接触孔生产的监测制造技术

一种用于生产测试的方法，包括接受包含有半导体衬底以及衬底上形成有非导电层的晶片，随后蚀刻出穿过非导电层直至衬底的接触开口，接触开口包括在晶片上测试区域内预定测试图案中布置的接触开口阵列。指引电子束射击测试区域，测量对电子束起反应流过衬底的试样电流。对试样电流进行分析，以估计接触开口的蚀刻尺度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体器件制造和工艺控制，具体涉及半导体晶片上生产接触孔的监测。
技术介绍
接触孔制作是半导体器件制造中的一个共同步骤。典型地，接触孔应用于使半导体层或金属层通过一个叠置的非导电层诸如氧化物层实现电连接。为了制作接触孔，在晶片表面上沉积一层光致抗蚀剂。用紫外辐射照射光致抗蚀剂，使之硬化和显影，在晶片上形成一层“掩膜”，而接触孔位置处则留有开口。然后，将晶片输送至蚀刻工位形成接触孔，它穿过非导电层直至半导体层上。然后，去除光致抗蚀剂掩膜，在接触孔内填充金属。在晶片表面可以用类似的工艺制作沟槽或通路。为了确保一致的器件性能，必须仔细控制接触开口的深度、宽度和底面。(本专利申请和权利要求中，名词“接触开口”指上述类型的所有开口结构，包括接触孔、接触通路和接触沟槽。)接触开口尺寸上的偏差会导致接触电阻的变动。如果此种接触电阻变动太大，会影响器件性能，导致产量的损失。所以，必须仔细监测和控制制造工艺，以便一旦检知接触开口形成中发生偏差，可立即采取校正措施以避免加工中损失高价的晶片。本
内周知，使用扫描式电子显微镜(SEM)来检查接触孔。SEM的原理及其在半导体器件结构微量分析中的应用例如说明于Yacobi；等人的著作“固体微量分析”(Plenum出版社，1994年，纽约)的第2章中，这里引入于此作为参考。由于接触孔的深度一般远大于宽度，需应用专门的高长宽比(HAR)成像模式。穿过介质层直至半导体下面的贯透孔在影像中呈现明亮像，而没有完全使半导体层暴露的封闭孔则呈现暗淡像。使用SEM的HAR技术在实施时既费时又价贵，它还不能区分造成接触孔封闭的不同类型阻塞(例如，孔的蚀刻不到位，或是相反地在孔的底部沉积有残渣)。此外，HAR成像技术一般只能使用于当光致抗蚀剂掩膜从晶片表面上清除掉之后。因此，如果检查中发现接触孔蚀刻不到位，那时已不可能继续进行蚀刻工艺。接触孔检查的另一种方法说明于Yamada等人的文章“应用电子束感应的衬底电流的有序工艺监测法”中，见《微电子学—可靠性》期刊413(2001年3月)，455-459页，它引入于此作为参考。电子束系统中的补偿电流也称为试样电流，定义为从一次电子束中经由试样(也即经由晶片)流入地的吸收电流。换言之，试样电流等于一次束电流与二次电子和反向散射电子引起的试样总电子量之差。取决于一次电子束的能量处于试样的正充电或负充电范围，试样电流可以为正或负。Yamada等人将电子束指引到叠置在硅衬底上的SiO2表层中单个孔和组群孔上，并测量产生的补偿电流。他们发现，补偿电流值是孔底氧化物厚度以及孔直径的一个良好指示。
技术实现思路
本专利技术某些方面的一个目的，是提供改进的方法和系统用以监测接触开口的制作。本专利技术的优选实施例中，在半导体晶片上形成一个测试图案用于监测接触开口的制作。测试图案中包含一个接触开口(孔和/或沟槽)阵列，其尺寸和其他特性类似于在晶片上制造微电子器件时所用的接触孔和接触通路。可取地，测试图案位于晶片的非功能区域，诸如位于切割线上。任选地，可以在晶片的不同位置上形成多个此类测试图案，包括或是相同类型和大小的开口，或是不同类型和大小的开口。象制作正式功能孔和/或沟槽时一样，以相同的工艺在晶片内蚀刻测试图案的开口。当确信蚀刻完成时，使一个电子束指向测试图案检查晶片，并测量产生的试样电流。将试样电流值与期望的开口大小和使用的工艺参数上能够预定的校准基准值进行比较。相对校准基准测量到有电流偏差时表明，没有正常地蚀刻接触孔，从而可采取校正措施。可取地，试样电流的测量是在晶片上去除蚀刻工艺时需用的光致抗蚀剂掩膜之前进行的。因此，如果试样电流指出开口不够深或不够大，可继续进行蚀刻工艺，直至达到正确的接触孔大小。使用具有多个开口的增广的测试图案时，有可能应用分辨率相对低的简单的电子束源来实现本专利技术，而不需要本
