改善刻蝕腔體養(yǎng)護(hù)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種改善刻蝕腔體養(yǎng)護(hù)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路技術(shù)進(jìn)入超大規(guī)模集成電路時(shí)代，集成電路的工藝尺寸向著65nm以及更小尺寸的結(jié)構(gòu)發(fā)展，同時(shí)對(duì)晶圓制造工藝提出了更高更細(xì)致的技術(shù)要求。其中，晶圓的多晶硅柵極的關(guān)鍵尺寸日益成為多晶硅刻蝕的關(guān)鍵參數(shù)，所述的多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸決定器件門電路的工作性能，對(duì)晶圓的良率的影響也越來越敏感。
[0003]在當(dāng)前廣泛使用的多晶硅柵極的刻蝕工藝中，多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的大小是由硬質(zhì)掩模層(HM = hard mask)關(guān)鍵尺寸大小來傳遞的，而硬質(zhì)掩膜層的關(guān)鍵尺寸大小調(diào)整是由多晶娃柵極刻蝕工藝步驟中硬質(zhì)掩膜層的修飾(Hard Mask Trim，簡稱HM trim)步驟時(shí)間來決定。通過調(diào)整HM trim工藝步驟的刻蝕時(shí)間來控制硬質(zhì)掩模層關(guān)鍵尺寸的大小，從而達(dá)到控制最終多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸大小。
[0004]目前在大規(guī)模晶圓制造過程中，隨著晶圓加工數(shù)量的不斷增加，刻蝕腔體的內(nèi)部環(huán)境會(huì)隨之發(fā)生變化，即前一片/批晶圓對(duì)后一片/批有著某種程度的影響，具有記憶效應(yīng)。這種記憶效應(yīng)其中主要體現(xiàn)在聚合物的堆積，即在刻蝕腔壁上，聚合物的類型會(huì)根據(jù)等離子體反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的不同而有所不同，主要分為無機(jī)聚合物和有機(jī)聚合物等。目前對(duì)于刻蝕工藝過程中聚合物在刻蝕腔壁的堆積引起的記憶效應(yīng)的研宄在工業(yè)上已給出了多種措施且已經(jīng)具有很好的改善效果，其中使用最廣泛的如無晶圓自動(dòng)干法蝕刻清潔方法(Waferless Auto-Cleaning，簡稱WAC)和先進(jìn)刻蝕腔體刻蝕條件控制(Advancedchamber condit1n control，簡稱AC3)，通常使用含氟NF3氣體去除無機(jī)類聚合物，使用02去除有機(jī)類聚合物并在清潔之后的刻蝕腔體內(nèi)壁上沉淀一層類似二氧化硅的聚合物，這些WAC-AC3步驟能有效抑制腔體的記憶效應(yīng)。
[0005]但是，為了維持晶圓作業(yè)的持續(xù)可靠性，刻蝕作業(yè)腔體在進(jìn)行刻蝕作業(yè)一定RF時(shí)數(shù)后需要對(duì)刻蝕腔體進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，針對(duì)于刻蝕腔體在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)更換新的內(nèi)部器件后，這些WAC-AC3工藝在維護(hù)保養(yǎng)后的RF較短的初期并不能很好的維持刻蝕腔體內(nèi)壁環(huán)境的一致性。
[0006]目前，在65nm及更小尺寸工藝制造過程中，刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)之后，為了測(cè)試刻蝕腔體的穩(wěn)定性，在大規(guī)模生產(chǎn)前需要優(yōu)先作業(yè)一片或幾片晶圓測(cè)試刻蝕腔體的穩(wěn)定性，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果決定是否需要調(diào)整HM trim的刻蝕時(shí)間，但是刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)所更換的刻蝕腔體內(nèi)壁部件(表面有Y2O3涂層的刻蝕腔體內(nèi)壁(chamber liner)和刻蝕腔頂壁(topchamber))并非是全新部件，而是在上次維護(hù)保養(yǎng)后卸下的經(jīng)過清洗處理過的內(nèi)壁部件，這些不同使用RF時(shí)數(shù)的內(nèi)壁部件由于其表面的粗糙度隨RF時(shí)數(shù)不同而表現(xiàn)出不同的差異，這種差異在WAC-AC3作業(yè)之后，內(nèi)壁器件表面吸附的聚合物的能力也不同，正是這些不同作業(yè)RF時(shí)數(shù)的內(nèi)壁部件對(duì)AC3作用中沉淀的聚合物吸附能力的不同使得對(duì)于優(yōu)先作業(yè)的一片或幾片測(cè)試晶圓的影響也是不同的，而直接根據(jù)目前在多晶硅柵極刻蝕過程中使用的先進(jìn)制程控制(Advanced process control，簡稱APC)系統(tǒng)調(diào)控多晶娃刻蝕工藝參數(shù)會(huì)使得優(yōu)先作業(yè)的一片或幾片晶圓具有較高的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)在多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的漂移，最終導(dǎo)致晶圓的電性參數(shù)達(dá)不到產(chǎn)品規(guī)格要求，產(chǎn)品良率下降等問題。
