專利名稱：溝槽輪廓參數檢測方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種STI (淺溝槽隔離)隔離 溝槽的外形輪廓參數(包括溝槽深度、線寬)的測量方法。
技術背景隨著半導體工藝進入深亞微米時代，0.13 nm以下的元件例如CMOS器件 中，NMOS晶體管和PMOS晶體管之間的隔離層均采用淺溝槽隔離工藝(STI) 形成。在這種工藝中，先在襯底上形成淺溝槽，元件之間用刻蝕的淺溝槽隔 開，然后在溝槽側壁和底部形成氧化襯墊，再利用化學氣相淀積(CVD)在 淺溝槽中填入絕緣介質，例如氧化硅。在填入絕緣介質之后，用化學機械研 磨(CMP)的方法使溝槽表面平坦化。專利號為ZL98125145.5的中國專利公 開了 一種在半導體器件內形成隔離溝槽的方法，圖1為STI隔離溝槽剖面示意 圖。如圖l所示，在半導體襯底100表面通過光刻、刻蝕等工藝形成溝槽110， 溝槽110中將填充絕緣物質，以便將有源區(AA)隔離開，為便于說明，本 申請文件中將作為有源區的襯底部分稱為凸棱120。STI隔離溝槽的外形輪廓參數，包括溝槽深度h、線寬l和溝槽的寬度s。以 往為了獲得溝槽的外形輪廓參數通常通過橫界面(掃描電子顯微鏡)SEM、 透射電鏡(TEM)和聚焦離子束(FIB)等方法得到。但是，這些方法都具有 破壞性，需要對晶片進行切片，然后利用電子掃描顯微設備測量薄膜的厚度， 增加了生產成本。近來采用的原子力顯微鏡(AFM)測量方法，這種方法用 于檢測溝槽的外形輪廓參數時，雖然克服了SEM、 TEM等技術的破壞性的缺 陷，但AFM測量方法檢測速度緩慢，樣品分析周期長，制約了生產效率的提 高。發明內容本發明的目的在于提供一種溝槽輪廓參數檢測方法，能夠以高效和非破 壞性的方式測量溝槽^"廓參數。為解決上述問題，本發明提供了一種溝槽輪廓參數檢測方法，包括提供一半導體襯底；在所述襯底表面形成溝槽區；
利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽的輪廓參數。 所述溝槽區包括復數個凸棱和溝槽。 所述凸棱等間隔周期性排列。所述凸棱和溝槽的寬度和為間距，所述間距為100 800nm。所述凸棱和溝槽的寬度比為1: l至l: 10。所述輪廓參數包括溝槽深度、凸棱線寬和溝槽寬度。本發明還相應提供了一種用于形成如權利要求1所述溝槽區的掩膜版圖， 其特征在于所述掩膜版圖包括復數個條狀圖形，所述條狀圖形等間隔排列。所述條狀圖形的間距為100~800nm。所述條狀圖形的寬度與條狀圖形之 間的寬度的比為1: 1至1: 10。本發明提供的另一種溝槽輪廓參數檢測方法，包括提供一半導體襯底；在所述襯底表面形成復數個凸棱和溝槽；利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽深度、凸棱線寬和溝槽寬度。 所述凸棱等間隔周期性排列。所述凸棱和溝槽的寬度和為間距，所述間距為100 800nm。 所述凸棱和溝槽的寬度比為1: l至l: 10。 與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明的溝槽輪廓參數檢測方法利用掩膜圖形在所述村底表面形成溝槽 區；利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽的輪廓參數。本發明的方法利 用光學特征尺寸測量(Optical CD, OCD)技術，該技術利用溝槽柵格結,形 成的衍射光對溝槽的輪廓參數進行測量，能夠以非破壞性的方式得到溝槽的 輪廓參數，降低了生產成本，提高了測試效率。
通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及 其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同 的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。在附圖中， 為清楚明了，放大了層和區域的厚度。圖1為半導體襯底表面的溝槽結構剖面示意圖；圖2為4艮據本發明一個實施例的溝槽區示意圖3為才艮據本發明另一個實施例的溝槽區示意圖； 圖4為用于形成圖2中溝槽區的掩膜版圖示意圖； 圖5為用于形成圖3中溝槽區的掩膜版圖示意圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖 對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能 夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背 本發明內涵的情況下^f故類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施的限 制。STI溝槽隔離結構作為元器件之間的隔離技術應用于集成電路中。元器件 之間用刻蝕的溝槽隔開以便彼此絕緣。本發明的的STI溝槽氧化硅填充方法首 先在反應室內提供一襯底，利用掩膜、光刻和刻蝕等工藝在襯底上形成溝槽。 