内已知的在接触孔监测系统中应用的那样大型和高分辨率的SEM。于是，实际上可以将实现本专利技术的测试探头与同一箱室或邻接箱室内的蚀刻器组合起来，因此能快速和方便地共同进行接触孔的蚀刻和测试。而不必将晶片移出到周围空气中。本专利技术的某些优选实施例中，孔的蚀刻箱和监控测试箱做成一个设备集合内的两个工位。这样地使接触孔度量与实际制作步骤综合起来，能缩短质量控制反馈环路，因此当发生工艺缺陷时可较迅速地检知和校正，从而减少产量的损失。所以，按照本专利技术的优选实施例，提供出一种生产测试方法，包括接受一个包括有半导体衬底且衬底上形成有非导电层的晶片，随后蚀刻出穿过非导电层直至衬底的接触开口，接触开口中包括一个接触开口阵列，它布置在晶片上测试区域中的预定测试图案内；指引一个电子束射击测试区域；测量对电子束起反应而流过衬底的试样电流；以及分析试样电流，借以估计接触开口的尺度。通常，接触开口包括接触孔、接触通路或接触沟槽。可选地，测量二次电子信号并连同试样电流一起进行分析。最好，测试图案的尺寸至少10×10μm，包括至少100个接触开口。最可取的做法是引导电子束时使之聚焦，使面积大致等于测试图案大小。优选实施例中，接受晶片时包括收受下在非导电层上叠置有光致抗蚀剂层的晶片，该光致抗蚀剂层在蚀刻接触开口时一直应用到，并且在测量试样电流(包括用电子束射击测试区域以确定试样电流)之后，才去除光致抗蚀剂层。如果试样电流指出，接触开口的尺寸低于预定界限。则在保持光致抗蚀剂层下可对非导电层进一步蚀刻，能可取地增大接触开口尺度。通常，至少某些接触开口不包括在属于晶片上多个微电子电路的阵列中，这里，这些电路由一些切割线分隔开，而测试区域最好位于划割线之一上。可取地，测试区域是晶片不同位置上多个此类测试区域之一，并在引导电子束时至少定位好电子束和晶片之一，以便电子束依次射击至少两个测试区域中的每一个。优选实施例中，引导电子束时包括在预充电时期使电子束工作以预充电测试区域，然后在预充电时期之后的测试时期内使电子束工作，同时测量试样电流。最好，预充电时期使电子束工作时对测试区域表面施加负电荷。并在测试时期电子束工作时将电子束电流设定得足够低，以便工作在稳定情况下进行稳定的测量，同时设定电子束能量，以便接触开口底部与介质材料之间增强反差。再一个优选实施例中，测量试样电流中包括使一个导电接触垫固定接触到邻近测试区域的晶片上，测量流过接触垫的电流。另一个实施例中，引导电子束时包括形成脉冲式电子束射击测试区域，并在测量试样电流时包括测量经电容耦合至晶片上的电流。最好，分析试样中电流时包括对接触开口中深度和宽度中的至少一个量值进行估计。优选实施例中，分析试样电流时包括检测接触开口内的残渣，并且方法中还包括用电子束射击晶片以去除残渣。按照本专利技术的优选实施例，还提供一种生产微电子器件的方法，包括在穿过晶片上非导电层直至该非导电层上形成的半导体衬底间，蚀刻出诸接触开口，接触开口包括一个接触开口阵列，它布置在晶片测试区域上的预定测试图案内；指引一个电子束射击测试区域； 测量出对电子束起反应而流过衬底的试样电流；以及分析试样电流，借以估计接触开口的尺度。按照本专利技术的优选实施例，附加地提供晶片的生产测试装置，晶片上包括半导体衬底及形成在衬底上的非导电层。随后蚀刻出穿过非导电层直至衬底的接触开口，装置内包括有电子束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产测试图的方法，包括：接受一个晶片，该晶片包含有半导体衬底以及在衬底上形成的非导电层，随后蚀刻出穿过非导电层直至衬底的接触开口，接触开口中包含有在晶片测试区域内预定的测试图案中布置的接触开口阵列；指引一个电子束射击测试 区域；测量出对电子束起反应而流过衬底的试样电流；以及分析试样电流大小，以估计接触开口的尺度。

