溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，利用線寬測量工具測量溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)中第二溝槽的頂部寬度以及底部寬度，利用臺階測試儀測量第一溝槽的深度，根據(jù)所述第一溝槽的深度獲得所述第二溝槽的深度，并根據(jù)所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及所述第二溝槽的深度，利用正切定理獲得所述第二溝槽的傾斜度，由所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及傾斜度判斷產(chǎn)品溝槽的頂部寬度、底部寬度以及傾斜度，進(jìn)而在不破壞芯片的前提下監(jiān)控產(chǎn)品溝槽的形貌。
【專利說明】溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 溝槽工藝常用于制作柵極或者隔離技術(shù)中，在近年發(fā)展的超結(jié)工藝中，溝槽工藝 還運用于超結(jié)工藝中的P、N型摻雜。在溝槽工藝運用中，其深度、寬度及傾斜度等參數(shù)都會 對器件的參數(shù)和功能有至關(guān)重要的影響。
[0003] 溝槽工藝的運用很大程度上就是使原胞面積縮小，所以溝槽工藝中溝槽的密度很 大、寬度很小，用常規(guī)設(shè)備和方法分析溝槽形貌由于線寬的問題往往受到制約，在實際分析 中，溝槽形貌的分析通常是使用SEM斷面確認(rèn)，然而這屬于破壞性分析手段。如何在不報廢 芯片的前提下，得到較精確的溝槽形貌數(shù)據(jù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的是提供一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，在不破壞芯片的前提下獲得溝 槽形貌數(shù)據(jù)。
[0005] 為解決上述問題，本實用新型提供一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，用于監(jiān)控產(chǎn)品溝槽的 傾斜度，所述溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)包括形成于半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽和第二溝槽，其中，形 成所述第二溝槽的掩膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板圖形相同，形成所述第一溝槽的掩 膜板圖形的寬度大于形成所述第二溝槽的掩膜板圖形的寬度，所述第一溝槽和第二溝槽采 用相同的刻蝕程序形成。
[0006] 可選的，在所述的溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)中，所述第一溝槽的底部寬度大于臺階測試 儀的最小探針直徑，所述溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的測量窗口大于臺階測試儀的最小探針直徑與 兩倍的最小步距之和。
[0007] 本實用新型利用線寬測量工具測量溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的第二溝槽的頂部寬度以 及底部寬度，利用臺階測試儀測量第一溝槽的深度，根據(jù)所述第一溝槽的深度獲得所述第 二溝槽的深度，并根據(jù)所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及所述第二溝槽的深度，利用 正切定理獲得所述第二溝槽的傾斜度，由所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及傾斜度 判斷產(chǎn)品溝槽的頂部寬度、底部寬度以及傾斜度，進(jìn)而在不破壞芯片的前提下監(jiān)控產(chǎn)品溝 槽的形貌。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1至圖3是本實用新型實施例的溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)制作方法中的監(jiān)控結(jié)構(gòu)剖面 和俯視不意圖；
[0009] 圖4是本實用新型實施例的溝槽形貌監(jiān)控方法的流程示意圖；
[0010] 圖5是本實用新型實施例的溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖；
[0011]圖6是本實用新型實施例的掩膜板圖形寬度與所形成的溝槽的深度的相關(guān)性示 意圖；
[0012] 圖7是本實用新型實施例所采用的掩膜板圖形的示意圖。

【具體實施方式】
[0013] 為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本 實用新型的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。