對0.13jum以下的半導體工藝的'淺溝槽隔離結構而言，此溝槽的深寬比一般大 于3;而對卯nm的半導體工藝的淺溝槽隔離結構而言，此溝槽的深寬比則會 達到4或更高，且寬度約為130-140nm。STI溝槽的作用是對晶片上的多層之間的元器件進行隔離絕緣并進行后 續的引線刻蝕或封裝工藝。因此需要在溝槽中填充絕緣物質，例如氧化硅。 在進行溝槽填充工藝時，通常利用HDP-CVD (高密度等離子化學氣相淀積) 工藝，該工藝中使用的反應氣體包括淀積積用的反應氣體SiRt及02，以及濺 射用的氣體H2。反應室內氦氣(He) /氬氣(H2)等氣體的含量影響濺射率， 02和SiH4的含量影響淀積率。為達到最佳填充狀態，使溝槽氧化硅層的填充 量達到最大，通常需要調整H2、 02和SiH4的含量。所需要的淀積用的反應氣體SiH4和02以及H2的含量比與溝槽氧化硅的填充效果有關。由于淀積和濺 射工藝是同時進行的，SfflU和02以及H2的含量要適當地調整，以便填充量 達到最佳。上述HDP-CVD工藝參數的選擇需要根據溝槽的形貌特征，因此 測量溝槽的外形特征是非常重要的。TEM斷面技術已用得比較普遍，器件制造者越來越多地避免用斷面SEM 技術，而是用斷面TEM來得到所需要的分辨率和精確度，但TEM是昂貴并
且耗費勞力的。在65納米以及更先進的技術中，通孔、隔離溝槽和接觸孔等 變得更加微細和復雜，需要對其形狀和尺寸進行二維和多方位的測量。結果 必須要關注在特征點附近的總體表現。這就要求高分辨率的斷面尺寸測試設 備。并且，由于測量要求在器件而不是測試結構上進行，這就要求測量技術 是非破壞性的。在更高的電壓和劑量下，SEM提供了更好的分辨率，但這也 破壞了它所測量的器件，特別是當在晶圓上測多個點時，這是我們所不愿看 到的。在65納米和45納米技術節點，為了支持性能上的需求和得到更高的封 裝密度，新材料和新結構的引入促進了這種轉變，比如優化柵極的鰭狀場效 應晶體管(finFET)器件。剖面的測量需求變得越來越復雜，傳統的測量技術不 再勝任。半導體制造新技術的出現要求工藝過程能夠達到更加嚴格的工藝控 制水平。這些新技術需要解決的問題包括深寬比越來越高的STI隔離溝槽的 外形輪廓的測量。光學CD測量(Optical CD, OCD)是一種相對較新的整合 測量形式，應用于生產過程中的先進工藝控制(APC)。該技術利用CD柵格 結構形成的衍射光對膜厚、CD大小以及剖面結構進行測量，而且這種測量技 術是非破壞性的，因而也具有較高的生產效率。本發明的溝槽輪廓參數檢測方法采用OCD的測量方法，能夠高效地、且 以非破壞性的方式，即無需對晶片進行切割，便可測量溝槽的外形輪廓參數。圖2至圖3為4艮據本發明實施例的溝槽區示意圖。首先如圖2所示，為了能 夠利用OCD法測量溝槽的外形輪廓參數，根據OCD的測量原理的需要，本 發明的溝槽輪廓參數檢測方法首先提供一半導體襯底，然后在所述襯底表面 形成溝槽區200;溝槽區200包括復數個凸棱210，凸棱210之間的區域即構 成溝槽220。而且所述凸棱210等間隔周期性排列。溝槽的輪廓參數包括溝槽 220的深度(凸棱210的高度)h、溝槽220的寬度s和凸棱210的寬度l。凸 棱210的寬度1、溝槽220的寬度s的和稱為間距p。凸棱210和溝槽220的 寬度比l/s為1: 1至1: 5。根據本發明的實施例，間距p的值為100~800nm,優選為180nm、 410nm、 560nm和770nm。圖2所示的溝槽區200的間距p優選為180nm。然后，利用光學特征尺寸測量，即OCD法測量溝槽區200的凸棱210和 溝槽220的輪廓參數。根據本發明的實施例，溝槽區200形成于晶片表面特
定的測試區域。而且形成溝槽220的工藝條件和工藝參數與形成于半導體器 件中的STI隔離溝槽的工藝條件和參數相同。因此凸棱210和溝槽220的外 形輪廓參數與半導體器件中的STI隔離溝槽的輪廓參數相同。測得溝槽區200 的凸棱210和溝槽220的輪廓參數便可確定器件中的STI隔離溝槽的輪廓參 數。
圖3為根據本發明另一個實施例的溝槽區示意圖。如圖3所示，本發明 的溝槽輪廓參數檢測方法在半導體襯底表面形成溝槽區300。溝槽區300包括 復數個凸棱310,凸棱310之間的區域構成溝槽320。而且所述凸棱310等間 隔周期性排列。溝槽的輪廓參數包括溝槽320的深度(凸棱310的高度)h、 溝槽320的寬度s和凸棱310的寬度1。凸棱310和溝槽320的寬度比1/s為1: 5至1: 10。然后，利用OCD法測量溝槽區300的凸棱310和溝槽320的輪 廓參數。根據本發明的實施例，溝槽區300形成于晶片表面特定的測試區域。
隔離溝槽的工藝條件和參數相同。因此凸棱310和溝槽320的外形輪廓參數 與半導體器件中的STI隔離溝槽的輪廓參數相同。測得溝槽區200的凸棱210 和溝槽220的輪廓參數便可確定器件中的STI隔離溝槽的輪廓參數。根據本 發明的實施例，圖3所示的溝槽區200的間距p優選為410nm。
在本發明的其它實施例中，溝槽區的間距p為810nm。
