技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
半导体集成
电路制造方法，特别是涉及一种有源区顶部圆滑度的模拟检测方法。
背景技术
[0002] 随着超大规模集成电路飞速发展，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缩小，从而使工作区中的
电场强度增大；另一方面，因浅沟槽
刻蚀中存在
缺陷、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，生长于尖端的原位
水汽生成(ISSG)
氧化层厚度会变薄，局部压
力骤增，工作区
电子更容易迁移，从而形成漏
电流，严重影响器件电路的电学特性和可靠性。
[0003]
浅沟槽隔离(STI)结构的边缘漏电主要是由于尖锐的浅沟槽顶
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STI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。
[0004] STI的浅沟槽顶部的
曲率半径与尖端放电的模型能通过
软件模拟，如图1A所示，是STI的浅沟槽的顶部
曲率半径与局部压力关系软件模拟图一；如图1B所示，是STI的浅沟槽的顶部曲率半径与局部压力关系软件模拟图一；图1A中的STI的浅沟槽顶部的曲率半径为40纳米，而图1B中的STI的浅沟槽顶部的曲率半径为4纳米；可以看出图1A的STI的浅沟槽顶部对应的局部压力为6.0E8Pa，而图1B的STI的浅沟槽顶部对应的局部压力为8.6E8Pa；所以，STI的浅沟槽顶部的曲率半径越大，局部压力越小，漏电越小。
[0005] 因为，有源区(Active Area，AA)是通过STI隔离出来的结构，故STI的浅沟槽顶部也即为有源区的顶部，因此，为将AA顶部尖端漏电降低，AA顶部会逐渐朝着曲率半径大方向发展，但是在大规模量产过程中如何实时测试AA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AA顶部曲率半径，但这都无法做到实时在线检测功能。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种有源区顶部圆滑度的模拟检测方法，能实现对有源区顶部圆滑度的实时检测，并能在有源区顶部圆滑度发生偏离时进行工艺调控。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供的有源区顶部圆滑度的模拟检测方法包括如下步骤：
[0008] 步骤一、产品晶片的有源区由浅沟槽场氧隔离，在浅沟槽场氧的浅沟槽的主刻蚀工艺完成后，还包括一个对所述有源区的顶部进行圆滑的圆滑修饰步骤，提取所述圆滑修饰步骤的参数。
[0009] 步骤二、提供一测试晶片，采用所述产品晶片的浅沟槽的相同的
光刻工艺在所述测试晶片上定义出区域大小相同的浅沟槽形成区域。
[0010] 步骤三、采用步骤一提取的所述圆滑修饰步骤作为所述测试晶片中的浅沟槽的刻蚀工艺并形成所述测试晶片中的浅沟槽，用所述测试晶片的浅沟槽模拟所述产品晶片的有源区的顶部圆滑区。
[0011] 步骤四、测量所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度，通过该角度检测所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度。
[0012] 进一步的改进是，步骤四中通过光学线宽测量仪(Optical Critical Dimension，OCD)测试所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度。
[0013] 进一步的改进是，所述测试晶片和所述产品晶片的浅沟槽的刻蚀工艺层次具有相同的图形透光率和图形分布。
[0014] 进一步的改进是，所述产品晶片的浅沟槽是通过对单晶
硅刻蚀形成的；在所述测试晶片上提供一
多晶硅层，并用该多晶硅层模拟所述产品晶片的形成浅沟槽的
单晶硅，所述测试晶片上的浅沟槽形成于所述多晶硅层中。
[0015] 进一步的改进是，在步骤三的所述测试晶片的浅沟槽的刻蚀步骤中，在所述测试晶片的多晶硅层表面的工艺
薄膜结构和所述产品晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构相同。
[0016] 进一步的改进是，所述产品晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构包括
衬垫氧化层、氮化层和底部抗反射层(BARC)。
[0017] 进一步的改进是，所述测试晶片为一单晶硅晶片，在所述测试晶片的单晶硅晶片表面形成有第一氧化层，所述多晶硅层形成于所述第一氧化层表面。
[0018] 进一步的改进是，所述测试晶片的多晶硅层表面的工艺薄膜结构包括衬垫氧化层、氮化层和BARC。
[0019] 进一步的改进是，步骤四之后还包括：
[0020] 步骤五、根据所述角度检测结果对所述圆滑修饰步骤的参数进行调节，实现对所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的优化。
