本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法。
背景技术：
随着半导体器件尺寸的减小，浅沟槽隔离的关键尺寸对器件的电性影响和最终的良率越来越敏感。在65nm及以下的半导体器件工艺技术中，为提高电路性能，获得更高的半导体器件密度，使用和发展了浅沟槽隔离技术，沟槽的关键尺寸对器件电性和良率有着极其重要的影响。随着半导体器件关键尺寸的减小，浅槽隔离的形貌对器件的电性影响越来越敏感，甚至可能会产生超规格的突变，如图1所示，其展示了三种不同形貌的浅沟槽对器件的晶圆允收测试(waferacceptancetest，wat)性能参数，wat是在工艺流程结束后对芯片做的电性测量，用来检验各段工艺流程是否符合标准。其中横坐标表示晶片id序号，纵坐标表示各晶片的性能参数。由此可知，不同形貌的浅沟槽对wat会有明显差异，故浅沟槽的形貌对产品的良率或最终的稳定性也有巨大影响：当浅沟槽形貌在某极限区间变化时，会导致良率的急剧下降甚至到零，导致产品报废，如图2所示，其展示了浅沟槽形貌在晶圆的圆周边沿特别是右边沿的极限区间变化，导致产品良率急剧下降的变化关系，其左侧晶圆为浅沟槽形貌在极限区间变化图，右侧晶圆为检测左侧晶圆良率的图形。
在半导体制造工艺中，浅沟槽隔离工艺技术日趋成熟的同时存在着以下的一些问题：1、产品开发初期，通常在一个固定光罩下进行菜单开发，即该菜单仅适用于该光罩对应的透光率相应区间；2、量产阶段，会产生多个产品，多个透光率的情况，套用同一刻蚀菜单，存在形貌变异的情况。该变异通常通过切片检测到，而扫描电子显微镜(英文缩写为cdsem)，膜厚等常规量测手段无法检测。而且切片检测存在周期长，精确度低等缺点，无法及时有效发现问题。以往扫描电子显微镜是应用电子束在样品表面扫描激发二次电子成像的电子显微镜，存在只能量测线宽，无法测量浅沟槽形貌的弊端，如图3所示，因而无法准确反馈浅沟槽形貌的实际信息。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供了一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，能够克服切片监控刻蚀后沟槽形貌的精确度低，周期长的缺点，并且能够克服扫描电子显微镜只能量测线宽，无法测量浅沟槽形貌的弊端，无法准确反馈浅沟槽形貌的实际信息的缺陷，能够提高浅槽隔离开发效率和产品良率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的立体形貌参数，从而根据浅沟槽刻蚀的立体形貌参数定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数，从而根据浅沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数，从而根据浅沟槽刻蚀的包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪精确量测同一刻蚀条件下，不同透光率条件下浅沟槽的立体腰部形貌，通过建立立体腰部形貌参数与透光率之间的关系模型，来定义适合刻蚀菜单的透光率区间。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，包括以下步骤：
首先，对不同晶圆进行不同透光率光罩进行曝光；
其次，对该不同透光率下的晶圆使用同一菜单刻蚀；
再次，对该不同透光率下的晶圆，利用光学线宽测量仪，量测浅沟槽的立体腰部形貌参数；
最后，建立不同透光率和立体腰部形貌参数之间的关系模型，根据该关系模型定义适合该刻蚀菜单的不同透光率区间。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，包括采用沟槽代替浅沟槽的步骤，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数，从而根据沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制沟槽隔离的整体形貌和性能。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，包括采用深沟槽代替浅沟槽的步骤，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下深沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数，从而根据深沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制深沟槽隔离的整体形貌和性能。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，浅沟槽是指半导体制造工艺的浅沟槽隔离工艺。
进一步的，本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的立体形貌参数包括：沟槽顶部关键线宽、沟槽腰部凹陷、沟槽深度、沟槽角度、氮化硅硬掩膜膜厚；其中沟槽腰部凹陷为沟槽腰部形貌参数。
与现有技术相比，本发明通过利用光学线宽测量仪检测量化同一刻蚀菜单，不同透光率下浅沟槽刻蚀的立体形貌参数，特别是立体腰部形貌参数，从而定义适合该菜单的透光率区间，精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能，解决以往只能根据切片监控刻蚀后形貌的精确度低，周期长的缺点，克服扫描电子显微镜只能量测线宽，无法测量浅沟槽形貌的弊端，无法准确反馈浅沟槽形貌的实际信息的缺陷，大大提高浅槽隔离开发效率和产品良率的方法。
附图说明
图1是半导体工艺中浅沟槽不同形貌对应半导体器件的阻值图；
图2是半导体工艺中浅沟槽的不同的形貌对应半导体器件的良率图；
图3是扫描电子显微镜测量浅沟槽线宽的影像示意图；
图4-5是光学线宽测量仪的工作原理图；
图6是光学线宽测量仪测量浅沟槽的形貌参数的剖面结构示意图；
图7是浅沟槽形貌与透光率的关系图；
图8是浅沟槽形貌与透光率切片的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
本发明的核心是：提供一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的立体形貌参数，从而根据浅沟槽刻蚀的立体形貌参数定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。
