專利名稱：調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路制造中，光刻工藝是以步進(jìn)或掃描的方式對一片晶片進(jìn)行分區(qū)曝光，進(jìn)而完成整片晶片的曝光。在進(jìn)行曝光之前，要對影響光刻結(jié)果的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到增大工藝容許度，圖形尺寸和位置的精確性的要求。這些需要調(diào)整的工藝參數(shù)包括光刻膠的類型和厚度，烘烤及冷卻的溫度和時間，曝光劑量，焦距補償及數(shù)值孔徑等。接下來要通過刻蝕工藝把光刻工藝過程所形成的圖案精確的轉(zhuǎn)移到光刻膠下面的襯底材料上。同樣，刻蝕參數(shù)，例如氣體比例，氣流速度，偏壓功率，溫度及刻蝕模式，亦需事前經(jīng)過微調(diào)，才能達(dá)到所需要的關(guān)鍵尺寸(ADI)。然而，在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體集成電路制造過程中，刻蝕后檢查經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)晶片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸存在偏差，這種偏差會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的良率，通常還會導(dǎo)致晶片的報廢等災(zāi)難性后果。隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運算速度，更大的存儲容量和更多的功能，半導(dǎo)體晶片朝著更高的元件密度和高集成度方向發(fā)展。 因此，器件的關(guān)鍵尺寸隨著器件集成度的提高而逐漸減小，工藝的難度越來越大，工藝容許度也越來越小，對關(guān)鍵尺寸的均勻性要求也越來越高，很小的偏差就會導(dǎo)致晶片的可接受性測試不合格和良率的損失。造成關(guān)鍵尺寸不均勻的原因，目前主要有以下幾個方面1、在CMP(化學(xué)機械平坦化)工藝中，晶片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域不平整，有一定的高度差，會造成曝光后中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸不均勻。2、曝光系統(tǒng)的鏡域彎曲和鏡像差，E-chUck(晶片承載臺)磨損等曝光系統(tǒng)的問題造成中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸的不均勻。3、現(xiàn)有刻蝕設(shè)備和工藝本身的局限性，造成晶片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域刻蝕行為不同，進(jìn)而造成關(guān)鍵尺寸的不均勻。因此，解決半導(dǎo)體集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性，提高半導(dǎo)體集成電路制造的良率是一個十分重要的課題。對于提高半導(dǎo)體集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的問題，中國發(fā)明專利ZL 02108105.0(授權(quán)公告號CN1195316C，授權(quán)公告日2005年3月30日)提到了采用對晶片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域分兩次曝光，顯影和蝕刻，對兩次的工藝參數(shù)分別控制，以達(dá)到改善晶片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸不均勻的問題。該方法增加了一道光刻工藝，成本很
尚ο中國發(fā)明專利申請公布說明書CN101042527C(申請?zhí)?00610(^4871. 2，
公開日
2007年9月沈日)提到了采用光掩模板修正來解決關(guān)鍵尺寸均勻性的問題，利用曝光設(shè)備的性能參數(shù)和晶片的關(guān)鍵尺寸均勻性分布情況對光掩模板上面的圖形進(jìn)行補償，最終達(dá)到解決晶片面內(nèi)關(guān)鍵尺寸不均勻的問題。該方法成本高，不靈活，一旦掩模板做好，很難再根據(jù)具體情況再做修改。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法，能夠有效改善關(guān)鍵尺寸均勻性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法包括如下步驟步驟一、在測試掩模板上形成測試圖形；步驟二、在晶片上均勻涂布相同厚度的光刻膠；步驟三、通過曝光、顯影、刻蝕將所述測試掩模板上的測試圖形轉(zhuǎn)移到所述晶片上；步驟四、測試顯影后或刻蝕后所述晶片中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸；步驟五、根據(jù)測試得到的中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸，確定所述晶片中心區(qū)域光刻膠厚度和邊緣區(qū)域光刻膠厚度；步驟六、調(diào)整所述光刻膠的涂布參數(shù)，使其形貌達(dá)到所述晶片需要的中心區(qū)域光刻膠厚度和邊緣區(qū)域光刻膠厚度。光刻膠的厚度在一定的周期內(nèi)與關(guān)鍵尺寸存在線性關(guān)系(相同的曝光劑量)。本發(fā)明根據(jù)光刻膠的上述特性，采用控制光刻膠在晶片的不同區(qū)域的涂布厚度(不同的光刻膠形貌)的方法，解決晶片面內(nèi)關(guān)鍵尺寸不均勻的問題。