[0021] 进一步的改进是，步骤五包括如下分步骤：
[0022] 步骤51、制作出所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度和所述圆滑修饰步骤的参数的第一关系曲线。
[0023] 步骤52、制作出所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度和所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的第二关系曲线。
[0024] 步骤53、当步骤四中对所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的测量结果偏离目标值范围时，根据所述第二关系曲线得到所要求的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度，根据所述第一关系曲线确定所要求的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度对应的所述圆滑修饰步骤的参数，并根据确定的所述圆滑修饰步骤的参数对所述圆滑修饰步骤进行调节。
[0025] 进一步的改进是，步骤51中通过调节不同的所述圆滑修饰步骤的参数并测量对应的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度得到所述第一关系曲线。
[0026] 进一步的改进是，所述第一关系曲线包括3个区间，区间一为修饰不足区域，区间二为线性修饰区域，区间三为过度修饰区域。
[0027] 进一步的改进是，步骤52的所述第二关系曲线通过测量不同的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度对应的所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度得到。
[0028] 进一步的改进是，步骤五中对所述圆滑修饰步骤的参数进行调节对应的参数包括所述圆滑修饰步骤的刻蚀气体流量。
[0029] 本发明通过提供一测试晶片，并在测试晶片上进行和产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数相同的刻蚀形成测试晶片上的浅沟槽；和产品晶片上的浅沟槽顶部的区域无法进行测试相比，形成于测试晶片上的浅沟槽很容易进行角度的测试，而由于测试晶片上的浅沟槽刻蚀的工艺参数和产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数相同，故测试晶片上的浅沟槽的角度就能反应产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数的实际情况，也从而能反应出实际生产中采用产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数所得到的有源区顶部圆滑度，所以，本发明能实现对有源区顶部圆滑度的实时检测。
[0030] 由于有源区顶部圆滑度是和产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数相关，但是实际上，刻蚀腔体的环境会有一定的漂移，环境的漂移会使得在工艺参数设定相同的条件下也有可能使得实际的圆滑修饰步骤的工艺参数会产生漂移，从而使有源区顶部圆滑度出现偏离；而本发明的测试晶片对应的浅沟槽的角度正是反应了实际的圆滑修饰步骤的工艺参数，故当实际的圆滑修饰步骤的工艺参数发生偏移时，本发明测试晶片对应的浅沟槽的角度也会产生变化，故根据测试晶片对应的浅沟槽的角度变化就能知道实际的圆滑修饰步骤的工艺参数的情况，从而能再此
基础上进行工艺参数的调节并最后使得有源区顶部圆滑度重新回到要求范围内；所以本发明能在有源区顶部圆滑度发生偏离时进行工艺调控。
[0031] 由上可知，本发明很好的实现了对有源区顶部圆滑度的实时监控和调控，能使得有源区顶部圆滑度稳定在目标值范围内，从而能防止有源区顶部圆滑度的不稳定而造成器件的
漏电流增加并进而出现产品异常的情形，所以本发明最后能提高产品的良率。
附图说明
[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
[0033] 图1A是STI的浅沟槽的顶部曲率半径与局部压力关系软件模拟图一；
[0034] 图1B是STI的浅沟槽的顶部曲率半径与局部压力关系软件模拟图一；
[0035] 图2是本发明
实施例有源区顶部圆滑度的模拟检测方法的
流程图；
[0036] 图3是产品晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构；
[0037] 图4是本发明实施例方法中测试晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构；
[0038] 图5A-图5D是本发明实施例方法的步骤三中在测试晶片中形成浅沟槽的刻蚀工艺各分步骤中的结构示意图；
[0039] 图6是本发明实施例方法的第一关系曲线的一个实例；
[0040] 图7是本发明实施例方法的第二关系曲线的一个实例。
