一种测试有源区顶部圆滑度的方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种测试有源区顶部圆滑度的方法。

背景技术：

随着超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的飞速发展，MOS器件的尺寸不断地减小。在器件尺寸等比例缩小的同时，工作电压却没有相应地等比减小，从而使得工作区中的电场强度增大；另一方面，因浅沟槽刻蚀中存在缺陷、顶部形貌不圆滑或侧壁连接不顺畅等原因，出现局部电场集中，容易产生内部放电而形成许多导电通道。特别是在浅沟槽顶部不圆滑的情况下，生长于尖端的ISSG(原位蒸气产生)氧化层厚度会变薄，局部压力骤增，工作区内电子更容易迁移，从而形成漏电流。

浅沟槽隔离结构的边缘(也就是有源区的顶部)漏电主要是由于尖锐的沟槽顶角是栅极电场变得集中，导致边缘处阈值电压降低，而产生一个低阈值通路。特别是尖角区域，电荷分布密度增加，产生的电场强度最大，较小的栅极电压就会引起反型。而更圆滑的有源区顶角能让电子分布区域均匀，电场强度也均匀分布，从而有效降低漏电，使器件更加趋于理想化，即只有在达到阈值电压的时候才能开启。对于有源区顶部圆滑度(曲率半径)与尖端放电的情况，沟槽顶部曲率半径越大，局部压力越小，漏电越小。

对于上述漏电原因已经有很深入的研究，但是在大规模量产过程中如何实时测试有源区顶部圆滑度还没有一个准确可行的方法，有从刻蚀腔体的刻蚀速率和腔体上电极温度等方面来模拟有源区顶部曲率半径，但这都无法做到实时在线检测功能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种利用光学线宽测量仪(Optical Critical Dimension，简称OCD)在线测试有源区顶部倾斜长度来表征顶部曲率半径的方法，该方法可以有效地实时检测有源区顶部曲率半径数据，及时发现问题，从而避免因为刻蚀腔体环境的漂移造成有源区顶部曲率半径发生漂移而无法检测到，这严重影响器件电路的电学特性和可靠性。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种测试有源区顶部圆滑度的方法，包括：

第一步骤：测量浅沟槽隔离刻蚀完成后的有源区上部残留硬质掩模层的顶部线宽Top_CD、硬质掩模层的残留厚度THK_SiN以及硬质掩模层的倾斜角度α，并计算出硬质掩模层底部线宽Mid_CD大小；

第二步骤：测量浅沟槽隔离刻蚀完成后的有源区底部线宽Bot_CD、浅沟槽深度His以及有源区的倾斜角度β，并计算出有源区顶部延伸长度a：

$a=\frac{({\mathrm{Bot}}_{CD}-{\mathrm{Mid}}_{CD})}{2}-\frac{H_{Si}}{\tan \mathrm{\β}};$

第三步骤：利用光学线宽测量仪测量并计算出有源区顶部延伸长度表征有源区顶部圆滑度；

第四步骤：根据有源区顶部延伸长度定量调节后续浅沟槽刻蚀工艺参数。

优选地，在调节后续浅沟槽刻蚀工艺参数后，将晶圆传入刻蚀腔体进行浅沟槽刻蚀工艺。

优选地，硬质掩模层底部线宽Mid_CD的计算公式为：

${\mathrm{Mid}}_{CD}=\frac{{\mathrm{THK}}_{SiN}}{\tan \mathrm{\α}}\×2+{\mathrm{Top}}_{CD}.$

优选地，有源区顶部延伸长度a的计算公式为：

$a=\frac{({\mathrm{Bot}}_{CD}-{\mathrm{Mid}}_{CD})}{2}-\frac{H_{Si}}{\tan \mathrm{\β}}.$

优选地，在第四步骤将有源区顶部延伸长度作为有源区顶部圆滑度表征参数。

优选地，所述测试有源区顶部圆滑度的方法用于制造超大规模集成电路。

优选地，所述测试有源区顶部圆滑度的方法用于制造特大规模集成电路。

优选地，第一步骤使用光学线宽测量仪测量浅沟槽隔离刻蚀完成后的有源区上部残留硬质掩模层的顶部线宽Top_CD、硬质掩模层的残留厚度THK_SiN以及硬质掩模层的倾斜角度α，并计算出硬质掩模层底部线宽Mid_CD大小。

优选地，第二步骤使用光学线宽测量仪测量浅沟槽隔离刻蚀完成后的有源区底部线宽Bot_CD、浅沟槽深度His以及有源区的倾斜角度β。

本发明通过光学线宽测量仪量测浅沟槽刻蚀后的结构参数(包括但不限于有源区上部残留硬质掩模层的顶部线宽、硬质掩模层的残留厚度以及硬质掩模层的倾斜角度)，并计算出硬质掩模层底部线宽大小；通过光学线宽测量仪量测有源区底部线宽、浅沟槽深度、以及有源区的倾斜角度，并计算出有源区顶部圆滑度直线长度；将光学线宽测量仪测试的有源区顶部圆滑度直线长度作为在线检测数据，检测有源区顶部圆滑度，从而做到及时反馈有源区顶部圆滑度数据，防止因刻蚀腔体漂移造成浅沟槽结构顶部圆滑度不稳定，造成器件漏电流增大而出现产品异常。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的测试有源区顶部圆滑度的方法的流程图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的测试有源区顶部圆滑度的方法的流程图。

如图1所示，根据本发明优选实施例的测试有源区顶部圆滑度的方法包括：

第一步骤S1：使用光学线宽测量仪测量浅沟槽隔离刻蚀完成后的有源区上部残留硬质掩模层的顶部线宽Top_CD、硬质掩模层的残留厚度THK_SiN以及硬质掩模层的倾斜角度α，并计算出硬质掩模层底部线宽Mid_CD大小：

${\mathrm{Mid}}_{CD}=\frac{{\mathrm{THK}}_{SiN}}{\tan \mathrm{\α}}\×2+{\mathrm{Top}}_{CD};$

第二步骤S2：使用光学线宽测量仪测量浅沟槽隔离刻蚀完成后的有源区底部线宽Bot_CD、浅沟槽深度His以及有源区的倾斜角度β，并计算出有源区顶部延伸长度a：

$a=\frac{({\mathrm{Bot}}_{CD}-{\mathrm{Mid}}_{CD})}{2}-\frac{H_{Si}}{\tan \mathrm{\β}};$

第三步骤S3：利用光学线宽测量仪测量并计算出有源区顶部延伸长度表征有源区顶部圆滑度；

第四步骤S4：根据有源区顶部延伸长度a(有源区顶部圆滑度表征参数)定量调节后续浅沟槽刻蚀工艺参数，达到维持有源区顶部圆滑度稳的目的。

此后，在调节后续浅沟槽刻蚀工艺参数后，将晶圆传入刻蚀腔体进行浅沟槽刻蚀工艺。

根据本发明优选实施例的测试有源区顶部圆滑度的方法可有效地用于制造超大规模集成电路和特大规模集成电路。

由此，在本发明中，通过光学线宽测量仪量测浅沟槽刻蚀后的结构参数，经过相关参数计算出有源区结构顶部圆滑度表征参数，并作为在线检测数据，可实时监测刻蚀工艺和刻蚀腔体环境的稳定性，同时还可以根据有源区顶部圆滑度表征数定量调节浅沟槽刻蚀工艺参数来调控有源区顶部圆滑度，防止因刻蚀腔体漂移造成浅沟槽结构顶部圆滑度不稳定，导致器件漏电流增大而出现产品异常。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。