[发明专利]用以改善线宽稳定性的SiON表面处理方法有效

专利信息
申请号: 201210458254.9 申请日: 2012-11-15
公开(公告)号: CN103811311B 公开(公告)日: 2016-10-26
发明(设计)人: 虞颖;刘改花;郭振华;王雷;刘鹏 申请(专利权)人: 上海华虹宏力半导体制造有限公司
主分类号: H01L21/027 分类号: H01L21/027;H01L21/033
代理公司: 上海浦一知识产权代理有限公司 31211 代理人: 刘昌荣
地址: 201203 上海市浦东*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 用以 改善 稳定性 sion 表面 处理 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及半导体集成电路制造领域,特别是涉及一种用以改善线宽稳定性的SiON表面处理方法。

背景技术

在半导体制造工艺中,稳定的ADI/AEI CD(光刻/干刻后关键尺寸)对于半导体产品的良率及可靠性的提升具有非常重要的作用。但是,随着CD(Critical Dimension,关键尺寸)的越来越小,光刻后关键尺寸的稳定性很容易受到前层薄膜或者rework process(返工工艺)等因素的影响而变差。尤其是在0.13μm制程中,第一金属层的光刻后关键尺寸需要控制在0.135μm左右,此时,光刻后关键尺寸的稳定性更容易变差。

为了提高CD的稳定性,可以在工艺中增加SiON(氮氧化硅)抗反射层,即在晶圆表面的金属薄膜的上面再沉积一层SiON薄膜,然后再进行光刻工艺,如图1所示。但是,即使增加了SiON抗反射层,CD的稳定性仍不够好。如表1和图2所示,在经过了一次Photo rework(光刻返工工艺)之后,CD(一般用Hitachi CD-SEM CD量测机台量测)变小了5nm左右,这对于0.13μm制程来讲是绝对不允许的,因此,需要找出一种方法来提高CD的稳定性。

表1 Photo返工工艺对CD稳定性的影响

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用以改善线宽稳定性的SiON表面处理方法,它可以提高线宽的稳定性。

为解决上述技术问题,本发明的用以改善线宽稳定性的SiON表面处理方法,是在SiON薄膜沉积后,进行光刻工艺前,用水汽、氧气和氮气的混合气体的等离子体对SiON薄膜进行前处理。

本发明通过对SiON抗反射层的表面进行特殊的前处理,有效地提高了0.13μm制程的光刻过程及重新光刻过程中线宽的稳定性。

附图说明

图1是常规的光刻工艺流程示意图。

图2是光刻返工工艺对线宽稳定性的影响图,图中数据采用表1的数据。

图3是本发明实施例增加了SiON前处理步骤的光刻工艺流程示意图。

图4是用不同配比的混合气体对晶圆表面SiON薄膜进行前处理得到的CD稳定性结果。

图5是光刻返工工艺对线宽稳定性的影响图,图中数据采用表3的数据。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解,现结合图示的实施方式,详述如下:

本实施例在SiON薄膜沉积后,进行光刻工艺之前,对SiON薄膜进行了特殊的前处理,具体方法如下(参见图3):

首先,用常规工艺完成SiON抗反射层的沉积,得到表面是SiON薄膜的晶圆,如图3(a)所示。晶圆表面从上往下依次为:SiON薄膜,金属(铝)薄膜。

然后,将上述制备的晶圆置入反应腔中,通入H2O(水汽)、O2(氧气)和N2(氮气)三种气体的混合气体,用微波电源产生等离子体(条件:射频功率为0~1500瓦,腔体压力为1~3托),等离子体与晶圆表面的SiON薄膜发生反应,如图3(b)所示。

上述混合气体中,H2O的流量为500~1000sccm,O2的流量为1000~5000sccm,N2的流量为100~300sccm。

对SiON薄膜的上述前处理完成后,进行正常的光刻工艺,如图3(c)所示。

用不同配比的气体(见表2)的等离子体,对晶圆表面的SiON薄膜进行前处理,并对反应后的晶圆进行外观形貌和关键尺寸大小确认,得到如表2和图4所示的结果。可以看出,在使用本实施例的方法对SiON抗反射层进行前处理后,晶圆的光刻后关键尺寸的稳定性明显变好,其中,以晶圆4(W4)的关键尺寸的稳定性为最好。

表2 不同配比的气体对SiON薄膜在不同实验条件下的结果

采用表2中晶圆4的气体配比条件对多片晶圆表面的SiON薄膜进行前处理,然后进行Photo rework实验,得到如表3和图5所示的结果。从表3的数据可以看出,第一次光刻和两次rework间的关键尺寸的差异都在2nm以内,显示了很好的关键尺寸稳定性。

表3 Photo返工工艺对关键尺寸稳定性的影响

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