检测结构及其制备方法、膜层内空洞的检测方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种检测结构及其制备方法、膜层内空洞的检测方法。


背景技术：

2.在半导体器件的加工过程中，通常会在器件的制作过程中或制作完成后制备相应的检测结构，并对该检测结构进行检测，从而可根据检测结构的检测结果判断出所形成的器件是否符合工艺要求。
3.而随着半导体技术的不断发展，器件尺寸也随之缩减，这也对制程的工艺能力带来挑战，例如在对小尺寸的间隙进行膜层填充时常常会出现空洞，而影响所制备出的器件的性能。因此，需要对膜层的填充性能进行监控，并及时的反映出器件中的膜层填充状况。对此，现有的一种检测方式是，制备出检测结构，该检测结构中设置有填充间隙的膜层，之后对该检测结构进行切片，并采用电子显微镜确认填充在间隙内的膜层中否存在空洞。这种检测方式的效率较低，检测时间较长且容易造成成本的浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种检测结构及其制备方法，以解决现有的检测结构存在检测效率低，检测时间长且造成成本的浪费的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种检测结构，包括：多个第一膜层，形成在一衬底的表面且相互间隔设置；第二膜层，形成在所述衬底上并至少填充相邻的第一膜层之间的间隙；以及，有源区，形成在所述衬底中并位于多个第一膜层的排布区域的下方，用于根据所述有源区的阻值判断填充在相邻第一膜层之间的第二膜层中是否产生有空洞。
6.可选的，多个第一膜层之间以至少两种不同的间距相互间隔设置。例如，多个第一膜层沿着预定方向以间距依次递增或递减的趋势间隔排布。
7.可选的，所述第一膜层的侧壁上还形成有侧墙。
8.可选的，所述检测结构还包括：位于所述有源区两侧的接触垫，所述接触垫在所述有源区的端部电连接所述有源区。
9.可选的，所述检测结构根据所述有源区在离子注入前后的阻值变化，判断填充在相邻第一膜层之间的第二膜层中是否存在空洞。
10.本发明还提供了一种检测结构的制备方法，包括：提供一衬底，所述衬底中具有有源区；在所述衬底的表面上形成多个间隔设置的第一膜层，且多个第一膜层位于所述有源区的上方；形成第二膜层，所述第二膜层至少填充相邻的第一膜层之间的间隙；执行一次或至少两次离子注入工艺。
11.可选的，多个第一膜层之间以至少两种不同的间距相互间隔设置。
12.本发明的另一目的在于提供一种膜层内空洞的检测方法，包括：提供如上所述的检测结构，并在执行离子注入工艺后，获取所述检测结构中的有源区的阻值，以根据所述有
源区的阻值判断填充在相邻第一膜层之间的第二膜层中是否存在空洞。
13.可选的，在执行一次或至少两次离子注入工艺后，获取所述检测结构中的有源区的阻值。
14.在本发明提供的检测结构中，通过在多个第一膜层的下方设置有源区，从而可利用有源区的阻值变化来判断填充在第一膜层之间的第二膜层中是否产生有空洞。基于这一检测结构可以快速高效的检测出膜层内是否存在空洞，实现对膜层的填充工艺的实时监控，其对应采取的检测方法更加便捷，大大缩短了检测时间，并有利于节约费用。
附图说明
15.图1为本发明一实施例中的检测结构的示意图。
16.图2为图1所示的本发明一实施例中的检测结构沿着aa’方向的剖面示意图。
17.图3为本发明一实施例中的检测结构的制备方法的流程示意图。
18.图4为本发明一实施例中的膜层内的空洞的检测方法的流程示意图。
19.其中，附图标记如下：100-有源区；200-第一膜层；210-侧墙；300-第二膜层；400-接触垫；410-接触插塞。
具体实施方式
20.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的检测结构及其制备方法、膜层内空洞的检测方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。以及附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。
