專利名稱：溝槽刻蝕的方法及量測(cè)溝槽深度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽刻蝕的方法及量測(cè)溝槽深度 的裝置。
背景技術(shù)：
目前，伴隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、 更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量以及更多的功能，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向發(fā)展。在半導(dǎo) 體器件的后段工藝中，已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行內(nèi)部互連的尺度縮小和實(shí)現(xiàn)多層內(nèi)部互連。在半導(dǎo)體器件的后段工藝中，可根據(jù)不同需要設(shè)置多層金屬互連層，每層金屬互 連層包括金屬互連線和絕緣層，這就需要對(duì)上述絕緣層制造溝槽和連接孔，然后在上述溝 槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。圖 1為現(xiàn)有技術(shù)中，部分銅互連層的剖面示意圖在包括刻蝕終止層101和氧化硅層102的絕 緣層上刻蝕溝槽103和連接孔104，然后在溝槽103和連接孔104內(nèi)沉積金屬銅，形成溝槽 103內(nèi)的銅互連線103’及連接孔104內(nèi)的銅互連線104’，所述銅互連線104’與下層的銅 互連線105連接。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖1僅示出了部分金屬互連層。顯然，形成于半導(dǎo)體襯底 上，還具有若干金屬互連層，其中半導(dǎo)體襯底上可以形成各種器件結(jié)構(gòu)，例如定義在半導(dǎo)體 襯底上的有源區(qū)、隔離區(qū)，以及有源區(qū)中的晶體管的源/漏和柵極。在這種銅互連工藝中，刻蝕終止層為氮化硅膜，具有約7的相對(duì)介電常數(shù)，顯 著大于約為4的氧化硅層的的相對(duì)介電常數(shù)，這增加了整個(gè)金屬間介質(zhì)層(Intermetal Dielectric, IMD)的相對(duì)介電常數(shù)，從而使銅互連線間的寄生電容增加，因此會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體 器件的信號(hào)延遲或功耗增加的缺陷。在具體工藝制程中，在多層內(nèi)部互連中，底層銅互連層 的銅布線相對(duì)于其他互連層銅布線比較密集，相對(duì)其他互連層來(lái)說(shuō)比較敏感，所以通常采 用低K電介質(zhì)材料來(lái)代替氧化硅層，進(jìn)一步降低底層銅互連層的銅互連線間的寄生電容， 所以將刻蝕終止膜上淀積含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的BD材料。BD的介 電常數(shù)為3，但是BD材料比較昂貴，所以一般工藝制程中仍然采用氧化硅作為絕緣層。在現(xiàn)有的刻蝕工藝中，一般采用等離子體刻蝕形成溝槽103和連接孔104。一般 在半導(dǎo)體制造廠中，有多個(gè)進(jìn)行刻蝕工藝的反應(yīng)腔，即使設(shè)備出廠設(shè)置相同，刻蝕參數(shù)也相 同，在不同刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)刻蝕形成的溝槽深度仍然是有所差別的，這主要在于不同的設(shè)備 肯定存在一定的差異，這是無(wú)法改變的，而且器件的尺寸越精細(xì)，這種差異也越明顯。因此，現(xiàn)有技術(shù)中，在主刻蝕(Main Etch, ME)形成溝槽后，利用原子力顯微鏡 (atomic force microscope, AFM)，對(duì)所有器件的溝槽深度進(jìn)行測(cè)量，如果存在差異，即有 的刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕深度偏離目標(biāo)溝槽深度，則調(diào)整該刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參數(shù)，例如刻蝕 時(shí)間以及刻蝕時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)的壓力值，直到刻蝕出的溝槽深度達(dá)到目標(biāo)溝槽深度。其中，現(xiàn)有技術(shù)中所采用的AFM，是隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐漸發(fā)展而成。在顯微鏡的發(fā) 展過(guò)程中，第一代為光學(xué)顯微鏡，第二代為電子顯微鏡，第三代為掃描探針顯微鏡，其中就 包括具有原子分辨率、可適用于非導(dǎo)電樣品的AFM。AFM包括彈性懸臂和探針，探針由聚焦粒子束(FIB)對(duì)硅材料加工而成。當(dāng)探針掃描樣品表面時(shí)，即探針尖很靠近樣品時(shí)，其針尖 頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會(huì)使彈性懸臂彎曲，偏離原來(lái)的位置，通過(guò)激光束 來(lái)測(cè)量上述偏移情況，即能獲得樣品原子級(jí)的表面形貌圖?，F(xiàn)有經(jīng)常利用AFM來(lái)獲得半導(dǎo) 體工藝中溝槽的深度。需要說(shuō)明的是，器件在晶片(wafer)上形成，所以會(huì)在晶片上刻蝕溝槽。在同一晶 片上的單線(Iso)處和密線(Dense)處刻蝕形成的溝槽寬度是不同的。Iso處和Dense處 的區(qū)別是指wafer上圖案分布的密度不同。