检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法。所述方法包括：S1、形成贯穿衬底层的多个孔，使得多个孔的总长度大于深沟槽结构的预设关键尺寸；S2、对外延层中对应于衬底层中的多个孔的位置进行刻蚀，以形成深沟槽结构；S3、以光从外延层向衬底层方向照射晶片，在衬底层表面上形成亮场区和暗场区；S4、识别亮场区中孔的数目，计算深沟槽结构的实际关键尺寸；S5、如果深沟槽结构的实际关键尺寸小于预设关键尺寸，返回步骤S2；如果识别出的衬底层上的孔出现连接，则表明外延层的深沟槽结构已经过刻蚀。本发明能控制深沟槽结构的实际关键尺寸，杜绝刻蚀不完全和过刻蚀的问题，而且工艺稳定性和重复性良好。
【专利说明】检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体工艺领域，具体涉及深沟槽刻蚀工艺领域，尤其涉及一种检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法。
【背景技术】
[0002]在半导体制造特殊工艺中，如集成电路所使用的半导体器件的制造工艺中，常需要使用深沟槽结构实现某种特殊的性能，刻蚀深度大于300 μ m,刻蚀关键尺寸(Criticaldimens1n,⑶)大于500 μ m，并且在深沟槽刻蚀(DSIE)工艺后停留在预定的刻蚀停止层。但是DSIE工艺所需工艺时间较长、刻蚀深度较深(深度可达几百μ m)，导致最后无法精确的判断DSIE刻蚀深度是否达到所需深度，容易出现过刻蚀或者刻蚀不完全等现象，导致DSIE工艺后晶片的性能失效。
[0003]现有技术中，采用台阶仪测量DSIE刻蚀深度，但是当接近预设刻蚀深度时，由于测量误差和对表面用的保护膜层的深度计算误差，容易导致对实际刻蚀深度的计算误差，而且无法精确判断底部到达预定深度的实际CD，从而出现刻蚀不完全或过刻蚀的问题。而且利用台阶仪测量台阶耗时较长，占用实际工艺时间降低产能，并且工艺稳定性和重复性较差，不能根据实际工艺情况判断刻蚀方向，降低了工艺重复性和可预测性。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例提出一种检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，通过在衬底层形成贯穿所述衬底层的多个孔，将光从外延层向衬底层方向照射所述晶片，在所述衬底层表面上形成亮场区和暗场区，根据所述亮场区的孔的数目计算深沟槽结构的实际关键尺寸，来解决以上【背景技术】部分提到的技术问题。
[0005]本发明实施例提出一种检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，所述晶片包括外延层、位于所述外延层上的刻蚀停止层以及位于刻蚀停止层上的衬底层，所述方法包括:
[0006]S1、在所述衬底层上形成贯穿所述衬底层的多个孔，所述多个孔的每个孔的关键尺寸和个数及孔间距根据待制作的深沟槽结构的预设关键尺寸而设定，以使得所述多个孔的总长度大于所述深沟槽结构的预设关键尺寸，其中，所述每个孔的关键尺寸为D2，个数为N，所述孔间距为d，所述多个孔的总长度为L，所述深沟槽结构的预设关键尺寸为D，则L=D2XN+dX (N-1)，L>D ；
[0007]S2、对所述外延层中对应于所述衬底层中的所述多个孔的位置进行刻蚀，以形成深沟槽结构；
[0008]S3、以光从所述外延层向所述衬底层方向照射所述晶片，在所述衬底层表面上形成亮场区和暗场区，其中，所述亮场区与光穿过该外延层的深沟槽结构区域相对应；
[0009]S4、识别所述亮场区中所述孔的数目，根据所述孔的数目计算所述深沟槽结构的实际关键尺寸，其中，所述孔的数目为NI，所述深沟槽结构的实际关键尺寸为Dl ；
[0010]S5、如果所述深沟槽结构的实际关键尺寸小于所述深沟槽结构的预设关键尺寸，即D1〈D，则指示刻蚀不完全，调整后续工艺时间，返回步骤S2 ;如果识别出的所述衬底层上的孔出现连接，则表明外延层的深沟槽结构已经过刻蚀。