采用本發(fā)明的方法不僅能解決由于CMP工藝和曝光系統(tǒng)的問題造成的晶片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸不均勻性，而且能解決因蝕刻設(shè)備和工藝的局限性造成的晶片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸不均勻性問題， 減輕刻蝕工藝調(diào)整的難度。本發(fā)明與現(xiàn)有的解決關(guān)鍵尺寸均勻性的方法相比，所達(dá)到的關(guān)鍵尺寸均勻性效果更加明顯，而且成本低，便于規(guī)?；瘧?yīng)用。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1、2是顯影后晶片的中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布示意圖；圖3、4是一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠的厚度呈線性關(guān)系的示意圖；圖5、6是調(diào)整光刻膠的涂布參數(shù)，控制光刻膠涂布厚度效果示意圖；圖7、8是刻蝕后晶片的中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布示意圖；圖9是本發(fā)明的方法控制流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明所述的調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法控制流程如圖9所示， 下面結(jié)合實施例具體說明所述方法的實施過程。實施例一第一步，在測試掩模板上形成測試圖形。
第二步，在晶片上均勻涂布相同厚度THK1的光刻膠。第三步，將所述測試掩模板上的測試圖形轉(zhuǎn)移到所述晶片上。第四步，測試顯影后所述晶片上中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸OT1與邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸 ra2。顯影后晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸(ADI)分布如圖1和圖2所示。一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間呈線性關(guān)系(參見圖3、4所示)，即CD = KXTHK (公式 1)其中，K為與光刻膠品種相關(guān)的常數(shù)，THK為光刻膠的厚度，CD為關(guān)鍵尺寸。根據(jù)中心區(qū)域光刻膠的厚度THK1和中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸CD1，邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸CD2計算邊緣區(qū)域的光刻膠厚度THK2。即THK2 = THK1+ (CD1-CD2) /K ；(公式 2)第五步，通過調(diào)整光刻膠涂布的轉(zhuǎn)速，光刻膠的溫度，光刻膠軟烘或冷卻的溫度等方法控制光刻膠的形貌，達(dá)到中心區(qū)域光刻膠的厚度為THK1，邊緣區(qū)域光刻膠的厚度為 THK2，其效果圖如圖5、6所示。根據(jù)上述實施例，能夠解決因CMP工藝和曝光系統(tǒng)的問題所造成的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸不均勻性。實施例二第1步，在測試掩模板上形成測試圖形。第2步，在晶片上均勻涂布相同厚度THK1的光刻膠。第3步，將所述測試掩模板上的測試圖形轉(zhuǎn)移到所述晶片上。第4步，測試刻蝕后所述晶片上中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸⑶/，邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸 □V?？涛g后晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸(ADI)分布如圖7和圖8所示。根據(jù)蝕刻后中心區(qū)域關(guān)鍵尺寸⑶/與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸⑶/的差異Δ⑶(Δ⑶= ⑶1’ -⑶/ )，計算為使⑶/和⑶/相同所需的顯影后的中心區(qū)域關(guān)鍵尺寸OT1和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸CD2，即CD1 = CD/ +X (公式 3)CD2 = CD2' +Δ CD+X (公式 4)其中，X為常數(shù)。根據(jù)中心區(qū)域光刻膠的厚度THK1和顯影后中心區(qū)域關(guān)鍵尺寸⑶”邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸OT2計算邊緣區(qū)域的光刻膠厚度ΤΗΚ2。第5步，通過控制光刻膠的溫度和粘稠度，或光刻膠涂布的轉(zhuǎn)速，或控制光刻膠軟烘，或控制冷卻溫度等方法控制光刻膠的形貌，達(dá)到中心區(qū)域光刻膠的厚度為THK1,邊緣區(qū)域光刻膠的厚度為THK2,其效果圖如圖5和圖6。采用上述實施例，可以解決因蝕刻設(shè)備和工藝的局限性所造成的晶片中心區(qū)域關(guān)鍵尺寸和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸的不均勻性。在上述兩個實施例中，所述測試圖形在所述測試掩模板上是均勻分布的，測試圖形的形狀可以是圓形或條形圖案，但不局限于此。所述晶片上涂布的光刻膠可以是正性光刻膠，也可以是負(fù)性光刻膠。