[0007]中國專利CN103681287A公開了一種控制多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的方法，所述方法是根據(jù)在WAC-AC3工藝過程在所沉積的硅氧聚合物厚度定量的來控制多晶硅柵極刻蝕后的關(guān)鍵尺寸，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中自由粒子對(duì)多晶硅刻蝕腔體氛圍的影響不可控，無法定量地控制多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的難題，但針對(duì)每次刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后如何控制多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性問題無法很好地解決。
[0008]中國專利CN101930921A公開了一種提高柵極尺寸均勻性的方法，該方法包括:在晶圓襯底上依次形成柵極氧化層，多晶硅層，底部抗反射涂層以及涂布光阻層；對(duì)所述光阻進(jìn)行修飾(trim)，用于定義多晶硅柵極的位置；對(duì)所述底部抗反射涂層進(jìn)行主刻蝕和過刻蝕；刻蝕所述多晶硅層形成柵極；去除光阻和底部抗反射涂層；專利核心在于。刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)采用偏置電壓，對(duì)光阻進(jìn)行修飾。采用該方法可以大大提高多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的均勻性。
[0009]上述兩件專利都未解決現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)時(shí)更換內(nèi)壁部件后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的偏移問題，無法定量地針對(duì)刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸出現(xiàn)問題時(shí)難以快捷準(zhǔn)確的找到問題的切入點(diǎn)，從而影響晶圓的電學(xué)性能和廣品良率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠明顯改善刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的穩(wěn)定性，保證晶圓的電性參數(shù)達(dá)到產(chǎn)品規(guī)格要求的方法。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種改善刻蝕腔體養(yǎng)護(hù)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法，包括:第一步驟:提供用于多晶硅柵極刻蝕工藝的等離子體反應(yīng)刻蝕腔體和需要進(jìn)行多晶硅柵極刻蝕處理的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；第二步驟:在等離子體反應(yīng)刻蝕腔體中對(duì)所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅柵極刻蝕處理，在所述多晶硅柵極刻蝕處理過程中利用硬質(zhì)掩模層修飾工藝來控制多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸線寬大??；第三步驟:在所述多晶硅柵極刻蝕處理完成之后，對(duì)所述等離子體反應(yīng)刻蝕腔體進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并且在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)更換表面有Y2O3涂層的等離子體反應(yīng)刻蝕腔體內(nèi)壁部件；第四步驟:在將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)置于反應(yīng)腔體內(nèi)進(jìn)行多晶硅刻蝕前，在所述反應(yīng)腔的內(nèi)壁部件表面沉積硅氧化合物；第五步驟:根據(jù)第四步驟更換的刻蝕腔體內(nèi)壁部件的RF時(shí)數(shù)與硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來調(diào)整硬質(zhì)掩膜層修飾的刻蝕時(shí)間，并且基于調(diào)整后的硬質(zhì)掩膜層修飾的刻蝕時(shí)間來在維護(hù)保養(yǎng)后的等離子體反應(yīng)刻蝕腔體內(nèi)對(duì)另一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅柵極刻蝕。
[0012]優(yōu)選地，刻蝕腔體內(nèi)壁部件RF時(shí)數(shù)與硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系包括線性時(shí)間區(qū)域和線性時(shí)間區(qū)域之后的飽和時(shí)間區(qū)域。