21.图1为本发明一实施例中的检测结构的示意图，图2为图1所示的本发明一实施例中的检测结构沿着aa’方向的剖面示意图。需要说明的是，为了清楚的解释本发明，图1和图2中均省略了部分部件的显示，例如，图1中未示出第二膜层和侧墙等结构，以及图2中也没有完整的示意出图1在aa’方向上的所有结构。
22.结合图1和图2所示，所述检测结构包括：形成在一衬底上的第一膜层200和第二膜层300，以及形成在所述衬底中的有源区100。
23.具体的，在所述衬底的表面上排布有至少两个间隔设置的第一膜层200，即，所述第一膜层200位于衬底上方的同一结构层中，并可以在相同的工艺制程中同时制备。其中，所述第一膜层200可以为独立膜层，也可以包括多个薄膜层。例如，所述第一膜层200可包括由下至上堆叠设置的底部绝缘层和导电层，所述底部绝缘层用于间隔所述导电层和所述衬底，其中所述底部绝缘层例如为氧化硅层，所述导电层例如为多晶硅层。以及，所述第一膜层200还可包括侧壁绝缘层，所述侧壁绝缘层覆盖所述底部绝缘层和所述导电层的侧壁，所述侧壁绝缘层也可以为氧化硅层。
24.进一步的，多个第一膜层200之间可以以至少两种不同的间距相互间隔设置，如此，即可以同时检测出第二膜层300在不同宽度的间隙内的填充状况。例如，多个第一膜层
200可沿着预定方向并排的排布在衬底的表面上，并且以至少两种不同的间距相互间隔设置；或者，多个第一膜层200中，一部分第一膜层200沿着第一方向并排排布，还有一部分第一膜层200沿着第二方向并排排布，此时，沿着第一方向并排排布的第一膜层200中可以以至少两种不同的间距相互间隔设置，沿着第二方向并排排布的第一膜层200也可以以至少两种不同的间距相互间隔设置。
25.本实施例中，具体以多个第一膜层200沿着预定方向（例如图1所示的y方向）并排排布在衬底的表面上为例进行解释说明。以及，所述第一膜层200可以为条状结构，并沿着垂直于预定方向的方向延伸（即，所述第一膜层200沿着图1所示的x方向延伸）。其中，各个第一膜层200的宽度可以相同，也可以不同，此处不做限制。
26.如上所述，多个第一膜层200以至少两种不同的间距相互间隔设置，即，由多个第一膜层200界定出的多个位于相邻第一膜层之间的间隙中，具有至少两种不同的宽度。例如，多个间隙中，一部分间隙具有第一宽度，还有一部分间隙具有第二宽度；或者，多个间隙的宽度互不相同，即，多个第一膜层200以不同的间距相互间隔设置。具体的实施例中，可设置间隙的最小宽度为小于等于当前光刻工艺的最小特征尺寸，以及间隙的最大宽度大于等于第一膜层200的高度。例如，在0.18μm工艺中，则可设置间隙的最小宽度为0.16μm，以及设置间隙的最大宽度为5μm。
27.本实施例中，多个第一膜层200沿着预定方向（y方向）以不同的间距相互间隔排布，以及相邻的第一膜层200之间的间距可沿着排布方向依次递增或递减。此时，排布在相对两侧且位于边缘的两个第一膜层其与各自邻近的第一膜层之间的间距分别为最大间距和最小间距，以及在最大间距和最小间距之间的多个间距沿着排布方向可等尺寸或不等尺寸的依次递增或递减。例如图1所示的，多个第一膜层200由下至上以间距依次递增的趋势依次间隔排布，相对应的，在图2中相邻的第一膜层200之间的间隙的宽度即由左至右依次增大。
28.进一步的，在所述第一膜层200的侧壁上还形成有侧墙210，即相当于，相邻第一膜层200之间的间隙的侧壁上形成有侧墙210，此时，针对较小尺寸的间隙而言，相对两个侧壁上的侧墙210容易相互抵接而至少填充间隙的底部，例如图2中所示的位于左侧的第一个间隙和第二个间隙；而针对较大尺寸的间隙而言，由于侧墙210覆盖间隙的侧壁，会使得间隙的深宽比增大。
29.继续参考图2所示，所述第二膜层300至少填充相邻的第一膜层200之间的间隙，本实施例中，所述第二膜层300相应的覆盖所述侧墙210。如上所述，针对较小尺寸的间隙而言，由于其内部的侧墙210相互抵接而覆盖间隙的底部，从而使得第二膜层300容易填充小尺寸的间隙而不会产生空洞（例如图2中所示的位于左侧的第一个间隙和第二个间隙中均未产生空洞）。然而，针对较大尺寸的间隙而言，由于侧墙210的存在使得其深宽比增大，而会对第二膜层300的填充性能造成一定影响。但是针对尺寸足够大的间隙而言，仍可以确保第二膜层300在间隙内具有较好的填充能力，从而不会产生有空洞（例如图2中所示的位于右侧的第一个间隙内未产生有空洞）。