[0014] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新 型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新 型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。
[0015] 本實用新型提供一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，用于監(jiān)控產(chǎn)品溝槽的傾斜度，所述溝槽 形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)包括形成于半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽和第二溝槽，其中，形成所述第二溝槽 的掩膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板圖形相同，形成所述第一溝槽的掩膜板圖形的寬度 大于形成所述第二溝槽的掩膜板圖形的寬度，所述第一溝槽和第二溝槽采用相同的刻蝕程 序形成。
[0016] 如圖4所示，本實用新型還提供一種溝槽形貌監(jiān)控方法，包括如下步驟：
[0017] S41 :提供一溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，所述溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)包括形成于半導(dǎo)體襯底中 的第一溝槽和第二溝槽，其中，形成所述第二溝槽的掩膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板 圖形相同，形成所述第一溝槽的掩膜板圖形的寬度大于形成所述第二溝槽的掩膜板圖形的 寬度，所述第一溝槽和第二溝槽采用相同的刻蝕程序形成；
[0018] S42:利用線寬測量工具測量所述第二溝槽的頂部寬度以及底部寬度，利用臺階測 試儀測量所述第一溝槽的深度；
[0019] S43 :根據(jù)所述第一溝槽的深度獲得所述第二溝槽的深度；
[0020] S44:根據(jù)所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及第二溝槽的深度，利用正切定 理獲得所述第二溝槽的傾斜度，進(jìn)而監(jiān)控產(chǎn)品溝槽的形貌。
[0021] 如圖5所示，本實用新型還提供一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的制作方法，包括如下步 驟：
[0022] S51 :提供一半導(dǎo)體襯底；
[0023] S52 :在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一溝槽和第二溝槽；其中，形成所述第二溝槽的 掩膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板圖形相同，形成所述第一溝槽的掩膜板圖形的寬度大 于形成所述第二溝槽的掩膜板圖形的寬度，所述第一溝槽和第二溝槽采用相同的刻蝕程序 形成。
[0024] 本實用新型利用線寬測量工具測量溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的第二溝槽的頂部寬度以 及底部寬度，利用臺階測試儀測量第一溝槽的深度，根據(jù)所述第一溝槽的深度獲得所述第 二溝槽的深度，并根據(jù)所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及所述第二溝槽的深度，利用 正切定理獲得所述第二溝槽的傾斜度，由所述第二溝槽的頂部寬度、底部寬度以及傾斜度 判斷產(chǎn)品溝槽的頂部寬度、底部寬度以及傾斜度，進(jìn)而在不破壞芯片的前提下監(jiān)控產(chǎn)品溝 槽的形貌。
[0025] 下面結(jié)合圖1至圖7對本實用新型實施例的溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的制作方法以及溝 槽形貌監(jiān)控方法進(jìn)行更詳細(xì)描述。
[0026] 如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底100,并在所述半導(dǎo)體襯底100上形成掩膜層110。所 述半導(dǎo)體襯底100可以是硅襯底、鍺硅襯底、III - V族元素化合物襯底或本領(lǐng)域技術(shù)人員公 知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本實施例中采用的是硅襯底。更具體地，本實施例中采用是形 成功率器件常用的N型〈100>晶向的硅襯底。所述掩膜層110材料為氮化硅、氮氧化物或 多晶硅中的一種或者多種。本實施例中，所述掩膜層Iio材料為高溫生長的氧化硅，可知， 生長溫度越高，生長的氧化層質(zhì)量越高，作為刻蝕溝槽的掩蔽效果越好。所述掩膜層Iio的 厚度例如為100A?20000A，當(dāng)然本實用新型并不限定掩膜層的厚度。
