发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离工艺的监测版图及监测方法,通过所述监测版图可监测浅沟槽隔离工艺的工艺窗口。
为达到上述目的,本发明提供的一种浅沟槽隔离工艺的监测版图,用于监测浅沟槽隔离的工艺窗口,包括:
复数组图案,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,所述线条图形用于形成有源区,所述开口图形用于形成浅沟槽隔离。
所述复数组图案间,各组图案开口图形的线宽在与待监测技术节点相邻两技术节点的浅沟槽隔离线宽之间的范围内,按小于待监测技术节点浅沟槽隔离线宽三分之一的步长变化;
所述复数组图案间线条图形的线宽相同,范围为待监测技术节点浅沟槽隔离线宽的10至40倍,或线条图形的线宽在与待监测技术节点相邻两技术节点的浅沟槽隔离线宽之间的范围内,按小于待监测技术节点浅沟槽隔离线宽三分之一的步长变化,或部分组图案间线条图形的线宽相同,部分组图案间线条图形的线宽在与待监测技术节点相邻两技术节点的浅沟槽隔离线宽之间的范围内按小于待监测技术节点浅沟槽隔离线宽三分之一的步长变化;
所述复数组图案间,开口图形的线宽和线条图形的线宽的变化趋势相同或相反。
所述复数组图案中至少有一组中开口图形线宽大于线条图形线宽的30至70倍。
所述线条图形和开口图形长度为1至3mm。
相应的,本发明还提供一种监测浅沟槽隔离工艺窗口的方法,包括:
将监测版图转移到掩膜板上,所述监测版图包含复数组图案,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,所述线条图形用于形成有源区,开口图形用于形成浅沟槽隔离;
将所述掩模板上的监测版图转移到半导体基底中,在所述半导体基底中形成有源区和沟槽;
切割所述半导体基底,形成有源区和沟槽的断面,以监测刻蚀工艺窗口。
所述掩膜板的材质为石英,线条为铬材质。
将所述掩模板上的监测版图转移到半导体基底中的步骤为:
在所述半导体基底表面形成一氧化层;
在所述氧化层上形成一氮化硅层;
在所述氮化硅层上旋涂光刻胶层;
通过曝光显影将所述掩膜板上的监测版图转移到所述光刻胶层中,形成复数组开口图形,所述开口图形底部露出所述氮化硅层;
刻蚀所述未被光刻胶层覆盖的氮化硅层和半导体基底,在所述半导体基底中形成复数组沟槽。
相应的,本发明还提供一种监测浅沟槽隔离工艺窗口的方法,包括:
将监测版图转移到掩膜板上,所述监测版图包含复数组图案,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,线条图形用于形成有源区,开口图形用于形成浅沟槽隔离;
将所述掩模板上的监测版图转移到半导体基底中,在所述半导体基底中形成有源区和沟槽;
在所述半导体基底中的沟槽中沉积介质层;
切割所述半导体基底,形成源区和沟槽中介质层的断面,以监测沉积工艺窗口。
相应的,本发明还提供一种监测浅沟槽隔离工艺窗口的方法,包括:
将监测版图转移到掩膜板上,所述监测版图包含复数组图案,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,线条图形用于形成有源区,开口图形用于形成浅沟槽隔离;
将所述掩模板上的监测版图转移到半导体基底中,在所述半导体基底中形成有源区和沟槽;
在所述半导体基底中的沟槽中沉积介质层;
平坦化所述半导体基底表面;
切割所述半导体基底,形成有源区和沟槽中介质层的断面,以监测平坦化工艺窗口。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明中监测版图图形的长度仅为2mm,整个监测版图的宽度为10mm。监测图案占用的面积也仅为2×10mm2,占用半导体基底面积的较小,能够节省空间。
另外,本监测版图的图形线宽尺寸涵盖了至少两个工艺节点浅沟槽隔离的线宽,监测范围大。本监测版图的图案设计有疏密不同的开口图形,能够较大范围的涵盖形成器件的图案尺寸分布,密集线条和稀疏线条能够同时得到监测。
