改善晶圆接触孔线宽均一性的方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善晶圆间接触孔线宽均一性的方法。


背景技术：

2.接触孔刻蚀作为连接器件和后段铜线互联间的桥梁，对于线宽的要求也越发严格。接触孔刻蚀线宽偏大，容易导致钨导线直接与栅极侧壁连接发生短路。线宽偏小会导致部分接触孔刻蚀不完全，影响钨填充，接触孔断路。接触孔刻蚀通常采用含氟气体作为主要刻蚀气体，前片晶圆刻蚀完成后的氟残留会对后片晶圆接触孔顶部的抗反射涂层(barc/darc)产生刻蚀，扩大接触孔开口，影响最终线宽，如图1所示。
3.现有晶圆片间清洁条件(固定o2流量)清洁腔体后刻蚀气体残留存在差异，导致晶圆与晶圆间线宽波动较大，不利于量产管控。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善晶圆间接触孔线宽均一性的方法，用于解决现有技术中现有片间清洁条件清洁腔体后刻蚀气体残留存在差异，导致晶圆与晶圆间线宽波动较大，不利于量产管控的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善晶圆间接触孔线宽均一性的方法，包括：
6.步骤一、提供多个衬底，每个所述衬底上均形成有由下而上的抗反射涂层和光刻胶层，光刻打开所述光刻胶层使得所述抗反射涂层裸露；
7.步骤二、将多个所述衬底中的其中一个设置于刻蚀机内的刻蚀腔，并在所述刻蚀腔内通入刻蚀气体，利用所述刻蚀气体对一个所述衬底的裸露部分进行刻蚀；
8.步骤三、持续获取所述刻蚀腔内所述刻蚀气体的剩余量，得到其剩余量数据；
9.步骤四、提供所述刻蚀气体剩余量的阈值范围，在所述刻蚀腔内通入清洁气体，并根据所述剩余量数据调节所述清洁气体的流量，使得通入所述清洁气体后的所述刻蚀腔中的所述刻蚀气体的剩余量处于所述阈值范围内；
10.步骤五、重复步骤三至步骤四，直到刻蚀完全部所述衬底为止。
11.优选地，步骤一中的所述抗反射涂层为底部抗反射涂层。
12.优选地，步骤二中的所述刻蚀气体为含氟气体。
13.优选地，步骤二中的所述刻蚀气体为f2。
14.优选地，步骤二中的所述刻蚀气体和hf。
15.优选地，步骤三中的所述刻蚀气体浓度的获取方法包括：利用光谱信号侦测器收集所述刻蚀腔内刻蚀气体的信号强度。
16.优选地，步骤四中的所述清洁气体为o2。
17.优选地，步骤四中的所述清洁气体的通入由apc系统控制。
18.如上所述，本发明的改善晶圆间接触孔线宽均一性的方法，具有以下有益效果：
19.本发明建立接触孔刻蚀片间清洁条件o2流量与晶圆刻蚀完成后刻蚀气体信号强度的关联，利用apc系统通过捕捉每一片晶圆刻蚀完成的刻蚀气体信号强度，采用不同流量o2进行腔体清洁，从而改善晶圆和晶圆间接触孔刻蚀线宽的均一性。
附图说明
20.图1显示为现有技术抗反射涂层被刻蚀后影响接触孔线宽的示意图；
21.图2显示为本发明的方法流程示意图；
22.图3显示为本发明的氟元素信号强度与片间清洁时间的关系示意图；
23.图4显示为本发明的片间清洁o2流量与晶圆作业完成氟元素信号强度示意图；
24.图5显示为本发明的多个接触孔关键尺寸改善前与改善后的对比示意图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实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揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外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与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
26.请参阅图2，本发明提供一种改善晶圆间接触孔线宽均一性的方法，包括：
27.步骤一，提供多个衬底10，每个衬底10上均形成有由下而上的抗反射涂层11和光刻胶层，光刻打开光刻胶层使得抗反射涂层11裸露，其裸露的部分用于定义出需刻蚀沟槽的位置，抗反射涂层11(anti-reflection coating,arc)是旋涂于光刻胶与si衬底10界面处以吸收光刻反射光的物质，抗反射涂层11主要包括：底部抗反射涂层、顶部抗反射涂层、可以显影的底部抗反射涂层、旋涂的含si抗反射涂层、碳涂层等；