[0011]进一步地，所述步骤S3包括:
[0012]将所述晶片以外延层向下、衬底层向上置于显微镜的透明载物台上；
[0013]所述显微镜的光源发射的光依次穿过所述晶片的深沟槽结构、刻蚀停止层、衬底层上的多个孔，在所述衬底层表面上形成所述亮场区。
[0014]进一步地，所述识别所述亮场区中所述孔的数目采用人工读取方式。
[0015]进一步地，所述识别所述亮场区中所述孔的数目采用图像识别方式。
[0016]进一步地，所述根据所述孔的数目计算所述深沟槽结构的实际关键尺寸通过以下公式得到:
[0017]Dl=D2XNl+dX (Nl-1)0
[0018]进一步地，所述刻蚀为干法刻蚀或者湿法刻蚀。
[0019]进一步地，所述干法刻蚀为等离子体刻蚀或者反应离子刻蚀。
[0020]进一步地，所述衬底层和所述外延层的材料为硅，所述刻蚀停止层的材料为二氧化硅。
[0021 ] 本发明实施例提出的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法具有如下特点:通过在衬底层形成贯穿所述衬底层的多个孔，将光从外延层向衬底层方向照射所述晶片，在所述衬底层表面上形成亮场区和暗场区，根据所述亮场区的孔的数目计算深沟槽结构的实际关键尺寸，并可以判断刻蚀深度。本发明实施例所述方法能精确的控制深沟槽结构的实际关键尺寸，并可以判断刻蚀深度，调整工艺时间，杜绝刻蚀不完全和过刻蚀的问题，而且工艺稳定性和重复性良好，可以根据晶片的实际情况调整工艺条件，保证晶片的质量稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明第一实施例中的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法的流程图；
[0023]图2是本发明实施例中的刻蚀前晶片的截面示意图；
[0024]图3是本发明实施例中的在衬底层形成贯穿所述衬底层的多个孔的截面示意图；
[0025]图4是本发明实施例中的在外延层刻蚀出深沟槽结构后的截面示意图。
[0026]图2-图4附图标记说明:1表示外延层，2表示刻蚀停止层,3表示衬底层,4表示衬底层上的孔，5表示深沟槽结构；D2表示孔的关键尺寸，d表示孔间距，L表示所述多个孔的总长度，D表示所述深沟槽结构的预设关键尺寸。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0028]在图1中示出了本发明的第一实施例。
[0029]图1是本发明第一实施例中的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法的实现流程100。图2示出了刻蚀前晶片的截面示意图，如图2所示，所述晶片包括外延层1、位于外延层I上的刻蚀停止层2和位于刻蚀停止层2上的衬底层3。其中，所述衬底层3和所述外延层I的材料为硅，所述刻蚀停止层2的材料为二氧化硅。本领域技术人员可以理解，所述衬底层3、所述外延层I和所述刻蚀停止层2的材料也可以为其他材料。
[0030]本发明第一实施例中的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法的实现流程100详述如下:
[0031]在步骤101中，在衬底层上形成贯穿该衬底层的多个孔，所述多个孔的每个孔的关键尺寸和个数及孔间距根据待制作的深沟槽结构的预设关键尺寸而设定，以使得所述多个孔的总长度大于所述深沟槽结构的预设关键尺寸。
[0032]在本实施例中，在晶片的衬底层上通过刻蚀或者其他方法形成贯穿该衬底层的多个孔，所述多个孔的每个孔的关键尺寸和个数及孔间距根据待制作的深沟槽结构的预设关键尺寸而设定，以使得所述多个孔的总长度大于所述深沟槽结构的预设关键尺寸。其中，所述每个孔的关键尺寸为D2，个数为N，所述孔间距为d，所述多个孔的总长度为L，所述深沟槽结构的预设关键尺寸为D，则L=D2XN+dX (N-1)，L>D。所述多个孔的深度为所述衬底层的厚度，通常，所述衬底层的厚度在20 μ m左右。图3示出了实施本步骤后晶片的截面示意图，如图3所示，I表示外延层，2表示刻蚀停止层，3表示衬底层，4表示在衬底层上形成的孔，L表示所述多个孔的总长度，D2表示所述每个孔的关键尺寸，d表示所述孔间距。从图3可以看出，所有孔的关键尺寸和深度均相同，而且间距也相同。