还有,本监测版图可以同时监测刻蚀、沉积及平坦化的工艺窗口,相对于现有刻蚀、沉积及平坦化工艺的监测需要不同的监测图案及需要摆放在半导体基底的不同位置,本发明图案既节省了空间,又有利于切片时监测图案的定位寻找,能够使工艺人员很方便的找到监测图案的位置。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
当工艺尺寸从90nm的技术节点缩小到65nm的技术节点时,依据设计规则(design rule),浅沟槽隔离(STI)的深宽比(aspect ratio)从90nm时的3.5增加到了65nm时的5,加之对于不同的产品其浅沟槽隔离的疏密程度设计不同,这对沟槽的刻蚀工艺及后续的沉积和平坦化工艺都带来了很大的困难。如何监测浅沟槽工艺的工艺窗口及工艺的稳定性也将变得很重要。
本发明给出了一种浅沟槽隔离工艺的监测版图,用于监测浅沟槽隔离的工艺窗口,包括:复数组图案用于监测刻蚀工艺窗口,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,其中,所述线条图形用于形成有源区,所述开口图形用于形成浅沟槽隔离。
所述复数组图案间,各组图案开口图形的线宽在与待监测技术节点相邻两技术节点的浅沟槽隔离线宽之间的范围内,按小于待监测技术节点浅沟槽隔离线宽三分之一的步长变化;
所述复数组图案间线条图形的线宽可以相同、也可以和所述开口图形线宽具有一样的范围并在该范围按小于待监测技术节点浅沟槽隔离线宽三分之一的步长变化,或者二者兼而有之。
不同图案中的线条图形和开口图形的线宽和疏密程度不同,以监测在不同STI布局(layout)中,形成浅沟槽隔离的工艺窗口。
下面根据实施例来说明本发明的监测版图。
本实施例中复数组图案间,各组图案开口图形的线宽和部分图案线条图形的线宽在与待监测技术节点相邻两技术节点的浅沟槽隔离线宽之间的范围内,按小于待监测技术节点浅沟槽隔离线宽三分之一的步长变化,另外还有部分图案的线条图形的线宽相同,其线宽范围为待监测技术节点浅沟槽隔离线宽的10至40倍。例如,待监测技术节点为65nm,此时,浅沟槽隔离的线宽应做到90nm,与所述65nm技术节点相邻的两技术节点为45nm和90nm,其对应的浅沟槽隔离线宽分别为60nm和120nm,那么,监测版图中开口图形的线宽范围至少应为60nm至120um,在该范围内,各组图案开口图形的线宽按小于30nm的步长变化;部分组图案线条图形线宽的范围也为60nm至120nm,并按小于30的步长变化,部分组图案间线条图形线宽相同。
本实施例中,所述监测版图包括20组图案,每一组图案包含有5至10个间隔分布的线条图形和开口图形,其中所述线条图形用于形成有源区,开口图形用于形成浅沟槽隔离。
在所述监测版图的20组图案中,其中有9组图案间线条图形的线宽相同,开口图形线宽按一定的步长变化。图1给出了所述9组图案中的一组图案的示意图。如图1所示,所述线条图形102和开口图形104间隔排布,各为10个,所述线条图形102的线宽为0.6至2.4um,本实施例中取2um,开口图形104的线宽为0.06um,其它8组图案中,其线条图形的线宽均为2um,开口图形的线宽分别为0.07um,0.08um,0.085um,0.09um,0.095um,0.1um,0.11um,0.12um,可以看出,上述9组图案中开口图形的线宽最小为0.06um,不同组图案中开口图形的线宽以0.005或0.1递增。上述9组图案中开口图形的最小线宽为0.06um,其尺寸为45um技术节点时STI的线宽,可见应用上述9组图案可监测到在45nm时的工艺窗口。另外,上述9组图案中线条图形线宽不变,开口图形线宽以较小的步长变化,可以更加准确的监测在同一线条图形线宽的条件下的工艺窗口,该开口图形线宽涵盖了45nm至90nm技术节点的浅沟槽隔离的尺寸,因而可以很方便的监测到45nm至90nm技术节点时浅沟槽隔离的工艺窗口,可为工艺研发提供更精确的数据,节省时间降低成本。