具體地，在Iso處的溝槽間距比較寬，關(guān)鍵尺 寸(⑶)也比較大，而在Dense處的溝槽間距相對(duì)比較窄，⑶也相對(duì)比較小。例如，在90納 米技術(shù)節(jié)點(diǎn)，Iso處和Dense處的溝槽深度為350 400納米，Iso處的⑶，即溝槽寬度為 130 170納米，而在Dense處的溝槽寬度僅為90 110納米。在晶片中存在若干個(gè)芯片單 元(Die)，每個(gè)芯片單元中存在若干個(gè)單線和密線，從單線處到密線處，間距是逐漸減小的。 但是上述現(xiàn)有AFM的探針是錐形的，雖然針尖比較細(xì)，但是在從針尖起100納米的針尖高 度之后，探針直徑迅速增加，使得FIB探針尖還沒(méi)有進(jìn)入到Dense處的窄深的溝槽底部時(shí)， 就被比較窄的溝槽寬度所限制，由于探針被卡住，無(wú)法伸入到溝槽底部，因而也就無(wú)法量測(cè) Dense處的溝槽深度。只能測(cè)量晶片中特別稀疏的區(qū)域，即Iso處的溝槽深度，而Dense處 的溝槽深度是無(wú)法測(cè)量的，所以只能將Iso處的溝槽深度作為整個(gè)晶片的溝槽深度。這樣 即使Dense處的溝槽深度沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)深度，AFM也無(wú)法識(shí)別，測(cè)量誤差比較大，嚴(yán)重影響 了器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是精確測(cè)量溝槽深度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明公開(kāi)了一種溝槽刻蝕的方法，包括以下步驟設(shè)置刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參數(shù)；刻蝕形成溝槽；對(duì)晶片上包括單線Iso處和密線Dense處的溝槽深度進(jìn)行量測(cè)，進(jìn)行量測(cè)時(shí)，將量 測(cè)裝置伸入到溝槽底部；判斷是否達(dá)到目標(biāo)溝槽深度，如果達(dá)到目標(biāo)深度，則結(jié)束刻蝕；否則重新設(shè)置所述 刻蝕參數(shù)，進(jìn)行溝槽刻蝕，直至到達(dá)目標(biāo)深度。所述刻蝕參數(shù)包括刻蝕時(shí)間以及刻蝕時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)的壓力值。本發(fā)明還公開(kāi)了一種量測(cè)溝槽深度的裝置，包括彈性懸臂和探針，所述探針能夠 伸入到單線處和密線處的溝槽底部，對(duì)溝槽深度進(jìn)行量測(cè)。所述探針呈柱狀結(jié)構(gòu)，直徑小于溝槽寬度。所述裝置為碳納米管原子力顯微鏡CNT AFM0由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)量缺陷，將能夠伸入到晶 片Dense處溝槽底部的測(cè)量裝置，應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工藝中，精確量測(cè)溝槽深度，真實(shí)反映 Iso處和Dense處的溝槽深度，如果達(dá)不到目標(biāo)深度，可以重新調(diào)整刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參 數(shù)，進(jìn)行溝槽的刻蝕。而不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，只能量測(cè)非常稀疏的區(qū)域的溝槽深度，因此也 就無(wú)法反映刻蝕時(shí)的缺陷，例如由于刻蝕反應(yīng)腔的不同引起刻蝕溝槽深度的差異，或者微負(fù)載效應(yīng)(Micro loading Effect)引起的Iso處和Dense處溝槽深度的不同，使形成的器 件性能降低。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中部分銅互連層的剖面示意圖。圖2為本發(fā)明進(jìn)行溝槽刻蝕的方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明將能夠伸入到晶片Dense處溝槽底部的測(cè)量裝置，應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工藝 中，精確量測(cè)溝槽深度，真實(shí)反映Iso處和Dense處的溝槽深度，如果達(dá)不到目標(biāo)深度，可以 重新調(diào)整刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參數(shù)，進(jìn)行溝槽的刻蝕。圖2示出了本發(fā)明進(jìn)行溝槽刻蝕的方法流程示意圖。步驟21、設(shè)置刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參數(shù)，例如刻蝕時(shí)間以及刻蝕時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)的壓力 值，進(jìn)行主刻蝕步驟，刻蝕形成溝槽。步驟22、采用本發(fā)明的測(cè)量裝置對(duì)溝槽深度進(jìn)行量測(cè)，包括Iso處和Dense處。值得注意的是，現(xiàn)有技術(shù)中AFM只能量測(cè)特別稀疏(Iso)的區(qū)域的溝槽深度，因?yàn)?這些地方溝槽寬度相對(duì)Dense的地方尺寸比較大，現(xiàn)有AFM的探針不會(huì)被溝槽卡住，而進(jìn)入 到Iso處的溝槽底部。而本發(fā)明所采用的裝置，探針呈現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)，針尖的直徑很小，不論 90納米技術(shù)代，還是更高的65納米、45納米技術(shù)代，探針都能伸入到Iso處和Dense處溝 槽底部，對(duì)溝槽深度進(jìn)行精確測(cè)量。