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將測試圖形轉(zhuǎn)移到晶片上的刻蝕方法可以是干法刻蝕也可以是濕法刻蝕。轉(zhuǎn)移測試圖形的光波可以是以下的任何一種，G-Iine, Η-line, I-line、DUV或 EUV，但不局限于此。調(diào)整光刻膠形貌的方法可以是以下方法中的一種或幾種方法的組合光刻膠的溫度，光刻膠的粘稠度，光刻膠涂布的轉(zhuǎn)速，光刻膠軟烘溫度，或光刻膠冷卻溫度。其中，所述調(diào)整光刻膠軟烘溫度或冷卻溫度的方法可以是采用單一加熱體的冷熱板整體的溫度控制， 也可以是多加熱體的冷熱板分區(qū)溫度控制。將測試掩模板上均勻分布的測試圖形轉(zhuǎn)移到晶片上，從中心區(qū)域到邊緣區(qū)域也是均勻分布的。實施例三設(shè)計一測試掩模板，其上面的測試圖形形狀為間距30nm，寬度為20nm的線條狀圖形。采用均勻涂布的正性光刻膠和DUV(深紫外)波長的曝光機臺將測試掩模板上的圖形轉(zhuǎn)移到晶片上，并使測試圖形在晶片上均勻分布。將均勻分布光刻膠測試圖形的晶片進(jìn)行干法刻蝕，去除光刻膠后，量測中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸CD/和邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸CD2’大??；量測的結(jié)果為中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸CD/ 為25nm，邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸⑶/為33nm?？涛g后從中心區(qū)域到邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸⑶的分布如圖7所示。根據(jù)刻蝕后中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸⑶/與邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸⑶/的差異(Δ⑶ =-8nm)，計算為使OT2’和⑶/相同所需的顯影后的中心區(qū)域的關(guān)鍵尺寸OT1 = 21nm和邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸 CD2 = lSnm^Di = CD/ +X，CD2 = O^+ACD+X)。根據(jù)中心區(qū)域光刻膠的厚度THK1 = 6050 A，及= 21nm, OT2 = 13nm,光刻膠的性質(zhì)如圖4所示通過計算得到邊緣區(qū)域光刻膠的厚度THK2 = 5350 A。最后，調(diào)整光刻膠涂布的轉(zhuǎn)速即可達(dá)到所需的光刻膠形貌(參見圖6)。根據(jù)上述實施例，能夠解決由于蝕刻中心區(qū)域和邊緣區(qū)域蝕刻速率不同導(dǎo)致的最終關(guān)鍵尺寸不均勻的問題。根據(jù)本發(fā)明附圖可知解決中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸不均勻性可以有多種不同的實現(xiàn)方式1、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖1所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖4所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖6所示的形狀。2、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖1所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖3所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖5所示的形狀。3、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖2所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖4所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖5所示的形狀。4、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖2所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖3所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣
6區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖6所示的形狀。5、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖7所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖4所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖6所示的形狀。前面所述的實施例三即為此種方式。6、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖7所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖3所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖5所示的形狀。7、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖8所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖4所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖5所示的形狀。