在所述监测版图的20组图案中,至少有一组中开口图形宽度大于线条图形宽度的30至70倍。此时形成的沟槽尺寸较大,有源区为孤立的线条(isoline)。如图2所示,线条图形202和开口图形204间隔排布,所述线条图形202和开口图形204各位5个。其中,所述线条图形202线宽为0.08um,开口图形5um。该组图案可用于监测浅沟槽隔离填充后平坦化工艺的工艺窗口。通过光刻刻蚀工艺将上述图案转移到半导体基底中形成有源区和浅沟槽隔离,然后通过高密度等离子体化学气相沉积填充所述浅沟槽隔离,通过化学机械研磨平坦化所述半导体基底表面。由于图形密度对化学机械研磨后的平整度具有较大的影响,例如,小而孤立凸出的图形在研磨过程中承受的压力较大,因而具有较大的研磨速度。线条图形202形成的有源区线宽较小,在研磨过程可以用来监测研磨的效果。
在所述监测版图的20组图案中,其中另有9组图案间线条图形的线宽和开口图形线宽均按特定的步长变化。图3给出了其中一组版图图案的示意图。如图3所示,所述线条图形302和开口图形304间隔排布,各为10个,所述线条图形302的线宽302为0.13um,开口图形线宽304为0.05um。其它8组图案的线条图形和开口图形宽度分别为:0.12um,0.06um;0.11um,0.07um;0.105um,0.075um;0.1,0.08um;0.095,0.085um;0.09um,0.09um;0.085um,0.095um;0.08um,0.1um。可见,所述线条图形线宽由0.13um开始递减,步长为0.01um或0.005um,所述开口图形线宽由0.05um开始递增,步长为0.01um或0.005um。上述9组图案中线条图形和开口图形的线宽有所不同而又相差较小,以用于监测在不同开口图形及开口图形间隔(即线条图形尺寸)时的工艺窗口。当然所述开口图形和线条图形线宽变化的趋势也可以相同,及同时增加或减少。
另外,上述9组图案中开口图形的线宽最小为0.05um,不同组图案中开口图形的线宽以0.005或0.1递增。开口图形最小线宽为0.05um,其尺寸小于45um技术节点时STI的线宽,可用于监测在45nm时的工艺窗口,另外由于线条图形尺寸以一定的步长变化,不同线宽的开口图形之间的间隔又不同,能够监测到不同线宽开口图形及不同线宽开口图形间隔时刻蚀的工艺窗口。更进一步的,应用上述布局的监测图案形成的沟槽可以监测沟槽沉积的工艺窗口及平坦化的工艺窗口。
所述监测版图还包括一组线条图形宽度为2um,开口图形宽度为5um的图案,线条图形和开口图形间隔排布,各为5个。
上述监测版图中图形的长度仅为1至3mm,整个监测版图的宽度为10mm。20组版图占用的面积也仅为1或2×10mm2,占用半导体基底面积较小,节省空间。另外,本监测版图图形的线宽尺寸涵盖了从45nm至90nm的工艺节点的线宽,监测范围大。本监测版图的图案设计有疏密不同的开口图形,能够较大范围的涵盖形成器件的图案尺寸分布,密集线条和稀疏线条能够同时得到监测。还有,本监测版图可以同时监测刻蚀、沉积及平坦化的工艺窗口,相对于现有刻蚀、沉积及平坦化工艺的监测需要不同的监测图案及需要摆放在半导体基底的不同位置,本发明图案既节省了空间,又有利于切片时监测图案的定位寻找,能够使工艺人员很方便的找到监测图案的位置。
应用上述本发明的监测版图可监测形成浅沟槽隔离的工艺。
图4为本发明监测版图应用于监测浅沟槽隔离刻蚀工艺的工艺窗口的流程图。
如图4所示,首先将本发明的监测版图形成于掩膜板上(S400)。所述监测版图包含复数组图案,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,线条图形用于形成有源区,开口图形用于形成浅沟槽隔离;所述掩模板的材质可以是石英,形成线条图形的材质可以是铬。
通过光刻刻蚀工艺将所述掩膜板上的监测版图转移到半导体基底中(S410)。所述线条图形形成有源区,开口图形形成沟槽。
将所述形成有有源区和沟槽的半导体基底进行切片(cross section),并辅助于扫描电子显微镜观测形成的沟槽的断面,以监测刻蚀的工艺窗口(S420)。
下面结合具体的实施例对本发明监测版图应用于监测刻蚀工艺窗口的方法进行详细描述。
