台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法与流程

本发明属于半导体器件测试技术领域，更具体地说，是涉及一种台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法。

背景技术：

在集成电路与mems工艺制造领域，存在大量的几何量工艺参数，其中台阶参数直接影响到整个半导体器件的性能。因此，确保台阶结构的测量精度，对缩减半导体器件的特征参数有着重要的作用。目前，测量台阶的主要方法为接触式测量和非接触式测量。接触式测量精度高，而测量范围小，容易造成台阶表面划痕。在半导体工艺线上，台阶仪作为接触式测量方法的主要仪器，广泛地应用于台阶的测量。

为了保证台阶测量类仪器的准确性，国内外计量机构采用台阶高度标准样块来校准仪器。通常采用半导体刻蚀工艺来研制台阶高度标准样块。通过扫描图像可知，台阶样块呈现出梯形结构，在样块的研制过程中，由于刻蚀工艺的局限性，虽然能够准确控制台阶的高度尺寸，却不能保证台阶侧面完全垂直刻蚀下去，进而影响样块的定标准确度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法，能够解决现有技术中存在的台阶样块刻蚀准确度差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法，包括：

计算台阶样块的高度d；

计算台阶样块的外尺寸a和内尺寸b；

计算台阶样块的侧面倾斜角θ；

设定参数ε评价刻蚀工艺水平，所述参数与台阶侧面倾斜角的关系如公式(1)；

ε＝sinθ(1)。

进一步地，所述计算台阶的高度通过：

扫描出台阶轮廓，将台阶样块划分为a、b和c三个区域，作为测量计算区域，采用各测量计算区域宽度的1/3进行测量，计算结果通过三个测量计算区域的全区域等权的代数和平均值的方法获得，计算公式如(2)所示：

式中：

d——台阶高度，单位：nm；

ai——区域a中z轴位移测量值，单位：nm；

bi——区域b中z轴位移测量值，单位：nm；

ci——区域c中z轴位移测量值，单位：nm；

m——区域b测量点数；

n——区域a、c测量点数；

w——台阶的宽度。

进一步地，所述计算台阶样块的外尺寸a和内尺寸b包括：

采集台阶样块图像，将台阶样块图像分为l、m、n、d、e五个区域，通过边缘检测，获取各区域边界的整像素位置；

寻找边界整像素位置的起止点；

利用轴向邻域和差算法，获取亚像素位置，进而获取边界的精准位置；

完成边界位置的检测，计算台阶样块的外尺寸a和内尺寸b。

进一步地，所述台阶样块的侧面倾斜角θ通过计算得到，计算公式如(3)所示

式中：

θ——台阶样块侧面倾斜角，单位：rad；

d——台阶样块的高度，单位：nm；

a——台阶样块的外尺寸，单位：nm；

b——台阶样块的内尺寸，单位：nm。

进一步地，所述台阶样块图像使用sem采集获得。

进一步地，所述台阶样块的高度通过台阶仪探针扫描获得。

本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法的有益效果在于：通过计算台阶样块侧面倾斜角，进而评价刻蚀工艺水平的方法。首先，计算台阶样块的高度；其次，计算出台阶样块的内外尺寸；然后，通过台阶样块的高度和内外尺寸计算出台阶样块的侧面倾斜角，最后，设置一个与侧面倾斜角有关的参数，评价刻蚀工艺的水平。该工艺参数不仅直观简单，容易获取，而且能够准确、客观地反映样块侧面的垂直性以及刻蚀工艺水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的台阶样块的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的台阶样块的平面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的计算台阶样块高度的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的采集的台阶样块图像；

图5为本发明实施例提供的轴向邻域和差算法原理图；

图6为本发明实施例提供的轴向邻域和差算法流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法进行说明。所述台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法，包括计算台阶样块的高度d；

计算台阶样块的外尺寸a和内尺寸b；

计算台阶样块的侧面倾斜角θ；

设定参数ε评价刻蚀工艺水平，所述参数与台阶侧面倾斜角的关系如公式(1)；

ε＝sinθ(1)。

本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法，首先，计算台阶样块的高度；其次，计算出台阶样块的内外尺寸；然后，通过台阶样块的高度和内外尺寸计算出台阶样块的侧面倾斜角，最后，设置一个与侧面倾斜角有关的参数，评价刻蚀工艺的水平。

根据公式(1)，当参数ε趋向于1时，说明台阶样块的侧面倾斜角接近90°，说明刻蚀效果较好。反之，参数ε越小说明刻蚀效果越差。该工艺参数不仅直观简单，容易获取，而且能够准确、客观地反映样块侧面的垂直性以及刻蚀工艺水平。

请参阅图3，作为本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法的一种具体实施方式，所述计算台阶的高度通过：

扫描出台阶轮廓，将台阶样块划分为a、b和c三个区域，作为测量计算区域，采用各测量计算区域宽度的1/3进行测量，计算结果通过三个测量计算区域的全区域等权的代数和平均值的方法获得，计算公式如(2)所示：

式中：

d——台阶高度，单位：nm；

ai——区域a中z轴位移测量值，单位：nm；

bi——区域b中z轴位移测量值，单位：nm；

ci——区域c中z轴位移测量值，单位：nm；

m——区域b测量点数；

n——区域a、c测量点数；

w——台阶的宽度。

请参阅图2、图4及图6，作为本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法的一种具体实施方式，所述计算台阶样块的外尺寸a和内尺寸b包括：

采集台阶样块图像，将台阶样块图像分为l、m、n、d、e五个区域，通过边缘检测，获取各区域边界的整像素位置；

寻找边界整像素位置的起止点；

利用轴向邻域和差算法，获取亚像素位置，进而获取边界的精准位置；

完成边界位置的检测，计算台阶样块的外尺寸a和内尺寸b。

本发明中，a代表台阶样块的外尺寸，即梯形结构底边的宽度，b代表台阶样块的内尺寸，即梯形结构顶边的宽度。由于台阶样块尺寸处于微纳量级，因此使用sem采集台阶样块图像。如图4所示，台阶样块图像分为l、m、n、d、e五个区域，其中，区域l和m、e和d的边缘阈值变化较大，容易检测边缘位置。相比之下，区域m和n、n和d的边缘阈值变化较小，不宜检测到边缘位置。为了提高边缘检测精度，采用轴向邻域和差法来检测台阶样块的边缘位置。

如图5所示，以区域l和m的边界为例，设区域l的灰度值为g1，区域m的灰度值为g2，边界位置的整像素点坐标为(i'e,j'e)，而实际的边缘点在像素点坐标(i'e,j'e)左边u的位置，且|u|<1即小于一个像素的大小。其中，p阶轴向邻域和差，如公式(2)所示。

通过公式(2)，求出边缘点的前三阶轴向邻域和差，进而计算u、g1、g2的值，得到亚像素边缘位置。

作为本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法的一种具体实施方式，所述台阶样块的侧面倾斜角θ通过计算得到，计算公式如(3)所示

式中：

θ——台阶样块侧面倾斜角，单位：rad；

d——台阶样块的高度，单位：nm；

a——台阶样块的外尺寸，单位：nm；

b——台阶样块的内尺寸，单位：nm。

作为本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法的一种具体实施方式，所述台阶样块图像使用扫描电子显微镜sem采集获得。

作为本发明提供的台阶样块的刻蚀工艺参数评价方法的一种具体实施方式，所述台阶样块的高度通过台阶仪探针扫描获得。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。