具体实施方式
[0041] 如图2所示，是本发明实施例有源区顶部圆滑度的模拟检测方法的流程图；本发明实施例有源区顶部圆滑度的模拟检测方法包括如下步骤：
[0042] 步骤一、产品晶片的有源区由浅沟槽场氧隔离，在浅沟槽场氧的浅沟槽的主刻蚀工艺完成后，还包括一个对所述有源区的顶部进行圆滑的圆滑修饰步骤，提取所述圆滑修饰步骤的参数。
[0043] 步骤二、提供一测试晶片，采用所述产品晶片的浅沟槽的相同的光刻工艺在所述测试晶片上定义出区域大小相同的浅沟槽形成区域。测试晶片也可以称为控片或图形控片。
[0044] 如图3所示，是产品晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构；如图4所示，是本发明实施例方法中测试晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构；所述测试晶片和所述产品晶片的浅沟槽的刻蚀工艺层次具有相同的图形透光率和图形分布。在本领域中，图形透光率是指对应的图形的光刻层做光刻曝光时的透光率，此处的图形透光率是指浅沟槽对应光刻曝光时的透光率；图形分布则是浅沟槽图形分布。
[0045] 所述产品晶片的浅沟槽是通过对单晶硅201刻蚀形成的；在所述测试晶片上提供一多晶硅层302，并用该多晶硅层302模拟所述产品晶片的形成浅沟槽的单晶硅201，所述测试晶片上的浅沟槽形成于所述多晶硅层302中。
[0046] 较佳为，在所述测试晶片的多晶硅层表面的工艺薄膜结构和所述产品晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构相同。由图3可知，所述产品晶片进行浅沟槽的刻蚀时的工艺薄膜结构包括衬垫氧化层202、氮化层203和BARC204。
[0047] 由图4可知，所述测试晶片为一单晶硅晶片1，在所述测试晶片的单晶硅晶片1表面形成有第一氧化层301，所述多晶硅层302形成于所述第一氧化层301表面。所述测试晶片的多晶硅层302表面的工艺薄膜结构包括衬垫氧化层2、氮化层3和BARC4。
[0048] 图3中，所述产品晶片进行浅沟槽的刻蚀之前通过
光刻胶图形205定义出所述产品晶片的浅沟槽的形成区域。图4中，所述测试晶片进行浅沟槽的刻蚀之前通过光刻胶图形5定义出所述产品晶片的浅沟槽的形成区域。采用所述产品晶片的浅沟槽的相同的光刻工艺即为图4中的光刻胶图形5定义的图形结构和光刻胶图形205定义的图形结构完全相同。
[0049] 步骤三、采用步骤一提取的所述圆滑修饰步骤作为所述测试晶片中的浅沟槽的刻蚀工艺并形成所述测试晶片中的浅沟槽，用所述测试晶片的浅沟槽模拟所述产品晶片的有源区的顶部圆滑区。
[0050] 如图5A至图5D所示，是本发明实施例方法的步骤三中在测试晶片中形成浅沟槽的刻蚀工艺各分步骤中的结构示意图，测试晶片的浅沟槽的刻蚀工艺包括如下分步骤：
[0051] 如图5A所示，刻蚀BARC4，将光刻胶图形5的打开区域的BARC4去除。
[0052] 如图5B所示，刻蚀氮化层3，将光刻胶图形5的打开区域的氮化层3去除。
[0053] 如图5C所示，刻蚀衬垫氧化层2，将光刻胶图形5的打开区域的衬垫氧化层2去除，这时多晶硅层302会有一定刻蚀量，这是由对衬垫氧化层2进行刻蚀时产生的硅过刻蚀。
[0054] 如图5D所示，对多晶硅层302进行刻蚀形成浅沟槽6，浅沟槽6的侧面一般为倾斜结构。本发明实施例方法正是通过对浅沟槽6的侧面的倾角进行测试来实现对形成浅沟槽6的刻蚀工艺参数的监控，并最后实现对所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的监控，这在后面会详细说明。
[0055] 步骤四、测量所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度，通过该角度检测所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度。较佳为，步骤四中通过光学线宽测量仪测试所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度。
[0056] 步骤四之后还包括：
[0057] 步骤五、根据所述角度检测结果对所述圆滑修饰步骤的参数进行调节，实现对所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的优化。
[0058] 较佳为，步骤五包括如下分步骤：
[0059] 步骤51、制作出所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度和所述圆滑修饰步骤的参数的第一关系曲线。
[0060] 如图6所示，是本发明实施例方法的第一关系曲线的一个实例；曲线401是由测试数据连接形成的曲线，曲线401a是在线性区间即区间二中对曲线401进行拟合形成的拟合线。
[0061] 较佳为，步骤51中通过调节不同的所述圆滑修饰步骤的参数并测量对应的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度得到所述第一关系曲线401并拟合得到对应的拟合线401a。
