CN100483663C

CN100483663C - 一种cdsem校准用样品的制作方法

Info

Publication number: CN100483663C
Application number: CNB200610023591XA
Authority: CN
Inventors: 严博; 薛玢; 杨欣; 郭力奇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: CN101009236A

Abstract

一种测量关键尺寸的扫描电子显微镜(CDSEM)校准用样品的制作方法，包括硅衬底预清洗，形成垫氧化层，淀积多晶硅层，形成光刻胶图案，形成栅极结构，形成一导电层。所得到的栅极结构样品，由于表面的导电层对电荷的消散作用，抑制了样品表面电荷的累积导致的碳氢化合物的沉积，使CD长大的“过载”现象消除，使校准用样品的使用寿命显著延长，保证CDSEM的测量可靠性。

Description

一种CDSEM校准用样品的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制程中设备的校准，特别是涉及半导体制程中用于校准关键尺寸扫描用电子显微镜(Critical Dimension Scanning ElectronicMicroscope，CDSEM)的样品及其制作方法。

背景技术

关键尺寸扫描用电子显微镜(以下称CDSEM)是用于半导体制程中测量制作在晶片上的图案的关键尺寸(以下称CD)的仪器。CDSEM需要用特定的标准样品进行校准，以使各个仪器的测量值相匹配和保持一致。

在半导体器件的制作过程中，多晶硅栅极是最重要的一道制程，其关键尺寸CD也是最小的，因此，一般是用多晶硅栅极(Poly Gate)结构样品作为校准CDSEM的标准样品。选择它来量测可以反应机台的性能，但是在应用中常常遇到的问题是：当被测标准样品晶片暴露于扫描电子显微镜(SEM)的电子束下时，其CD会产生“长大”(grow)的现象。因为CDSEM要根据最初设定的图案来寻找要测量的位置，当这种“长大”现象的影响累积以后，CDSEM就无法找到要量测的位置。当CD变大到CDSEM无法找到要量测的位置时，只能停止测量过程。这种CD尺寸长大的现象被称为“过载”(“carry over”)。

产生“过载”的原因是，由于电子束扫描样品时，使图案表面吸附上电荷而且产生电荷累积，这种电荷的累积极易使碳氢化合物污染淀积在图案表面，使其在重复测量过程中得到的测量的特征尺寸产生变化，甚至无法找到测量位置。

对于100nm以下的节点技术，其标准要求在3δ时，误差值必须在1nm以下。电荷引起的碳氢化合物污染导致测量值漂移，这种漂移使多个工具上的CDSEM之间的线/间隔测量值不可能匹配。

目前的样品，由于易产生“过载”现象，带来的影响是使用时间短，几天后的量测值就不准了。需要频繁的改变量测点或更换标准样品，对测量可靠性具有极大的影响，而且影响生产效率。

解决这个问题的关键是要解决“过载”现象。

发明内容

本发明的目的是解决上述的“过载”现象，最小化碳氢化合物沉积效果，而延长CDSEM批次样品的测量寿命。

本发明的一种CDSEM校准用样品的制作方法，包括如下步骤：

硅衬底预清洗；

在硅衬底上形成垫氧化层；

在垫氧化层上淀积多晶硅层；

形成光刻胶图案；

对多晶硅层进行刻蚀；

去除光刻胶层，形成多晶硅栅极结构；

在多晶硅栅极结构上淀积一导电层。

根据本发明，硅衬底的预清洗采用依次使用硫酸(H₂SO₄)、氢氟酸(HF)、氨水+双氧水+去离子水(SC₁:NH₄OH+H₂O₂+DI)、盐酸+双氧水+去离子水(SC₂:HCL+H₂O₂+DI)。垫氧化层采用热氧化方法形成，其中温度为900～2000℃，厚度为50～2000埃。较佳的是温度为920℃，厚度为99～121埃。

根据本发明的多晶硅的淀积采用低压化学气相淀积(LPCVD)方法，其中，温度为500～700℃，厚度为100～5000埃。较佳的选择是温度为620℃，厚度为1575～1925埃。

根据本发明的导电层是任何可以达到阶梯覆盖的导电性材料层。它们可以是化学气相淀积方法(CVD)形成的钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、硅化钨(WSi_x)中的一种。也可以是物理气相淀积方法(PVD)形成的氮化钛(TiN)材料层。其厚度是100～2000埃。

