一种通孔刻蚀不足的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种通孔刻蚀不足的检测方法，包括：在半导体衬底上建立多个测试模块，其中每一个测试模块模拟SRAM器件结构，其包括两个模拟传输门晶体管，两个模拟上拉晶体管和两个模拟下拉晶体管，该模拟传输门晶体管、模拟上拉晶体管和模拟下拉晶体管均为在P阱中的NMOS器件且模拟传输门晶体管的有源区上未形成栅极；在每一个测试模块上形成多个接触孔并填充金属，其中接触孔至少连接模拟传输门晶体管的有源区中对应于栅极的位置；在各接触孔上形成金属互连线以及导电通孔；以及通过电子束缺陷扫描仪在正电势条件下扫描测试模块并根据扫描得到的影像特征图检测测试模块的通孔刻蚀不足缺陷。本发明专利技术能够提高刻蚀不足缺陷的抓取率。

【技术实现步骤摘要】
一种通孔刻蚀不足的检测方法
本专利技术涉及半导体制造技术，特别涉及一种通孔刻蚀不足的检测方法。
技术介绍
随着集成电路工艺的发展以及关键尺寸按比例缩小，半导体器件后段制程中铜连接通孔的蚀刻不足(如图1所示)和通孔缺失缺陷越来越成为阻碍集成电路发展的瓶颈之一。比如在先蚀刻硬掩膜(HardMaskEtch)再蚀刻通孔(AllinOneEtch)的蚀刻工艺制程中，蚀刻不足缺陷往往受到硬掩膜蚀刻后清洗工艺与通孔蚀刻本身以及通孔蚀刻的光刻工艺的共同影响，其中某些工艺窗口不够优化时，缺陷就会出现，成为制约良率提升的一大杀手。对后段通孔蚀刻不足缺陷检测是公认的难题之一，目前业界应用的检测方法是在蚀刻后的清洗工艺之后应用电子束缺陷扫描仪进行检查，但由于存在法拉第杯的影响，高深宽比-法拉第杯会阻止通孔中电子逸出的有效数量，造成检测的抓取率较低而且精度不高。另一种检测方法是在铜填充平坦化后再做电子束缺陷扫描仪检测。图2a所示为第一金属层M1、第一通孔层Via1和第二金属层M2的版图，以虚线框中一个完整的SRAM器件为例，原本具有3.5个铜连接孔Via1，但由于SRAM器件的传输门晶体管(PassGate)多晶硅栅极与衬底不导通，其上的接触孔在电子束缺陷扫描得到的影像特征图中始终为暗，如图2b中的A处，因此无法得知是否发生刻蚀不足。此外，在铜填充平坦化之后中间部分的通孔被铜线连接起来，如图2b中的B区域，因此最终能够检测到通孔刻蚀不足缺陷的铜接触孔数量非常少。因此，上述两种通孔刻蚀不足的检测方法均存在很大不足，很难为在线工艺窗口优化提供有效参考。
技术实现思路
本专利技术的主要目的旨在针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种具有高缺陷检测抓取率的通孔刻蚀不足的检测方法。为达成上述目的，本专利技术提供一种通孔刻蚀不足的检测方法，包括以下步骤：S1：在半导体衬底上建立多个测试模块，每一所述测试模块模拟SRAM器件结构，其包括两个模拟传输门晶体管，两个模拟上拉晶体管和两个模拟下拉晶体管，其中所述模拟传输门晶体管、模拟上拉晶体管和模拟下拉晶体管均为在P阱中的NMOS器件且所述模拟传输门晶体管的有源区上未形成栅极；S2：在每一所述测试模块上形成多个接触孔并填充金属，所述接触孔至少连接所述模拟传输门晶体管的有源区中对应于栅极的位置；S3：在各所述接触孔上形成金属互连线以及导电通孔；以及S4：通过电子束缺陷扫描仪扫描所述测试模块并根据扫描得到的影像特征图检测所述测试模块的通孔刻蚀不足缺陷。