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，將碳納米管與原子力顯微鏡結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了碳納米管 (carbon nano tube，CNT) AFM，即由CNT構(gòu)成AFM的探針。CNTAFM包括彈性懸臂和探針。碳 納米管可以做到很小的尺寸，其CNT探針呈現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)，針尖的直徑只有20納米，并且在整 個(gè)針尖的長(zhǎng)度上保持恒定，因此，CNT AFM更適合進(jìn)行高深寬比的窄深溝槽的量測(cè)。所以本 發(fā)明對(duì)溝槽深度進(jìn)行精確量測(cè)的優(yōu)選實(shí)施例為CNT AFM,不論90納米技術(shù)代，還是更高技 術(shù)代，都能伸入到Iso處和Dense處溝槽底部，因此不但能夠量測(cè)Iso區(qū)域的溝槽深度，而 且還能量測(cè)Dense區(qū)域的溝槽深度。步驟23、將量測(cè)尺寸進(jìn)行反饋，判斷是否達(dá)到目標(biāo)溝槽深度；如果Iso處和Dense 處的溝槽深度達(dá)到目標(biāo)深度，則執(zhí)行步驟24、結(jié)束刻蝕；如果Iso處或者Dense處的溝槽深度沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)溝槽深度，則重新執(zhí)行步驟21、 重新調(diào)整刻蝕參數(shù)，包括刻蝕時(shí)間以及刻蝕時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)的壓力值，直至刻蝕出的Iso處和 Dense處的溝槽深度符合目標(biāo)值。從上述明顯可以看出，無(wú)論是由于刻蝕反應(yīng)腔的不同引起刻蝕溝槽深度的差異， 還是Micro loading Effect引起的Iso處和Dense處溝槽深度的不同，都可以通過(guò)本發(fā)明 的測(cè)量裝置精確量測(cè)，從而靈活調(diào)整刻蝕工藝參數(shù)，使Iso處和Dense處的溝槽深度符合目 標(biāo)值。Micro loading Effect指晶片局部不同的圖案密度，影響刻蝕速率，孔小的地方刻蝕 相對(duì)較難進(jìn)入，所以相對(duì)于孔大的地方刻蝕比較慢，相同的刻蝕條件下，刻蝕溝槽的深度不
5同，孔小的溝槽深度較淺。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明量測(cè)溝槽深度的裝置，包括但不限于CNT AFM，只要能伸入到Iso處和Dense處溝槽底部，進(jìn)行深度測(cè)量的裝置都應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種溝槽刻蝕的方法，包括以下步驟設(shè)置刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參數(shù)；刻蝕形成溝槽；對(duì)晶片上包括單線Iso處和密線Dense處的溝槽深度進(jìn)行量測(cè)，進(jìn)行量測(cè)時(shí)，將量測(cè)裝置伸入到溝槽底部；判斷是否達(dá)到目標(biāo)溝槽深度，如果達(dá)到目標(biāo)深度，則結(jié)束刻蝕；否則重新設(shè)置所述刻蝕參數(shù)，進(jìn)行溝槽刻蝕，直至到達(dá)目標(biāo)深度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕參數(shù)包括刻蝕時(shí)間以及刻蝕時(shí)反 應(yīng)腔內(nèi)的壓力值。
3.一種量測(cè)溝槽深度的裝置，包括彈性懸臂和探針，其特征在于，所述探針能夠伸入到 單線處和密線處的溝槽底部，對(duì)溝槽深度進(jìn)行量測(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述探針呈柱狀結(jié)構(gòu)，直徑小于溝槽寬度。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置為碳納米管原子力顯微鏡CNTAFM。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溝槽刻蝕的方法，包括以下步驟設(shè)置刻蝕反應(yīng)腔的刻蝕參數(shù)；刻蝕形成溝槽；對(duì)晶片上包括單線(Iso)處和密線(Dense)處的溝槽深度進(jìn)行量測(cè)，進(jìn)行量測(cè)時(shí)，將量測(cè)裝置伸入到溝槽底部；判斷是否達(dá)到目標(biāo)溝槽深度，如果達(dá)到目標(biāo)深度，則結(jié)束刻蝕；否則重新設(shè)置所述刻蝕參數(shù)，進(jìn)行溝槽刻蝕，直至到達(dá)目標(biāo)深度。本發(fā)明還公開(kāi)了一種量測(cè)溝槽深度的裝置。采用該方法及裝置能夠精確量測(cè)溝槽深度，無(wú)論是由于刻蝕反應(yīng)腔的不同引起刻蝕溝槽深度的差異，還是微負(fù)載效應(yīng)(Micro loading Effect)引起的Iso處和Dense處溝槽深度的不同，都可以精確量測(cè)，從而靈活調(diào)整刻蝕工藝參數(shù)，使Iso處和Dense處的溝槽深度符合目標(biāo)值。
文檔編號(hào)H01L21/306GK101894755SQ20091008412
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者孫武, 張海洋 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司