30.因此，当第二膜层300的填充性能不佳时，其容易产生空洞的区域通常是介于最小间隙和最大间隙之间的其中一个或若干个间隙中，例如，当间隙的宽度介于第一临界宽度和第二临界宽度之间（其中，第二临界宽度大于第一临界宽度），将容易导致填充在内的第
二膜层300产生空洞，而当间隙的宽度小于第一临界宽度或大于第二临界宽度时，则填充在内的第二膜层300产生空洞的概率较低。例如图2所示当第二膜层300的填充性能不佳时则可能产生空洞的区域即对应于图2所示的右侧第二个间隙内。
31.本实施例中，所述第二膜层300还覆盖所述第一膜层200，所述第一膜层200和所述第二膜层300相互叠加的厚度可以对注入离子进行有效的阻挡，而避免离子被注入至有源区100中。
32.进一步的，所述第二膜层300具体可以为平坦化后的膜层，以及平坦化后的第二膜层300的顶表面高度高于所述第一膜层200的顶表面，以使得第二膜层300还覆盖所述第一膜层200。其中，所述第二膜层300的厚度可根据具体状况调整，只要第二膜层300在不产生空洞的情况下能够有效阻挡后续的离子注入，以及第二膜层300在产生有空洞时会使得离子被进一步注入至有源区100中即可。
33.接着参考图1和图2所示，在所述衬底中形成有有源区100，所述有源区100还位于多个第一膜层210的排布区域的下方，用于根据所述有源区100的阻值判断填充在相邻第一膜层之间的第二膜层300中是否存在空洞。
34.其中，可根据所述有源区100在离子注入前后的阻值变化，来判断填充在相邻第一膜层200之间的第二膜层300中是否存在空洞。具体而言，当填充在相邻第一膜层200之间的第二膜层300中存在有空洞时，则在执行离子注入工艺时，注入的离子将难以被第二膜层300阻挡，从而容易注入至所述有源区100中，引起有源区100的阻值发生变化。因此，若所述有源区100的阻值发生变化，即可判断出第二膜层300中存在有空洞，进而可以反映出第二膜层300的填充工艺可能出现漂移而影响其填充性能。
35.本实施例中，所述有源区100平行于衬底表面的截面形状为矩形，以及所述第一膜层200的延伸方向平行于有源区的长边方向。
36.继续参考图1所示，所述检测结构还包括：位于所述有源区100两侧的两个接触垫400，所述接触垫400在所述有源区100的端部电连接所述有源区100。在对有源区100进行电阻测试时，即可对所述接触垫400施加电压，并测量对应的电流值；或者，对所述接触垫400施加电流，并测量出对应的电压值，进而可以得到所述有源区100的电阻值。
37.进一步的，所述接触垫400具体可形成在衬底的上方，以及所述接触垫400还延伸至所述有源区100的端部上方，进而可通过接触插塞410电性连接所述接触垫400和所述有源区100。
38.基于如上所述的检测结构，以下对其制备方法进行说明。图3为本发明一实施例中的检测结构的制备方法的流程示意图，如图3所示，所述检测结构的制备方法具体可包括如下步骤。
39.步骤s100，提供一衬底，所述衬底中具有有源区。
40.结合图1和图2所示，所述有源区100可以是对衬底的部分进行掺杂后的区域，或者也可以是衬底未掺杂的部分。
41.步骤s200，在所述衬底的表面上形成多个间隔设置的第一膜层，且多个第一膜层位于所述有源区的上方。
42.结合图1和图2所示，本实施例中，多个第一膜层200沿着预定方向（y方向）依次排布；然而其他实施例中，多个第一膜层200也可以在至少两个不同的方向上排布。
43.进一步的，多个第一膜层200之间以至少两种不同的间距相互间隔设置，即，多个第一膜层200界定出了至少两种不同宽度的间隙。本实施例中，相邻的第一膜层200之间的间距沿着排布方向依次递增或递减。
44.本实施例中，在形成所述第一膜层200之后，还包括：在所述第一膜层200的侧壁上形成侧墙210。即，相邻第一膜层之间的间隙内形成有侧墙210。
45.步骤s300，形成第二膜层，所述第二膜层至少填充相邻的第一膜层之间的间隙。