[0027] 如圖2所示，在所述掩膜層100上涂覆光阻層，通過曝光以及顯影工藝將對應(yīng)第一 溝槽的掩膜板圖形200a以及對應(yīng)第二溝槽的掩膜板圖形200b轉(zhuǎn)移至所述光阻層中，再以 所述光阻層為掩膜刻蝕掩膜層110形成第一窗口 IlOa和第二窗口 110b。在本實用新型優(yōu)選 實施例中，采用干法刻蝕工藝選擇性去除掩膜層，所述干法刻蝕工藝的過刻量大于150%， 以保證打開區(qū)上的掩膜層去除干凈，否則后續(xù)的刻槽容易出現(xiàn)針刺異常。
[0028] 其中，所述第一窗口 IlOa對應(yīng)形成第一溝槽的掩膜板圖形，第二窗口 IlOb對應(yīng)形 成第二溝槽的掩膜板圖形，形成第一溝槽的掩膜板圖形和形成第二溝槽的掩膜板圖形均為 方形，并且，形成第一溝槽的掩膜板圖形和形成第二溝槽的掩膜板圖形的長度相同，形成所 述第二溝槽的掩膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板圖形相同，形成所述第一溝槽的掩膜板 圖形的寬度大于形成所述第二溝槽的掩膜板圖形的寬度。圖2中110a'和110b'分別是第 一窗口 IlOa和第二窗口 IlOb的俯視圖形，由俯視圖來看，第一窗口 IlOa的長度Ll與第二 窗口 IlOb的長度L2相同，第一窗口 IlOa的寬度Wl大于第二窗口 IlOb的寬度W2,且所述 第一窗口 IlOa的寬度Wl大于臺階測試儀最小測量寬度。本實施例中，所述第一窗口 IlOa 的寬度和長度均設(shè)置為大于10 μ m，以利于后續(xù)測量其深度。
[0029] 如圖3所示，以所述掩膜層110為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100,形成第一溝槽 IOOa和第二溝槽100b，其中，第一窗口 IlOa對應(yīng)形成第一溝槽100a，第二窗口 IlOb對應(yīng) 形成第二溝槽l〇〇b，最終形成溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述第一溝槽IOOa和第二 溝槽IOOb的深度為0. 1?100 μ m，所述第一溝槽IOOa和第二溝槽IOOb的傾斜度為80? 89. 9度。當(dāng)然，本實用新型并不限定溝槽的深度和傾斜度。
[0030] 本實用新型通過臺階測試儀測量第一溝槽IOOa的深度，通過第一溝槽IOOa的深 度來判斷第二溝槽IOOb的深度，第二溝槽IOOb模擬產(chǎn)品溝槽的實際尺寸，其可以是與產(chǎn)品 溝槽（即管芯區(qū)域?qū)嶋H產(chǎn)品的溝槽）尺寸一致的監(jiān)測溝槽，當(dāng)然，由于利用臺階測試儀測量 深度并不破壞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，也可以直接將管芯區(qū)域?qū)嶋H產(chǎn)品的溝槽作為第二溝槽，選擇產(chǎn)品 溝槽作為第二溝槽，可以使后續(xù)測量、計算溝槽形貌相關(guān)參數(shù)時可以更準(zhǔn)確反應(yīng)出管芯中 溝槽結(jié)構(gòu)形貌。其中，所述第一溝槽IOOa可以設(shè)置于劃片道上，第二溝槽IOOb則設(shè)置于管 芯區(qū)域，當(dāng)然，第二溝槽IOOb也可以設(shè)置于劃片道上。
[0031] 具體地說，臺階測試儀是通過其探針接觸硅片，由探針探測的深度高度反應(yīng)出硅 片的臺階形貌。如果溝槽的寬度小于臺階測試儀的最小探針直徑，探針無法到達(dá)溝槽的底 部，就無法測量出溝槽的深度，因而本實用新型中需使第一溝槽的底部寬度大于臺階測試 儀的最小探針直徑。由于探針測量臺階形貌時，是通過一定步距時探針?biāo)佑|硅片所反饋 出的平整度來獲取結(jié)果，因而較佳的方案中，所述溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的測量窗口至少大于 最小探針直徑加上兩倍的最小步距設(shè)置。
[0032] 通過上述方法形成溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)之后，即可利用該溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)進(jìn)行溝 槽傾斜度監(jiān)控。
[0033] 參考圖3,首先，測量所述第二溝槽IOOb的頂部寬度W4以及底部寬度W5,并利用 臺階測試儀測量所述第一溝槽IOOa的深度。
[0034] 圖3中100a'和100b'所示分別為第一溝槽IOOa和第二溝槽IOOb的正面俯視圖。 由于第二溝槽IOOb尺寸較小，經(jīng)過刻蝕后具有傾斜度（相對于堅直平面而言），其剖面呈倒 梯形，俯視則呈回字形，可利用高精度光學(xué)顯微鏡、線寬儀或CD-SEM等線寬測量工具測量 第二溝槽IOOb的俯視圖形，第二溝槽IOOb的俯視圖形的外側(cè)寬度即為第二溝槽IOOb的頂 部寬度W4,第二溝槽IOOb的俯視圖形的內(nèi)側(cè)寬度即為第二溝槽IOOb的底部寬度W5。第一 溝槽IOOa的俯視圖形的長度L3與第二溝槽IOOb的俯視圖形的長度L4相同。