8、如果晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布不均如圖8所示，且一定周期內(nèi)關(guān)鍵尺寸與光刻膠厚度之間具有如圖3所示的線性關(guān)系，要到達(dá)晶片上中心區(qū)域到邊緣區(qū)域的關(guān)鍵尺寸分布均勻，可以使光刻膠形貌調(diào)整成圖6所示的形狀。采用本發(fā)明的方法可明顯提高ADI (顯影后)或AEI (刻蝕后)關(guān)鍵尺寸的均勻性。 在一種0. 16 μ m工藝的量產(chǎn)產(chǎn)品Poly (多晶硅)層次，蝕刻后晶片中心區(qū)域關(guān)鍵尺寸和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸差異最大達(dá)到IOnm ；因此，經(jīng)常發(fā)生晶片邊界良率降低的現(xiàn)象。采用本發(fā)明的方法，采用控制光刻膠涂覆時的轉(zhuǎn)速，使光刻膠形貌如圖5所示，蝕刻后進(jìn)行整個晶片的關(guān)鍵尺寸量測，晶片中心區(qū)域關(guān)鍵尺寸和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸差異最大只有6nm，均勻性提高了近40%，使產(chǎn)品的良率也提高了 5%左右。以上通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。 在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、在測試掩模板上形成測試圖形；步驟二、在晶片上均勻涂布相同厚度的光刻膠；步驟三、通過曝光、顯影、刻蝕將所述測試掩模板上的測試圖形轉(zhuǎn)移到所述晶片上；步驟四、測試顯影后或刻蝕后所述晶片中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸；步驟五、根據(jù)測試得到的中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸，確定所述晶片中心區(qū)域光刻膠厚度和邊緣區(qū)域光刻膠厚度；步驟六、調(diào)整所述光刻膠的涂布參數(shù)，使其形貌達(dá)到所述晶片需要的中心區(qū)域光刻膠厚度和邊緣區(qū)域光刻膠厚度。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述測試圖形在測試掩模板上是均勻分布的，其形狀可以是圓形或條形圖案。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于測試掩模板上均勻分布的測試圖形轉(zhuǎn)移到晶片上，從中心區(qū)域到邊緣區(qū)域也是均勻分布的。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述晶片上涂布的光刻膠可以是正性光刻膠，也可以負(fù)性光刻膠。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述刻蝕可以是干法刻蝕也可以是濕法刻蝕。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于轉(zhuǎn)移測試圖形時的光波可以是以下的任何一種，G-Iine, Η-line, I-line, DUV 或 EUV。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于確定晶片中心區(qū)域光刻膠厚度和邊緣區(qū)域光刻膠厚度的方法為，THK = CD/K，其中，K為與光刻膠品種相關(guān)的常數(shù)，CD表示中心區(qū)域或邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸，THK表示中心區(qū)域光刻膠厚度或邊緣區(qū)域光刻膠厚度。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)整光刻膠形貌的方法可以是以下方法中的一種或幾種的組合光刻膠的溫度，光刻膠的粘稠度，光刻膠涂布的轉(zhuǎn)速，光刻膠軟烘溫度，或光刻膠冷卻溫度。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述調(diào)整光刻膠軟烘溫度或冷卻溫度的方法可以是采用單一加熱體的冷熱板整體的溫度控制，也可以是多加熱體的冷熱板分區(qū)溫度控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)整集成電路制造中關(guān)鍵尺寸均勻性的方法，根據(jù)顯影后或蝕刻后晶片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸的不同，計算出中心區(qū)域和邊緣區(qū)域不同的光刻膠厚度，通過控制光刻膠自身參數(shù)，涂布的參數(shù)和加熱冷卻的參數(shù)，使晶片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域具有不同的光刻膠厚度。本發(fā)明根據(jù)光刻膠本身的性質(zhì)特點，在一定周期內(nèi)，光刻膠厚度和關(guān)鍵尺寸呈現(xiàn)良好的線形關(guān)系，能有效的改善中心區(qū)域與邊緣區(qū)域關(guān)鍵尺寸不均勻的問題。本發(fā)明的方法簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景和市場價值。
文檔編號H01L21/312GK102376541SQ20101025156
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者蘇波 申請人:上海華虹Nec電子有限公司