[0062] 对所述圆滑修饰步骤的参数进行调节对应的参数包括所述圆滑修饰步骤的刻蚀气体流量。图6中的横坐标即为所述圆滑修饰步骤的刻蚀气体流量即图6显示的AA顶部圆滑度修饰气体用量，单位为Sccm，刻蚀气体流量包括了各种情形即item，图6中显示了item1到item22共22个item；图6的纵坐标为STI侧壁形貌角度，即为所述测试晶片中的浅沟槽的边缘的侧面形貌的角度。
[0063] 由图6所示可知，所述第一关系曲线包括3个区间，区间一为修饰不足区域，AA顶部圆滑度难以形成；区间二为线性修饰区域，可以根据角度大小调整AA顶部圆滑度修饰参数，达到调整顶部圆滑度的目的；区间三为过度修饰区域，AA区域出现内切现象。图6中区间一位于AA线的左侧，区间二位于AA线和BB线之间，区间三位于BB线右侧。所以，实验表明，区间一和区间三都不能实现AA圆滑度管控要求，区间二属于线性区间实现定量调节AA顶部圆滑度，进行拟合可以得到拟合线401a对应的公式：Y＝0.5593X+79.798，确定系数R2＝0.9659，R2的值接近于1，表示拟合程度较好；拟合公式在图6中也有显示。当然，图6中曲线401对应的数据以及拟合线401a仅为某一特定实例下的STI刻蚀程式即刻蚀工艺的情况下得到的；由刻蚀设备中刻蚀都是自动进行的，刻蚀工艺仅需要对刻蚀对应的工艺程序进行
修改即可实现，所以刻蚀程式是指刻蚀设备中刻蚀工艺对应的工艺程序。在其它的STI刻蚀程式下，虽然具体数值不同，但是曲线的显示的结构与图6是一致的，均为三个区间，这里就不一一举例说明。
[0064] 步骤52、制作出所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度和所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的第二关系曲线。所述第二关系曲线通过测量不同的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度对应的所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度得到。
[0065] 如图7所示，是本发明实施例方法的第二关系曲线的一个实例；曲线402是由测试数据形成的曲线，曲线402a是对曲线402进行拟合形成的拟合线。图7中同样给出的拟合线402a的拟合公式：Y＝2.2463X-162.25，确定系数R2＝0.967。
[0066] 步骤53、当步骤四中对所述产品晶片上的有源区的顶部圆滑度的测量结果偏离目标值范围时，根据所述第二关系曲线得到所要求的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度，根据所述第一关系曲线确定所要求的所述测试晶片中的浅沟槽的边缘形貌的角度对应的所述圆滑修饰步骤的参数，并根据确定的所述圆滑修饰步骤的参数对所述圆滑修饰步骤进行调节。
[0067] 本发明实施例方法通过提供一测试晶片，并在测试晶片上进行和产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数相同的刻蚀形成测试晶片上的浅沟槽；和产品晶片上的浅沟槽顶部的区域无法进行测试相比，形成于测试晶片上的浅沟槽很容易进行角度的测试，而由于测试晶片上的浅沟槽刻蚀的工艺参数和产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数相同，故测试晶片上的浅沟槽的角度就能反应产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数的实际情况，也从而能反应出实际生产中采用产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数所得到的有源区顶部圆滑度，所以，本发明实施例方法能实现对有源区顶部圆滑度的实时检测。
[0068] 由于有源区顶部圆滑度是和产品晶片的浅沟槽场氧的浅沟槽的圆滑修饰步骤的工艺参数相关，但是实际上，刻蚀腔体的环境会有一定的漂移，环境的漂移会使得在工艺参数设定相同的条件下也有可能使得实际的圆滑修饰步骤的工艺参数会产生漂移，从而使有源区顶部圆滑度出现偏离；而本发明实施例方法的测试晶片对应的浅沟槽的角度正是反应了实际的圆滑修饰步骤的工艺参数，故当实际的圆滑修饰步骤的工艺参数发生偏移时，本发明实施例方法测试晶片对应的浅沟槽的角度也会产生变化，故根据测试晶片对应的浅沟槽的角度变化就能知道实际的圆滑修饰步骤的工艺参数的情况，从而能再此基础上进行工艺参数的调节并最后使得有源区顶部圆滑度重新回到要求范围内；所以本发明实施例方法能在有源区顶部圆滑度发生偏离时进行工艺调控。
[0069] 由上可知，本发明实施例方法很好的实现了对有源区顶部圆滑度的实时监控和调控，能使得有源区顶部圆滑度稳定在目标值范围内，从而能防止有源区顶部圆滑度的不稳定而造成器件的漏电流增加并进而出现产品异常的情形，所以本发明实施例方法最后能提高产品的良率。
[0070] 以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多
变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