[0035] 由于溝槽刻蝕特性，相同的刻蝕程序下，越寬的溝槽其傾斜度越接近90度，也即 第一溝槽IOOa的寬度越大，其底部寬度越接近頂部寬度，溝槽越直，本實施例中，第一溝槽 IOOa由于尺寸較大，經(jīng)過刻蝕后剖面圖基本呈方形，俯視圖也為方形，因而不區(qū)分第一溝槽 IOOa的頂部寬度和底部寬度，統(tǒng)稱為第一溝槽的寬度W3。當(dāng)然，由于第一溝槽IOOa只是用 于測量其深度，因此即便第一溝槽IOOa經(jīng)過刻蝕后也具有傾斜度，也不影響傾斜度計算結(jié) 果。
[0036] 接著，根據(jù)第一溝槽IOOa的深度hi獲得第二溝槽IOOb的深度h2。本實用新型采 用臺階測試儀測量第一溝槽IOOa的深度hl，進(jìn)而獲得與第一溝槽IOOa采用相同刻蝕程序 刻蝕形成的第二溝槽IOOb (本實施例中二者是采用相同刻蝕程序且同時刻蝕形成）的深度 h2。
[0037] 經(jīng)過本 申請人:實用新型人反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，在相同的刻蝕條件下，寬度較大的掩膜 板圖形形成的溝槽的深度大于寬度較小的掩膜板圖形形成的溝槽的深度，并且，不同寬度 的掩膜板圖形所形成的溝槽的深度遵循一定的規(guī)律，本實用新型通過在同一張掩膜板上制 作多組不同線寬的圖形，經(jīng)過理論分析以及多次試驗得到掩膜板圖形寬度與所形成的溝槽 的深度的相關(guān)性。
[0038] 圖6所示為掩膜板圖形寬度與所形成的溝槽的深度的相關(guān)性示意圖。其中，溝槽 寬度在2. 1?64 μ m之間，溝槽深度在32?54 μ m之間，將這些數(shù)據(jù)點做成趨勢圖后，發(fā)現(xiàn) 掩膜板圖形寬度與所形成的溝槽的深度滿足對數(shù)關(guān)系。如此，可根據(jù)以下公式獲得第二溝 槽的深度：
[0039] hi = logaml ;公式（1)
[0040] h2 = logam2 ;公式（2)
[0041] 其中，hi為所述第一溝槽IOOa的深度，h2為所述第二溝槽IOOb的深度，ml為形 成所述第一溝槽的掩膜板圖形200a的寬度，m2為形成所述第二溝槽的掩膜板圖形200b的 寬度，a為對數(shù)函數(shù)的底數(shù)，通過公式（1)計算出a，通過公式（2)即可計算出h2。
[0042] 由上可知，通過形成所述第一溝槽的掩膜板圖形的寬度ml、形成所述第二溝槽的 掩膜板圖形的寬度m2以及所述第一溝槽IOOa的深度hi即可計算出所述第二溝槽IOOb的 深度h2。
[0043] 最后，即可根據(jù)第二溝槽IOOb的深度h2以及第二溝槽IOOb的頂部寬度W4和底 部寬度W5,利用正切定理計算出第二溝槽IOOb的傾斜角度Θ，由于形成所述第二溝槽的掩 膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板圖形相同，通過第二溝槽IOOb的傾斜角度θ，即可監(jiān)控 產(chǎn)品溝槽的傾斜度。
[0044] S卩，可根據(jù)以下公式計算第二溝槽IOOb的傾斜角度Θ :
[0045] f = 1/2(W4_W5);公式（3)
[0046] ΤΑΝΘ = h2/f ;公式（4)
[0047] 利用上述方法獲取第二溝槽IOOb的深度，從而計算第二溝槽的傾斜度，可以最大 程度的規(guī)避由于深度測量誤差帶來的傾斜度計算誤差。
[0048] 需要說明的是，在本實用新型其他實施例中，也可直接將所述第一溝槽的深度作 為所述第二溝槽的深度來計算溝槽傾斜度，如表1所示，利用本實施例中計算傾斜度的方 法，當(dāng)溝槽的頂部和底部寬度測量出來后，以溝槽頂部寬度為5.36 μ m、溝槽底部寬度為 5. 02 μ m為例，溝槽的深度變化10 μ m情況下，其溝槽傾斜度只有0. 24度的差別，亦在工藝 監(jiān)控的接受范圍內(nèi)。
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，用于監(jiān)控產(chǎn)品溝槽的傾斜度，其特征在于，所述溝槽形貌 監(jiān)控結(jié)構(gòu)包括形成于半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽和第二溝槽，其中，形成所述第二溝槽的掩 膜板圖形與形成產(chǎn)品溝槽的掩膜板圖形相同，形成所述第一溝槽的掩膜板圖形的寬度大于 形成所述第二溝槽的掩膜板圖形的寬度，所述第一溝槽和第二溝槽采用相同的刻蝕程序形 成。
2. 如權(quán)利要求1所述的溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一溝槽的底部寬度大 于臺階測試儀的最小探針直徑，所述溝槽形貌監(jiān)控結(jié)構(gòu)的測量窗口大于臺階測試儀的最小 探針直徑與兩倍的最小步距之和。
【文檔編號】H01L23/544GK204167313SQ201420612904
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】楊彥濤, 趙金波, 江宇雷, 楊雪, 鄒光祎, 鐘榮祥 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司