圖4為用于形成圖2中溝槽區的掩膜版圖示意圖。如圖4所示，本發明 的用于形成溝槽區200的掩膜版圖400的長x寬(L x W )大于20 x 20um， 包括復數個條狀圖形410,所述條狀圖形410等間隔排列。條狀圖形410的寬 度為1，條狀圖形410之間的寬度為s,條狀圖形410的寬度l與間隔s的和稱 為間距p，間距p的值為100~800nm。條狀圖形410的寬度1與條狀圖形410 之間的寬度s的比l/s為1: l至l: 10。
根據本發明的實施例，間距p的值為100 ~ 810nm，優選為180nm、410nm、 560nm和770nm。圖4所示的間距p優選為180nm。
圖5為用于形成圖3中溝槽區的掩膜版圖示意圖。如圖5所示，本發明 的用于形成溝槽區300的掩膜版圖500的長x寬(LxW)大于20 x 20um, 包括復數個條狀圖形510，所述條狀圖形510等間隔排列。條狀圖形510的寬 度為l，條狀圖形510之間的寬度為s，條狀圖形510的寬度l與間隔s的和稱
為間距p,間距p的值為100 800nrn。條狀圖形510的寬度1與條狀圖形510 之間的寬度s的比l/s為1: l至k 10。根據本發明的實施例，圖5所示的間 距p優選為410nm。在本發明的其它實施例中，間距p為710nm。本發明的溝槽輪廓參數檢測方法利用掩膜版圖在襯底表面形成溝槽區； 利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽的輪廓參數。光學特征尺寸測量 (Optical CD， OCD )技術利用溝槽柵格結構形成的衍射光對溝槽的寬度和深 度進行測量，能夠以非破壞性的方式得到溝槽的輪廓參數，降低了制造成本， 提高了生產效率。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上 的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。 任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利 用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修 飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的 內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化 及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1. 一種溝槽輪廓參數檢測方法，包括提供一半導體襯底；在所述襯底表面形成溝槽區；利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽的輪廓參數。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述溝槽區包括復數個凸棱 和溝槽。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于所述凸棱等間隔周期性排列。
4、 如權利要求3所述的方法，其特征在于所述凸棱和溝槽的寬度和為 間距，所述間距為100 800nm。
5、 如權利要求4所述的方法，其特征在于所述凸棱和溝槽的寬度比為 1: l至l: 10。
6、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述輪廓參數包括溝槽深度、 凸棱線寬和溝槽寬度。
7、 一種用于形成如權利要求1所述溝槽區的掩膜版圖，其特征在于所 述掩膜版圖包括復數個條狀圖形，所述條狀圖形等間隔排列。
8、 如權利要求7所述的掩膜版圖，其特征在于所述條狀圖形的間距為 100 800nm。
9、 如權利要求8所述的掩膜版圖，其特征在于所述條狀圖形的寬度與 條狀圖形之間的寬度的比為1: l至l: 10。
10、 一種溝槽輪廓參數檢測方法，包括 提供一半導體襯底；在所述襯底表面形成復數個凸棱和溝槽；利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽深度、凸棱線寬和溝槽寬度。
11、 如權利要求IO所述的方法，其特征在于所述凸棱等間隔周期性排列。
12、 如權利要求IO所述的方法，其特征在于所述凸棱和溝槽的寬度和 為間距，所述間距為100 800nrn。
13、 如權利要求12所述的方法，其特征在于所述凸棱和溝槽的寬度比 為1: 1至1: 10。
全文摘要
本發明提供了一種溝槽輪廓參數檢測方法，包括提供一半導體襯底；在所述襯底表面形成溝槽區；利用光學特征尺寸測量方法測量所述溝槽的輪廓參數。本發明的溝槽輪廓參數檢測方法能夠以高效和非破壞性的方式測量溝槽輪廓參數。
文檔編號H01L21/66GK101211803SQ20061014787
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月25日 優先權日2006年12月25日
發明者張海洋, 杜珊珊, 陳海華, 怡 黃 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司