[0013]優(yōu)選地，在第五步驟中，在線性時(shí)間區(qū)間內(nèi)根據(jù)更換的刻蝕腔體內(nèi)壁部件的RF時(shí)數(shù)線性地調(diào)整硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間。
[0014]優(yōu)選地，在第五步驟中，在飽和時(shí)間區(qū)間內(nèi)，設(shè)定固定的硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間。
[0015]優(yōu)選地，等離子體反應(yīng)刻蝕腔體包括刻蝕腔頂壁。
[0016]優(yōu)選地，等離子體反應(yīng)刻蝕腔體包括刻蝕腔體內(nèi)壁。
[0017]優(yōu)選地，硅氧化合物為Si02Cl4。
[0018]優(yōu)選地，第四步驟包括:利用SiClg O 2進(jìn)行反應(yīng)得到S1 2C14，并使得S12CljX積到等離子體反應(yīng)刻蝕腔體的側(cè)壁和頂壁上。
[0019]優(yōu)選地，在線性時(shí)間區(qū)間內(nèi)，內(nèi)壁部件RF時(shí)數(shù)J與硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間X的關(guān)系為 y = 0.0047x+20.512。
[0020]本發(fā)明公開了一種改善刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法，以改善現(xiàn)有條件下等離子體刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)時(shí)更換刻蝕腔體內(nèi)壁部件(表面有Y2O3涂層的刻蝕腔體內(nèi)壁和刻蝕腔頂壁)后刻蝕腔體環(huán)境的變化造成的多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的不穩(wěn)定性，同時(shí)克服在多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸出現(xiàn)問題時(shí)難以快速準(zhǔn)確的找到問題的切入點(diǎn)，從而影響晶圓電學(xué)性能和產(chǎn)品良率的問題。該方法實(shí)現(xiàn)簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0021]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0022]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的改善刻蝕腔體養(yǎng)護(hù)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法的流程圖。
[0023]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的更換新內(nèi)壁部件后沉積硅氧化合物示意圖。
[0024]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的晶圓在更換新內(nèi)壁部件作業(yè)腔體中作業(yè)示意圖。
[0025]圖4示意性地示出了等離子體反應(yīng)刻蝕腔體內(nèi)壁部件的RF時(shí)數(shù)與硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0026]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]本發(fā)明公開了一種改善刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的方法，該方法根據(jù)每次刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)時(shí)更換腔體內(nèi)壁部件(表面有Y2O3涂層的刻蝕腔體內(nèi)壁和刻蝕腔頂壁)的使用RF時(shí)數(shù)定量的分析刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后刻蝕工藝的硬質(zhì)掩膜層修飾的刻蝕時(shí)間，達(dá)到維持刻蝕晶圓多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的穩(wěn)定性。具體地，刻蝕腔體內(nèi)壁部件RF時(shí)數(shù)與硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系包括線性時(shí)間區(qū)域和線性時(shí)間區(qū)域之后的飽和時(shí)間區(qū)域。其中，在線性時(shí)間區(qū)間內(nèi)根據(jù)刻蝕腔體更換刻蝕腔體內(nèi)壁部件的RF時(shí)數(shù)線性的調(diào)整硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間，在飽和時(shí)間區(qū)間內(nèi)，設(shè)定固定的硬質(zhì)掩膜層修飾的處理時(shí)間。這能明顯改善刻蝕腔體維護(hù)保養(yǎng)后多晶硅柵極關(guān)鍵尺寸的穩(wěn)定性，保證晶圓的電性參數(shù)達(dá)到產(chǎn)品規(guī)格要求，提高晶圓良率。該方法實(shí)現(xiàn)簡單，成本低廉，效果顯著。
[0029]而