28.在一种可能的实施方式中，步骤一中的抗反射涂层11为底部抗反射涂层或能够显影的底部抗反射涂层，底部抗反射涂层(bottom anti-reflection coating,barc)是位于si衬底10和光刻胶之间的涂层，主要成分是能交联的树脂、热致酸发生剂、表面活性剂以及溶剂。可以显影的底部抗反射涂层(developable bottom anti-reflection coating,dbarc)主要有两种：一种是能直接溶于显影液的抗反射涂层(wet-developable barc)，由于涂层材料在显影液中是一个各向同性的过程，这种dbarc溶解后形成的侧面不是垂直的；另一种是光敏的抗反射涂层(photosensitive dbarc)。
29.步骤二，将多个衬底10中的其中一个设置于刻蚀机内的刻蚀腔，并在刻蚀腔内通入刻蚀气体，利用刻蚀气体对一个衬底10的裸露部分进行刻蚀，用于在衬底10上形成沟槽，但在一个衬底10进行刻蚀后，需要对刻蚀腔中通入清洁气体用于出去残留的刻蚀气体，由于刻蚀气体的残留量不同，在对同一批次中不同的衬底10进行刻蚀后，前片衬底10刻蚀完成后的氟残留会对后片晶圆接触孔顶部的抗反射涂层(barc/darc)产生刻蚀，扩大接触孔开口，其线宽差异较大；
30.在一种可能的实施方式中，步骤二中的刻蚀气体为含氟气体，其用于对衬底10刻蚀，在衬底10上形成接触孔。
31.在一种可能的实施方式中，步骤二中的刻蚀气体为f2，其用于对衬底10刻蚀，在衬
底10上形成接触孔。
32.在一种可能的实施方式中，步骤二中的刻蚀气体和hf，其用于对衬底10刻蚀，在衬底10上形成接触孔。
33.步骤三，在对一个批次中的一个衬底10刻蚀后，在刻蚀腔中还会留有之前的刻蚀气体，需持续获取刻蚀腔内刻蚀气体的剩余量，得到其剩余量数据；
34.在一种可能的实施方式中，请参阅图3，步骤三中的刻蚀气体浓度的获取方法包括：利用光谱信号侦测器收集刻蚀腔内刻蚀气体的信号强度，建立接触孔刻蚀片间清洁条件清洁气体流量与晶圆刻蚀完成残留的刻蚀气体信号强度的关联，得到如图3所示的关联图，片间清洁时间影响氟元素的信号强度。
35.步骤四，提供刻蚀气体剩余量的阈值范围，在刻蚀腔内通入清洁气体，并根据剩余量数据调节清洁气体的流量，片间清洁气体(例如氧气)在通入时间不变的情况下，其片间清洁气体的流量与晶圆通入清洁气体后刻蚀腔内的f信号强度的关系如图4所示，在刻蚀腔中通入流量可调的清洁气体后，使得通入清洁气体后的刻蚀腔中的刻蚀气体的剩余量处于阈值范围内；
36.在一种可能的实施方式中，步骤四中的清洁气体为o2，用以将刻蚀腔内残留的刻蚀气体清理处。
37.在一种可能的实施方式中，步骤四中的清洁气体的通入由apc(先进控制)系统控制，可以调节片接清洁气体的流量，进而将残留的刻蚀气体余量控制在同一范围。
38.具体地，在立接触孔刻蚀片间清洁条件o2流量与晶圆刻蚀完成f信号强度的关联，利用apc系统通过捕捉每一片晶圆刻蚀完成的f信号强度采用不同流量o2进行腔体清洁，使得对每一片晶圆的刻蚀腔中的刻蚀气体的剩余量均处于阈值范围内。
39.步骤五，重复步骤三至步骤四，直到刻蚀完全部衬底10为止，由于对每一片晶圆的刻蚀刻蚀腔中的刻蚀气体的剩余量均处于阈值范围内，因此每一片晶圆刻蚀时的线宽的关键尺寸(cd)均处于较小的范围内，改善晶圆和晶圆间接触孔刻蚀线宽的均一性。
40.在一种可能的实施方式中，请参阅图5，在同一批次的多个晶圆中，采用本发明的方法改善后的晶圆线宽的关键尺寸偏差较小。
41.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
42.综上所述，本发明建立接触孔刻蚀片间清洁条件o2流量与晶圆刻蚀完成后刻蚀气体信号强度的关联，利用apc系统通过捕捉每一片晶圆刻蚀完成的刻蚀气体信号强度，采用不同流量o2进行腔体清洁，从而改善晶圆和晶圆间接触孔刻蚀线宽的均一性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
43.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。