[0033]在步骤102中，对外延层中对应于衬底层中的多个孔的位置进行刻蚀，以形成深沟槽结构。
[0034]在本实施例中，对外延层中对应于衬底层中的多个孔的位置进行刻蚀，以形成深沟槽结构。所述刻蚀为干法刻蚀或者湿法刻蚀，所述干法刻蚀为等离子体刻蚀或者反应离子刻蚀，刻蚀方法可以根据需要进行选择。图4示出了实施本步骤后晶片的截面示意图，图4仅为一个示意图，表示深沟槽结构刚好刻蚀到预设深度和预设关键尺寸完全刻蚀出的理想状态。如图4所示，L表示所述多个孔的总长度，D2表示所述每个孔的关键尺寸，d表示所述孔间距，D表示深沟槽结构的预设关键尺寸，L=D2XN+dX (N-1),衬底层上的所述多个孔的总长度大于外延层上深沟槽结构的预设关键尺寸，即L>D。
[0035]在步骤103中，以光从外延层向衬底层方向照射晶片，在所述衬底层表面上形成亮场区和暗场区。
[0036]在本实施例中，以光从外延层向衬底层的方向照射晶片，会在所述衬底层的表面上形成亮场区和暗场区，其中，所述亮场区与光穿过该外延层的深沟槽结构区域相对应。入射在深沟槽结构之外的外延层上的光由于未被刻蚀掉的外延层的厚度较厚，而不被透过，从而在所述衬底层的表面上形成相对于所述亮场区较暗的部分，称为暗场区。对照图4，光从外延层I向衬底层3的方向照射晶片，穿过深沟槽结构5、刻蚀停止层2及外延层I上的多个孔4，会在衬底层3的表面上形成较亮的区域，称为亮场区；由于未被刻蚀掉的外延层I的厚度较厚，光不会被透过，从而在所述衬底层3的表面上形成相对于所述亮场区较暗的部分，称为暗场区。
[0037]步骤103也可以包括如下子步骤:
[0038]子步骤1031，将所述晶片以外延层向下、衬底层向上置于显微镜的透明载物台上。所述显微镜的载物台需要选用透明、透光的材质，以利于光的穿过。
[0039]子步骤1032，所述显微镜的光源发射的光依次穿过所述晶片的深沟槽结构、刻蚀停止层、衬底层上的多个孔，在所述衬底层表面上形成亮场区。在所述显微镜的载物台下面的光源发射的光依次穿过置于透明载物台上的晶片的外延层上的深沟槽结构、刻蚀停止层、衬底层上的多个孔，会在所述衬底层的表面上形成亮场区，与之对应的，在所述衬底层的表面上较亮场区暗的区域为暗场区。
[0040]在步骤104中，识别亮场区中孔的数目，根据所述孔的数目计算深沟槽结构的实际关键尺寸。
[0041]在本实施例中，首先识别衬底层的亮场区中的孔的数目，这里可以通过人工读取的方式识别，也可以通过图像识别的方式识别。所述人工读取，是人通过显微镜观察置于透明载物台上的晶片，读取出所述亮场区中的孔的数目。所述图像识别，是通过对被光照射的晶片的衬底层进行拍照，用图像识别的方式识别出亮场区中的孔的数目。图像识别方式采用现有技术进行，这里不再赘述。
[0042]在本实施例中，识别出亮场区中孔的数目后，就可以根据所述孔的数目计算深沟槽结构的实际关键尺寸，其中，所述孔的数目为NI，所述深沟槽结构的实际关键尺寸为D1，则所述深沟槽结构的实际关键尺寸Dl可以通过如下公式得到:
[0043]Dl=D2XNl+dX (Nl-1)
[0044]式中，D2表示所述每个孔的关键尺寸，d表示孔间距。
[0045]在步骤105中，如果深沟槽结构的实际关键尺寸小于深沟槽结构的预设关键尺寸，则指示刻蚀不完全，调整后续工艺时间，返回执行步骤102 ;如果识别出的衬底层上的孔出现连接，则表明外延层的深沟槽结构已经过刻蚀。
[0046]在本实施例中，如果计算得到的深沟槽结构的实际关键尺寸小于深沟槽结构的预设关键尺寸，即D1〈D，这里包括没有在衬底层上形成亮场区的情况，则指示刻蚀不完全，包括刻蚀深度未到达预设刻蚀深度的情况，根据所述深沟槽结构的实际关键尺寸调整后续工艺时间，返回执行步骤102。