将本发明监测版图通过电子束直写或电子束光刻的方法形成于掩模板上。所述监测版图包含复数组图案,每一组图案包括复数个间隔分布的线条图形和开口图形,线条图形用于形成有源区,开口图形用于形成浅沟槽隔离;所述掩模板的材质可以是石英,形成线条图形的材质可以是铬。
在一半导体基底表面形成一氧化层,所述氧化层的厚度一般为10至20nm,用于防止直接在硅表面沉积氮化硅(后续工艺)而产生应力。然后在所述氧化层上形成一氮化硅层,所述氮化硅层一方面可以作为形成沟槽的硬掩膜层,另一方面作为沟槽中填充的介质材料平坦化工艺的终点监测层。所述氮化硅层的厚度可以是100至200nm,其形成的方式可以是化学气相沉积。
在所述氮化硅层上形成一光刻胶层,通过曝光显影等工艺将所述掩模板上本发明的监测版图图案转移到所述光刻胶层上,形成多个开口图形,所述开口图形的底部露出所述氮化硅层。
刻蚀所述未被所述光刻胶层覆盖的氮化硅层,将所述开口图形转移到所述氮化硅层中;然后去除所述光刻胶层,以所述氮化硅层作为硬掩膜,刻蚀所述氮化硅层中开口底部的半导体基底,在所述半导体基底中形成沟槽,沟槽之间的半导体基底形成有源区。形成沟槽过程中需要控制沟槽的深度,沟槽侧壁轮廓角度及沟槽边角的圆化程度,由于沟槽的深度及沟槽侧壁轮廓影响在沟槽中填充沉积介质层的填充质量,沟槽边角的圆化程度影响应力的分布,因而应合理进行控制。一般的,沟槽侧壁轮廓在70度至85度之间,沟槽边角尽量做的平滑,以减小应力,增加器件的可靠性能。刻蚀可以是干法刻蚀或湿法刻蚀。刻蚀气体可以用溴化氢、氯气或其它气体。
在所述半导体基底中形成沟槽和有源区后,用聚焦离子束切割制作所述半导体基底中有源区和沟槽的断面,用扫描式电子显微镜对所述断面进行监测。由于本发明监测版图图案中的开口图形线宽及线条图形线宽(及开口图形之间的间隔)不同,因而通过光刻刻蚀后在所述半导体基底中形成的一系列的沟槽也具有不同的线宽及间隔,刻蚀工艺受开口图形线宽及线条图形线宽的影响,形成的沟槽深度及侧壁轮廓以及边角圆化程度也不同。通过扫描式电子显微镜监测各个沟槽的深度侧壁倾斜角度及边角圆化程度,可判定该刻蚀工艺对开口图形线宽和线条图形线宽的工艺窗口,及开口图形线宽及间隔在什么范围之内能够刻蚀出满足要求的沟槽。从而为工艺研发提供最直接的数据。由于本发明的监测版图具有覆盖45nm和90nm线宽的不同疏密的开口图形,因而可以很方便的应用于45nm和90nm工艺刻蚀窗口的监测,且由于本发明监测版图中不同疏密的开口图形之间的步长较小,因而可以较为细致的反应不同开口图形线宽及间隔时刻蚀的沟槽的轮廓,能够精确的监测出工艺窗口。
本发明监测版图可应用于浅沟槽隔离形成过程中沉积工艺的监测。在上述半导体基底中形成沟槽之后,在所述沟槽中沉积介质层,所述沉积为低压等离子体化学气相沉积、高密的等离子体化学气相沉积中的一种,所述介质层可以是氧化硅、氮化硅中的一种或其组合。然后进行切片制作断面以监测沉积工艺的工艺窗口。由于沉积工艺受沟槽线宽、深度、间隔、侧壁轮廓的影响,而本发明监测版图形成的沟槽具有不同的线宽、间隔及轮廓,因而通过切片及扫描电子显微镜观测可确定沉积工艺的工艺窗口。
同样的,应用本发明的监测版图还可以对沉积介质层后的平坦化工艺的工艺窗口进行监测,完成沉积后需要通过化学机械研磨工艺平坦化所述半导体基底的表面,由于平坦化工艺受沟槽密度的影响较大,例如,沟槽间隔较小即高密度区域研磨速度较快,小而孤立的凸出图形在抛光过程中承受的压力较大,研磨速度较快。例如图2中所示的图案,线条图形尺寸为0.08nm,开口图形线宽为5nm。在所述半导体基底上形成沟槽后有源区线宽较小,为孤立的凸出图形。对研磨后的半导体基底进行切片观测可用于监测化学机械研磨的工艺窗口。
应用本发明的监测版图可监测不同浅沟槽隔离形成过程中不同阶段工艺窗口,例如刻蚀、沉积、化学机械研磨,对于不同阶段的工艺不必在不同位置单独设计监测版图,节省了半导体基底表面的空间,也方便了在切片时对监测图形的定位。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。