实施例一
本实施例一提供一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数，从而根据浅沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。
在本实施例一中，利用光学线宽测量仪精确量测同一刻蚀条件下，不同透光率条件下浅沟槽的立体腰部形貌，通过建立立体腰部形貌参数与透光率之间的关系模型，来定义适合刻蚀菜单的透光率区间。具体包括以下步骤：
首先，对不同晶圆进行不同透光率光罩进行曝光；
其次，对该不同透光率下的晶圆使用同一菜单刻蚀；
再次，对该不同透光率下的晶圆，利用光学线宽测量仪，量测浅沟槽的腰部形貌参数；
最后，建立不同透光率和腰部形貌参数之间的关系模型，根据该关系模型定义适合该刻蚀菜单的不同透光率区间。
实施例二
本实施例二提供一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下浅沟槽刻蚀的包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数，从而根据浅沟槽刻蚀的包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。
图6是光学线宽测量仪测量浅沟槽的形貌参数的剖面结构示意图。请参考图6，本实施例二中立体形貌参数包括沟槽顶部关键线宽，用cdt表示；沟槽腰部凹陷，用dentsi表示；沟槽深度，用hetch表示；沟槽角度，用abot表示；氮化硅硬掩膜膜厚，用hsin表示；其中沟槽腰部凹陷dentsi为立体腰部形貌参数。其中，沟槽腰部凹陷dentsi也称为沟槽腰部的关键线宽。
本实施例二中两种以上立体形貌参数，包括两种和两种以上。即可以是立体腰部形貌参数即沟槽腰部凹陷dentsi和沟槽顶部关键线宽cdt、沟槽深度hetch、沟槽角度abot、氮化硅硬掩膜膜厚hsin中任意一种或几种的组合。最多可以为本实施例二中提供的五种立体形貌参数的全部。
实施例三
本实施例三提供一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，包括采用沟槽代替浅沟槽的步骤，即利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数，从而根据沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制沟槽隔离的整体形貌和性能。
实施例四
本实施例四提供一种精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，包括采用深沟槽代替浅沟槽的步骤，利用光学线宽测量仪检测量化不同透光率下深沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数，从而根据深沟槽刻蚀的立体腰部形貌参数或者包括立体腰部形貌参数在内的两种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制深沟槽隔离的整体形貌和性能。
本实施方式，可以用上述任意一种立体形貌参数或者一种以上立体形貌参数的组合来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。实施例一至四中仅列举了采用包括立体腰部形貌参数在内的一种以上立体形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能。上述具体实施例一至四的具体方案不得到作为本发明的限制。
上述实施例一至四中，光学线宽测量仪的工作原理如下，图4-5是光学线宽测量仪的工作原理图。请参考图4、图5，图4为固定(solid)角度条件下例如垂直角度下入射光束inputbeam和出射光束outputbeam的测量示意图，图5是不同角度条件下，光学镜片optics发出多组阵列(array)在不同角度例如mode1-3三种角度的入射光束inputbeam，通过样品表面反射回来的出射光束outputbeam。请参考图4、图5，光学线宽测量仪，是通过分析吸收得到的从样品表面反射回来的光谱曲线所含的信息，以达到测量的目的。由于光学的特殊性质，其不仅可以测量样品的线宽，对测量膜厚和形貌等有十分强大的功能。本发明采用了光学线宽测量仪得到浅沟槽的立体形貌参数包括沟槽顶部关键线宽、沟槽腰部凹陷、沟槽深度、沟槽角度、氮化硅硬掩膜膜厚等参数，克服了本领域技术人员采用切片的方式以及扫描电子显微镜仅能测量浅沟槽2维参数的技术偏见，从而使本发明获得了意想不到的同时获得沟槽顶部关键线宽、沟槽腰部凹陷、沟槽深度、沟槽角度、氮化硅硬掩膜膜厚等特别是很容易获得浅沟槽的立体腰部形貌参数，以根据浅沟槽刻蚀的立体形貌参数特别是立体腰部形貌参数来定义适合刻蚀菜单的透光率区间，以精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的技术效果。也就是说，本发明提供了一种全新的方法。
图7是浅沟槽形貌与透光率的关系图。请参考图7，以正方形图块构成的曲线为参考对象，区间二为该初始菜单适用的透光率区间，而区间1形貌有明显的bowling(dent偏差大于5％)，而区间3形貌有明显的taper(dent偏差小于-5％)；其中dent偏差指实际dent值与沟槽顶部和底部线宽均值差值的百分比值。由此可知，通过本发明的方法，通过建立不同透光率和腰部形貌参数之间的关系模型，根据该关系模型能够定义适合该刻蚀菜单的不同透光率区间，排除非该透光率区间的产品，从而精确控制浅沟槽整的体形貌特别是腰部形貌，精确控制并稳定在线产品的整体形貌和性能，大大提高浅槽隔离的开发效率和产品良率，进而提高了半导体器件的性能，尤其是提高了半导体器件的电学性能例如稳定性、电流大小、电压范围、温度等。
请参考图8，图8示出了相同刻蚀菜单，不同透光率的浅沟槽的形貌，区间1-3分别表示三种透光率的浅沟槽的形貌。
本发明通过量测量产晶圆的浅沟槽的立体腰部形貌(dent凹坑)参数，定义同一刻蚀菜单下适用的透光率范围，及时判断新产品通线条件。即本发明参数测量浅沟槽、深沟槽、沟槽的三维立体形貌参数，克服了扫描电子显微镜只能测量二维形貌参数的缺陷，提高的测量精度和形貌的准确性，从而提高了质量。
本发明提供的精确控制浅沟槽隔离的整体形貌和性能的方法，浅沟槽、深沟槽、沟槽是指半导体制造工艺的浅沟槽、深沟槽、沟槽隔离工艺。
本发明不限于上述具体实施方式，凡在本发明的精神和范围内所作出的变化，均在本发明的保护范围之内。