[0047]在本实施例中，如果识别出的衬底层上的孔出现连接，则表明外延层的深沟槽结构已经过刻蚀。
[0048]本实施例通过在晶片的衬底层上形成贯穿衬底层的多个孔，使光沿外延层向衬底层方向照射所述晶片，在晶片的衬底层上形成亮场区和暗场区，通过亮场区的孔的数目计算深沟槽结构的实际关键尺寸，并可以判定刻蚀深度。本实施例所述方法能精确的控制深沟槽结构的实际关键尺寸，并可以判定刻蚀深度，调整后续工艺时间，杜绝刻蚀不完全和过刻蚀的问题，而且工艺稳定性和重复性良好，能够根据晶片的实际情况调整工艺条件，保证晶片的质量稳定。
[0049]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，所述晶片包括外延层、位于所述外延层上的刻蚀停止层以及位于刻蚀停止层上的衬底层，其特征在于，所述方法包括: 51、在所述衬底层上形成贯穿该衬底层的多个孔，所述多个孔的每个孔的关键尺寸和个数及孔间距根据待制作的深沟槽结构的预设关键尺寸而设定，以使得所述多个孔的总长度大于所述深沟槽结构的预设关键尺寸，其中，所述每个孔的关键尺寸为D2，个数为N，所述孔间距为d，所述多个孔的总长度为L，所述深沟槽结构的预设关键尺寸为D，则L=D2XN+dX (N-1)，L>D ； 52、对所述外延层中对应于所述衬底层中的所述多个孔的位置进行刻蚀，以形成深沟槽结构； 53、以光从所述外延层向所述衬底层方向照射所述晶片，在所述衬底层表面上形成亮场区和暗场区，其中，所述亮场区与光穿过该外延层的深沟槽结构区域相对应； 54、识别所述亮场区中所述孔的数目，根据所述孔的数目计算所述深沟槽结构的实际关键尺寸，其中，所述孔的数目为NI，所述深沟槽结构的实际关键尺寸为Dl ； 55、如果所述深沟槽结构的实际关键尺寸小于所述深沟槽结构的预设关键尺寸，SPD1〈D，则指示刻蚀不完全，调整后续工艺时间，返回步骤S2 ;如果识别出的所述衬底层上的孔出现连接，则表明外延层的深沟槽结构已经过刻蚀。
2.根据权利要求1所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述步骤S3包括: 将所述晶片以外延层向下、衬底层向上置于显微镜的透明载物台上； 所述显微镜的光源发射的光依次穿过所述晶片的深沟槽结构、刻蚀停止层、衬底层上的多个孔，在所述衬底层表面上形成所述亮场区。
3.根据权利要求1所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述识别所述亮场区中所述孔的数目采用人工读取方式。
4.根据权利要求1所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述识别所述亮场区中所述孔的数目采用图像识别方式。
5.根据权利要求1所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述根据所述孔的数目计算所述深沟槽结构的实际关键尺寸通过以下公式得到: Dl=D2XNl+dX (Nl-1)0
6.根据权利要求1所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述刻蚀为干法刻蚀或者湿法刻蚀。
7.根据权利要求6所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述干法刻蚀为等离子体刻蚀或者反应离子刻蚀。
8.根据权利要求1所述的检测晶片中深沟槽结构的实际关键尺寸及刻蚀深度的方法，其特征在于，所述衬底层和所述外延层的材料为硅，所述刻蚀停止层的材料为二氧化硅。
【文档编号】H01L21/66GK104377141SQ201310358577
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】章安娜, 徐振宇, 许凌燕, 李晓明 申请人:无锡华润华晶微电子有限公司