根据本发明的方法制作的CDSEM校准用样品，包括：硅衬底，在硅衬底上的一垫氧化层，在垫氧化层上的多晶硅层构成的栅极结构和在多晶硅栅极结构上有一导电层。其中，垫氧化层是热氧化方法形成的，厚度为50～2000埃，优选垫氧化层厚度为99～121埃；多晶硅层是低压化学气相淀积(LPCVD)方法形成，厚度为100～5000埃，优选多晶硅层厚度为1575～1925埃；导电层是钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、硅化钨(WSix)中的一种，其厚度是100～2000埃。

由于本发明在校准CDSEM用的样品的测试结构上采用在多晶硅栅极结构上覆盖一导电层，并直接与衬底接触，或通过更加导电的材料或衬底进行放电，使由SEM来的电子束产生的电荷消散和流向接地端，这样电荷就不会在一个点上存在和累积而导致碳氢化合物污染的沉积。当样品表面产生电荷被有效抑制时，碳氢化合物的沉积可以被最小化。因此CDSEM校准用样品的工作寿命可以极大地延长。

附图说明

下面结合附图详细介绍本发明。然而需要注意的是，这些附图只是用来说明本发明的典型实施例，而不构成为对本发明的任何限制，在不背离本发明的构思的情况下，可以具有其他更多等效实施例。而本发明的保护范围由权利要求书决定。

图1～图5是本发明的CDSEM校准用样品制作过程的一个实施例，其中：

图1是在硅衬底上形成垫氧化层后的截面示意图。

图2是在垫氧化层上形成多晶硅后的截面示意图。

图3是在多晶硅上形成光刻胶图案后的截面示意图。

图4是光刻胶图案转移到多晶硅上，形成多晶硅栅极结构后的截面示意图。

图5是在多晶硅栅极结构表面形成一导电层后的截面示意图。

附图标记说明

1 硅衬底 2 垫氧化层

3 多晶硅层 31 多晶硅栅极结构

4 光刻胶图案 5 导电层

具体实施方式

本发明的一种在半导体制程中测量关键尺寸的设备，如CDSEM进行校准的样品的制作方法，包括：

多晶硅栅极结构的制作以及在该多晶硅栅极结构的全部表面形成一导电层。

本发明的多晶硅栅极结构可以按照常规的多晶硅栅极结构的制作方法制作，即首先在硅衬底上进行预清洁，通常依次使用硫酸(H₂SO₄)、氢氟酸(HF)、氨水+双氧水+去离子水(NH₄OH+H₂O₂+DI)、盐酸+双氧水+去离子水(HCL+H₂O₂+DI)，以去除晶片表面的氧化物或污染物；然后采用热氧化等方法形成垫氧化层，一般在900～1100℃的温度下形成厚度为50～2000埃的氧化层；

在已经形成的垫氧化层上淀积一层多晶硅层，一般采用低压化学气相淀积(LPCVD)方法，在500～700℃的温度下淀积100～5000埃的多晶硅层；涂上光刻胶，可以是深紫外线(DUV)光刻胶，采用扫描(Scanner)方法进行光刻、显影形成光刻胶图案；

以光刻胶为掩模刻蚀多晶硅层，可以采用干法刻蚀，将图案转移到多晶硅层，去除光刻胶层，形成多晶硅栅极结构；

再在多晶硅栅极结构上形成一导电层。

该导电层所用材料可以是任何具有导电性的材料，只要其在多晶硅栅极结构上的阶梯覆盖效果达到要求即可。如可以采用化学气相淀积(CVD)方法淀积钛、氮化钛、钨、硅化钨等材料中的一种形成，或采用物理气相淀积(PVD)方法淀积氮化钛等材料形成。导电层的厚度没有特别限制，在本发明中淀积厚度较好是100～2000埃。

图1～5所示是本发明的CDSEM校准用样品的一个实施例的制作过程示意图。

在该实施例中，硅衬底的预清洗依次使用硫酸(H₂SO₄)、氢氟酸(HF)、氨水+双氧水+去离子水(NH₄OH+H₂O₂+DI)、盐酸+双氧水+去离子水(HCL+H₂O₂+DI)；