46.参考图1和图2所示，本实施例中，多个第一膜层200以不同的间距间隔设置，因此所述第二膜层300即相应的填充多个不同宽度的间隙，如此，即可利用同一检测结构对膜层在不同宽度的间隙的填充状况同时进行检测，更全面的监控膜层的填充工艺是否出现漂移。如上所述，当第二膜层300在间隙内的填充性能不佳时，其容易产生空洞的区域通常会介于最小间隙和最大间隙之间的其中一个或若干个间隙中。
47.其中，所述第二膜层300可以为平坦化后的膜层。具体的，所述第二膜层300的形成方法例如包括：沉积膜层材料层（例如为绝缘材料层），所述膜层材料层填充相邻的第一膜层200之间的间隙并覆盖所述第一膜层200；接着，对所述膜层材料层执行平坦化工艺，以形成所述第二膜层300。进一步的，平坦化后的第二膜层300的厚度可根据具体状况调整，只要第二膜层300在不产生空洞的情况下能够有效阻挡后续的注入离子，以及第二膜层300在产生有空洞时会使得离子被进一步注入至有源区100中即可。
48.本实施例中，所述第二膜层300还可覆盖所述第一膜层200的顶表面，从而在第一膜层200叠加第二膜层300的基础上，即可确保后续的注入离子不会穿透第一膜层200和第二膜层300而进入至有源区100中。
49.步骤s400，执行一次或至少两次离子注入工艺。
50.需要说明的是，当填充在相邻的第一膜层之间的第二膜层300中未产生有空洞时，则在执行离子注入时离子会被第二膜层300阻挡而难以进入到其下方的有源区100中，从而可保持有源区100的阻值不变；反之，当填充在相邻的第一膜层之间的第二膜层300中产生有空洞时，则在离子注入工艺的离子将难以被第二膜层300阻挡，从而容易注入至所述有源区100中，引起有源区100的阻值发生变化。
51.本实施例中，所述第二膜层300对多个不同宽度的间隙进行填充，此时其中任一间隙内存在有空洞时，都将会引起有源区100的阻值发生变化，并被检测出。因此，本实施例中提供的检测结构能够同时监控膜层对多种不同宽度的间隙的填充状况。
52.此外，本实施例中还提供了一种膜层内空洞的检测方法，具体可参考图4所示，所述检测方法包括：提供如上所述的检测结构，并在执行离子注入工艺后，获取所述检测结构中的有源区100的阻值，以根据所述有源区100的阻值判断填充在相邻第一膜层之间的第二膜层300中是否存在空洞。
53.具体的，在执行离子注入工艺后，当所述有源区100的阻值变化超出预定范围时，即意味着，离子注入工艺中的离子被注入至有源区100中而引起有源区100的阻值发生变化，此时即可判断出填充在相邻的第一膜层之间的第二膜层300中产生有空洞；反之，当所述有源区100的阻值变化未超出预定范围时，即意味着，离子注入工艺中的离子被第二膜层300阻挡而未注入至有源区100中，此时即可判断出填充在相邻的第一膜层之间的第二膜层300中未产生空洞。
54.具体的实施例中，可以在离子注入前，检测所述有源区100的阻值；或者，所述有源区100在离子注入前的阻值也可以是已知的或已经获取的。以及，获得了有源区100在离子注入后的阻值，即可根据注入后的阻值相对于注入前的阻值的差值的绝对值是否超出预定范围，以进行判断。
55.此外，可选的方案中，可以在执行一次或者至少两次离子注入工艺之后，检测所述检测结构中的有源区100的阻值，以提高检测结构的灵敏度。其中，对所述有源区100的阻值的检测方法具体可包括：在所述有源区100的两端施加电流或电压，并获取对应的电流或电压，进而得到有源区的阻值。
56.综上所述，在本实施例提供的检测结构中，可以根据有源区的阻值变化，来判断填充在第一膜层之间的第二膜层中是否产生有空洞，基于这一检测结构所采用的检测方法更加便捷，大大缩减检测时间，并有利于节约费用。
57.进一步的，可使第一膜层以不同的间距进行排布，从而使第二膜层同时填充多个不同宽度的间隙，此时其中任一间隙内存在有空洞时，都能够通过有源区的阻值变化体现出，进而能够被检测出。如此，即可针对膜层在不同间隙内的填充状况同时进行检测，并能够更全面的对膜层的填充工艺是否出现漂移进行监控。
58.需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。以及，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。
59.此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。