶片區402之溝渠230中剩餘的導電材料250形成的多個第一線路圖案250a。接著,進行步驟112,對該些第一線路圖案250a進行線上量測,獲得多個第一線路圖案尺寸進而獲得一第一線路圖案尺寸晶圓圖500,如第13圖所示。接著,進行步驟114,根據第一線路圖案尺寸晶圓圖500評估是否需調整圖案化製程P1。步驟114評估的方法例如是判斷該第一線路圖案尺寸晶圓圖500之晶圓內均勻度(within wafer uniformity)是否在一預設範圍內。若不是,則須對圖案化製程P1進行調整,以使另一晶圓400可利用調整後之圖案化製程P1於其介電層220中形成溝渠230以製作出符合預設範圍的第一線路圖案250a。
Next, proceed to step 104, using a patterning process P1 to form a plurality of
本實施例的特徵在於,在步驟112之線上量測後,接著進行步驟116,半導體元件10的後續製程,在各晶片區402形成一製作完成的半導體元件10。接著進行步驟118,對各晶片區402進行晶圓測試,例如是可接受度測試(wafer acceptance test,WAT)、電壓崩潰測試(voltage-ramping stress test,VRDB)或介電層崩潰測試(time-dependent dielectric breakdown,TDDB)等,不限於此。步驟118之晶圓測試各可包含多個測試項目,各測試項目可獲得一對應的測試晶圓圖。接著,比對步驟112獲得的第一線路圖案尺寸晶圓圖以及步驟118獲得的該些測試晶圓圖,以關聯第一線路圖案尺寸至一測試項目。例如,請參考第13圖,為一第一線路圖案尺寸晶圓圖500,其中包含尺寸較偏離預設數值的區域502。請參考第14圖,為測試半導體元件10相鄰溝渠230中的導電材料250之間的介電層220崩潰(TDDB)的測試晶圓圖600,其中包含了被標記為故障(failure)的晶片區602,
其位置與第一線路圖案尺寸晶圓圖500的區域502對應,因此可判斷第一線路圖案尺寸與第14圖的測試項目具有關聯。藉此,後續在其他晶圓上製作半導體元件10時,可根據其他晶圓於步驟112獲得的第一線路尺寸晶圓圖,預測該晶圓於該測試項目的測試結果。反向的,也可根據該晶圓的該測試項目的測試晶圓圖,判斷其第一線路尺寸是否異常,以對圖案化製程P1進行調整。
The feature of this embodiment is that after the line measurement in
應可理解的是,第11圖所示半導體製程控制方法300可包含第6圖之半導體製程控制方法200中的步驟106,對各晶片區402的溝渠圖案230a進行線上量測,獲得多個溝渠圖案尺寸並進一步獲得一溝渠圖案尺寸晶圓圖,然後根據第一線路圖案尺寸晶圓圖與溝渠圖案尺寸晶圓圖之差異,評估是否需調整步驟104之圖案化製程P1。另外,半導體製程控制方法300也可包含第6圖之半導體製程控制方法200中的步驟110a和112a,對晶圓400進行第二次研磨製程P2及其後的線上量測,獲得多個第二線路圖案尺寸並進一步獲得一第二線路圖案尺寸晶圓圖,然後根據第一線圖圖案尺寸晶圓圖與第二線路圖案尺寸晶圓圖之差異,評估是否需調整步驟104之圖案化製程P1。
It should be understood that the semiconductor
綜上所述,本發明的半導體製程控制方法,其於研磨移除溝渠外多於的導電材料後,對顯露在半導體元件構表面、由剩餘在溝渠中的導電材料定義的線路圖案進行線上量測,相較於習知技術大多在蝕刻出溝渠後量測溝渠尺寸,本發明之方法可獲得較接近最終存在半導體元件中之線路結構的尺寸。另外,藉由在不同研磨階段對半導體元件進行線上量測獲得多個不同研磨階段的線路尺寸並進行比較,可在不需要報廢晶圓並節省剖面樣品製備時間的情況下,推測出用來形成線路結構的溝渠是否具有理想的側壁輪廓。另外,藉由線上量測可快速獲得較接近最終存在半導體元件之線路結構的尺寸以及較具統計 意義的尺寸晶圓圖,可即時反饋給形成溝渠之圖案化製程,改善後續晶圓的晶圓內均勻度(within wafer uniformity)。 In summary, the semiconductor manufacturing process control method of the present invention removes the excess conductive material outside the trench by grinding, and then measures the circuit pattern exposed on the surface of the semiconductor device and defined by the conductive material remaining in the trench. Compared with conventional techniques that measure the size of the trench after etching the trench, the method of the present invention can obtain a size closer to the final circuit structure in the semiconductor device. In addition, by online measurement of semiconductor components in different grinding stages to obtain and compare the circuit dimensions of multiple different grinding stages, it is possible to infer that it is used for forming without scrapping wafers and saving time for preparation of profile samples. Whether the trench of the circuit structure has an ideal sidewall profile. In addition, online measurement can quickly obtain the size of the circuit structure closer to the final semiconductor device and more statistical The meaningful size wafer map can be fed back to the patterning process of forming trenches in real time to improve the within wafer uniformity of subsequent wafers (within wafer uniformity).
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。 The foregoing descriptions are only preferred embodiments of the present invention, and all equivalent changes and modifications made in accordance with the scope of the patent application of the present invention shall fall within the scope of the present invention.
100:半導體製程控制方法 100: Semiconductor process control method
102:步驟 102: Step
104:步驟 104: Step
108:步驟 108: Step
110:步驟 110: Step
112:步驟 112: Step
114:步驟 114: step
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US20040092047A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-13 | Applied Materials,Inc. | Method and apparatus employing integrated metrology for improved dielectric etch efficiency |
US20070247167A1 (en) * | 2006-04-06 | 2007-10-25 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd | Method to monitor critical dimension of IC interconnect |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020137350A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-26 | Tetsuo Endoh | Process of manufacturing electron microscopic sample and process of analyzing semiconductor device |
US20040092047A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-13 | Applied Materials,Inc. | Method and apparatus employing integrated metrology for improved dielectric etch efficiency |
US20070247167A1 (en) * | 2006-04-06 | 2007-10-25 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd | Method to monitor critical dimension of IC interconnect |
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