【技术特征摘要】
US 2002-2-4 60/354,3611.一种生产测试图的方法，包括接受一个晶片，该晶片包含有半导体衬底以及在衬底上形成的非导电层，随后蚀刻出穿过非导电层直至衬底的接触开口，接触开口中包含有在晶片测试区域内预定的测试图案中布置的接触开口阵列；指引一个电子束射击测试区域；测量出对电子束起反应而流过衬底的试样电流；以及分析试样电流大小，以估计接触开口的尺度。2.权利要求1的方法，其中，接触开口包括接触孔。3.权利要求1的方法，其中，接触开口包括接触沟槽。4.权利要求1的方法，其中，测试图案的尺寸至少10×10μm。5.权利要求4的方法，其中，测试图案中至少包含100个接触开口。6.权利要求4的方法，其中，对电子束的引导中包括将电子束聚焦到面积大致等于测试图案的尺寸。7.权利要求1的方法，其中，接受晶片时包括接受在非导电层上叠置有光致抗蚀剂层的晶片，该光致抗蚀剂层已在用于蚀刻接触开口，又其中，在去除光致抗蚀剂层之前，用电子束射击测试区域借以测量试样电流时包括确定试样电流值。8.权利要求7的方法，包括如果试样电流指出，接触开口的尺度在预定界限之下，则利用光致抗蚀剂层进一步蚀刻非导电层，以增大接触开口的尺度。9.权利要求1的方法，其中，至少某些接触开口不包括在属于晶片上多个微电子电路的阵列中，这里，这些电路由划割线分隔开，而测试区域位于划割线之一上。10.权利要求1的方法，其中，测试区域是晶片上不同位置中多个此类测试区域之一，又其中，导引电子束时包括对电子束和晶片中的至少一个进行定位，以便电子束依次地射击至少两个测试区域中的每一个。11.权利要求1的方法，其中，导引电子束时包括在预充电期间运用电子束对测试区域进行预充电，然后在预充电时期之后的测试期间也使电子束工作，同时测量试样电流。12.权利要求11的方法，其中，在预充电期间运用电子束时包括对测试区域表面施加负电荷。13.权利要求12的方法，其中，在测试期间运用电子束时包括在衬底的正充电范围内设定电子束的能量。14.权利要求1的方法，其中，测量试样电流时包括对邻近测试区域、固定在晶片上的导电接触垫进行接触，测量流过接触垫的电流。15.权利要求1的方法，其中，导引电子束时包括使电子束成脉冲式地射击测试区域。又其中，测量试样电流时包括对晶片进行电容耦合来测量试样电流。16.权利要求1的方法，其中，分析试样电流时包括估计接触开口之深度和宽度中的至少一个量值。17.权利要求1的方法，还包括测量对电子束起反应而自衬底上发射出的二次电子电流，连同试样电流一起对二次电子电流进行分析。18.权利要求1的方法，其中，分析试样电流时包括检测接触开口内的残渣。并包括用电子束射击晶片以去除残渣。19.一种生产微电子器件的方法，包括蚀刻出接触开口，它们穿过晶片上的非导电层直至非导电层上形成的半导体衬底，接触开口中包含有在晶片上测试区域内预定测试图案中布置的接触开口阵列；指引一个电子束射击测试区域；测量对电子束起反应而流过衬底的试样电流；以及分析试样电流大小以估计接触开口的尺度。20.一种用于晶片的生产测试的设备，该晶片中包含半导体衬底以及在衬底上形成的非导电层，并随后要蚀刻出穿过非导电层直至衬底的接触开口，该设备包括电子束源，适应于引导电子束射击晶片上的测试区域，测试区域中包含有布置在预定测试图案内的接触开口阵列；电流测量装置，连接来测量对电子束起反应而流过衬底的试样电流；以及控制器，适应于对测量的试样电流起响应以估计接触开口的尺度。21.权利要求20的设备，其中，接触开口包括接触孔。22.权利要求20的设备，其中，接触开口包括接触沟槽。23.权利要求20的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大凯蒂塞维奇，艾维西蒙，
申请(专利权)人：应用材料以色列有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]