优选地，步骤S3进一步包括：S31：在各所述接触孔上依次形成第一金属层、第一层间介质层、第二层间介质层及硬掩膜层；S32：光刻刻蚀所述硬掩膜层及部分所述第二层间介质层以对应于所述测试模块的通孔区域形成多个开口；S33：在所述开口中填充抗反射材料以形成一平坦表面；S34：光刻刻蚀所述抗反射材料、所述第一层间介质层和部分所述第二层间介质层，以在每一所述开口下方形成一个通孔，所述通孔的关键尺寸小于所述开口；S35：以所述硬掩膜层为刻蚀掩膜继续刻蚀至所述通孔底部连接所述第一金属层；以及S36：在所述开口及通孔中填充金属并平坦化。优选地，步骤S32进一步包括：在所述硬掩膜层上依次形成硅氧化物和抗反射层，所述抗反射层的材料与所述抗反射材料相同；在所述抗反射层上涂覆第一光刻胶层，通过曝光显影在所述第一光刻胶层中定义开口图形；利用所述第一光刻胶层作为硬掩膜蚀刻光罩刻蚀所述硬掩膜层及部分所述第二层间介质层以形成多个所述开口；以及去除所述第一光刻胶层。优选地，步骤S34进一步包括：在所述抗反射层上涂覆第二光刻胶层，通过曝光显影在所述第二光刻胶层对应所述抗反射材料位置中定义通孔图形，所述通孔图形的关键尺寸小于所述开口图形；利用所述第二光刻胶层作为通孔蚀刻光罩刻蚀所述抗反射材料、第二层间介质层及部分第一层间介质层以在每一所述开口下方形成一个所述通孔；以及去除所述第二光刻胶层、硅氧化物及抗反射层。优选地，所述开口的中心与所述通孔的中心重合。优选地，所述接触孔包括有源区接触孔、栅极接触孔和栅源共享接触孔，其中所述模拟传输门晶体管的栅极接触孔连接至其有源区上的多晶硅栅极区域。优选地，步骤S1包括：步骤S11：设计各所述测试模块的版图，其中每一所述测试模块的版图包括被隔离区隔离的多个阱区，所述模拟上拉晶体管和模拟下拉晶体管的阱区中包括有源区和穿过所述有源区的栅区，所述模拟传输门晶体管的阱区中仅包括有源区；步骤S12：对各所述阱区进行P型离子注入，以形成P阱；步骤S13：在各所述栅区上形成NMOS晶体管的栅极；以及步骤S14：对各所述有源区进行N型离子注入，以形成所述P阱中的NMOS器件。优选地，当所述电子束缺陷扫描仪在正电势条件下扫描时，其采用的着陆能量为500～1300eV，采用的电流为20～110nA；当所述电子束缺陷扫描仪在负电势条件下扫描时，其采用的着陆能量为1800～2500eV，采用的电流为20～110nA。优选地，所述电子束缺陷扫描仪采用的像素为10nm-60nm。本专利技术所提出的通孔刻蚀不足的检测方法，通过将原本不导通的传输门晶体管的栅极接触孔设计为与衬底导通，增加了铜平坦化后能够用于电子束缺陷扫描的通孔数量，提高了缺陷检测的抓取率。进一步的，本专利技术更通过以具有关键尺寸比通孔尺寸更大的开口图形的硬掩膜层作为刻蚀掩膜同时刻蚀出通孔和金属连线图形，使得铜填充以及平坦化后在各个通孔上的金属连线均互不连通，由此每个通孔的刻蚀不足都可以被检测到，进一步提升了监控灵敏度，为制程窗口的优化提供了数据参考，并为半导体在线制造与良率提升提供保障。附图说明图1为限于技术中通孔刻蚀不足缺陷的示意图；图2a为现有技术中SRAM器件的版图；图2b为现有技术中电子束扫描仪扫描SRAM器件得到的影像特征图；图3为本专利技术一实施例的通孔刻蚀不足的检测方法的流程图；图4为本专利技术一实施例的测试模块的示意图；图5a～5g为本专利技术一实施例形成导电通孔和金属互连线的各步骤的示意图；图6a和图6b为现有技术的SRAM结构与本专利技术的测试模块在电子束缺陷扫描仪负电势条件下的影像特征图的示意图。具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。实施例1图3为本实施例提供的通孔刻蚀不足的检测方法的流程示意图。如图3所示，检测方法包括步骤：步骤S1：在半导体衬底上建立多个测试模块，每个测试模块模拟SRAM器件结构，其中测试模块的各晶体管均为P阱中的NMOS器件，且模拟传输门晶体管的有源区上未形成栅极。