形成垫氧化层采用热氧化方法，温度是在920℃，形成厚度为110埃的氧化层，如图1所示；

而多晶硅层是在620℃的温度下采用低压化学气相淀积(LPCVD)形成1750埃厚度的多晶硅层，如图2所示；

在多晶硅层上通过旋涂形成3000～4000埃厚度的深紫外(DUV)正型光刻胶层，用深紫外(DUV)光源进行光刻，显影形成光刻胶图案，如图3所示；

以光刻胶为掩模，采用干法刻蚀，对多晶硅层进行刻蚀，将图案转移到多晶硅层上，形成关键尺寸CD在0.11～0.14μm范围的多晶硅栅极结构，如图4所示；

在多晶硅栅极结构的全部表面用导电层覆盖，采用物理气相淀积(PVD)氮化钛(TiN)，如可以在铝铜反应腔(Al Cu chamber)，形成200埃厚度的氮化钛导电层，如图5所示。

根据该实施例的方法制作的CDSEM校准用样品，包括由硅衬底，在硅衬底上的一垫氧化层，在垫氧化层上的多晶硅层构成的栅极结构，和在多晶硅栅极结构上的一导电层。其垫氧化层厚度为99～121埃；多晶硅层厚度为1575～1925埃的栅极结构上的导电层是氮化钛(TiN)厚度为200埃。其关键尺寸CD是0.11～0.14μm。

通过上述过程制作的具有一氮化钛导电层的栅极结构样品，用于校准CDSEM设备，和现有技术的没有导电层的栅极结构样品比较，在每天进行20次测量的情况下的使用时间的对比结果如下：

现有技术的样品只可以用到15天，本发明的样品可以使用80天。

因此，使用本发明的样品进行CDSEM设备的校准，可以保证CD测量的可靠性。

虽然前面所述是针对本发明的实施例，但在不背离其基本范围的情况下可以设计出本发明的其它及进一步的实施例，并且其保护范围是由权利要求的范围决定。

Claims

1.一种CDSEM校准用样品的制作方法，包括如下步骤：

硅衬底预清洗；

在硅衬底上形成垫氧化层；

在垫氧化层上淀积多晶硅层；

形成光刻胶图案；

对多晶硅进行刻蚀；

去除光刻胶层，形成多晶硅栅极结构；

在多晶硅栅极结构上淀积一导电层，

其中，所述导电层为氮化钛。

2.根据权利要求1所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述硅衬底采用依次使用硫酸、氢氟酸、氨水+双氧水+去离子水、盐酸+双氧水+去离子水的预清洗。

3.根据权利要求1所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述的垫氧化层采用热氧化方法形成，其中温度为900～1100℃，厚度为50～2000埃。

4.根据权利要求1或3所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述的垫氧化层采用热氧化方法形成，其中温度为920℃，厚度为99～121埃。

5.根据权利要求1所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述的多晶硅的淀积采用低压化学气相淀积(LPCVD)方法，其中，温度为500～700℃，厚度为100～5000埃。

6.根据权利要求1或5所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述多晶硅的淀积采用低压化学气相淀积(LPCVD)方法，其中，温度为620℃，厚度为1575～1925埃。

7.根据权利要求1所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述的导电层采用任何阶梯覆盖的导电材料层。

8.根据权利要求1或7所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述的导电层是物理气相淀积方法(PVD)形成的氮化钛(TiN)材料层。

9.根据权利要求1或7所述的CDSEM校准用样品的制作方法，其特征在于，所述的导电层厚度是100～2000埃。

10.根据权利要求1所述的方法制作的CDSEM校准用样品，包括：

多晶硅栅极结构，其包括：硅衬底，在硅衬底上的一垫氧化层，及在垫氧化层上的多晶硅层；

其特征在于，还包括一导电层，所述导电层在所述多晶硅栅极结构上，

其中，所述导电层为氮化钛。

11.根据权利要求10所述的CDSEM校准用样品，其特征在于，所述的垫氧化层是热氧化方法形成的，厚度为50～2000埃。

12.根据权利要求10或11所述的CDSEM校准用样品，其特征在于，所述的垫氧化层厚度为99～121埃。

13.根据权利要求10所述的CDSEM校准用样品，其特征在于，所述的多晶硅层是低压化学气相淀积(LPCVD)方法形成，厚度为100～5000埃。

14.根据权利要求10或13所述的CDSEM校准用样品，其特征在于，所述的多晶硅层厚度为1575～1925埃。

15.根据权利要求10所述的CDSEM校准用样品，其特征在于，所述的导电层厚度是100～2000埃。