具体的，由于每个测试模块模拟一个SRAM器件结构，因此每个测试模块包括2个模拟传输门晶体管，两个上拉晶体管和两个下拉晶体管，与SRAM器件结构不同的是，测试模块中的这些晶体管均为P阱中的NMOS器件。此外本专利技术的另一不同点在于模拟传输门晶体管仅具有有源区，而未在有源区上形成栅极。这种测试模块的形成方法具体如下：首先，设计各测试模块的版图，每一个测试模块的版图包括被隔离区隔离的多个阱区，模拟上拉晶体管和模拟下拉晶体管的阱区中包括有源区和穿过有源区的栅区，而模拟传输门晶体管的阱区中仅包括有源区。接着，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通孔刻蚀不足的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在半导体衬底上建立多个测试模块，每一所述测试模块模拟SRAM器件结构，其包括两个模拟传输门晶体管，两个模拟上拉晶体管和两个模拟下拉晶体管，其中所述模拟传输门晶体管、模拟上拉晶体管和模拟下拉晶体管均为在P阱中的NMOS器件且所述模拟传输门晶体管的有源区上未形成栅极；S2：在每一所述测试模块上形成多个接触孔并填充金属，所述接触孔至少连接所述模拟传输门晶体管的有源区中对应于栅极的位置；S3：在各所述接触孔上形成金属互连线以及导电通孔；以及S4：通过电子束缺陷扫描仪扫描所述测试模块并根据扫描得到的影像特征图检测所述测试模块的通孔刻蚀不足缺陷。

【技术特征摘要】
1.一种通孔刻蚀不足的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在半导体衬底上建立多个测试模块，每一所述测试模块模拟SRAM器件结构，其包括两个模拟传输门晶体管，两个模拟上拉晶体管和两个模拟下拉晶体管，其中所述模拟传输门晶体管、模拟上拉晶体管和模拟下拉晶体管均为在P阱中的NMOS器件且所述模拟传输门晶体管的有源区上未形成栅极；S2：在每一所述测试模块上形成多个接触孔并填充金属，所述接触孔至少连接所述模拟传输门晶体管的有源区中对应于栅极的位置；S3：在各所述接触孔上形成金属互连线以及导电通孔；以及S4：通过电子束缺陷扫描仪扫描所述测试模块并根据扫描得到的影像特征图检测所述测试模块的通孔刻蚀不足缺陷。2.根据权利要求1所述的通孔刻蚀不足的检测方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：S31：在各所述接触孔上依次形成第一金属层、第一层间介质层、第二层间介质层及硬掩膜层；S32：光刻刻蚀所述硬掩膜层及部分所述第二层间介质层以对应于所述测试模块的通孔区域形成多个开口；S33：在所述开口中填充抗反射材料以形成一平坦表面；S34：光刻刻蚀所述抗反射材料、所述第一层间介质层和部分所述第二层间介质层，以在每一所述开口下方形成一个通孔，所述通孔的关键尺寸小于所述开口的关键尺寸；S35：以所述硬掩膜层为刻蚀掩膜继续刻蚀至所述通孔底部连接所述第一金属层；以及S36：在所述开口及通孔中填充金属并平坦化。3.根据权利要求2所述的通孔刻蚀不足的检测方法，其特征在于，步骤S32进一步包括：在所述硬掩膜层上依次形成硅氧化物和抗反射层，所述抗反射层的材料与所述抗反射材料相同；在所述抗反射层上涂覆第一光刻胶层，通过曝光显影在所述第一光刻胶层中定义开口图形；利用所述第一光刻胶层作为硬掩膜蚀刻光罩刻蚀所述硬掩膜层及部分所述第二层间介质层以形成多个所述开口；以及去除所述第一光刻胶层...

【专利技术属性】
技术研发人员：范荣伟，陈宏璘，龙吟，顾晓芳，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31