CN102944196B - 一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其属于半导体制造技术领域，在半导体晶圆上设置多个检测电路结构：在半导体晶圆上设置N型有源区和P型有源区；采用二氧化硅隔离N型有源区和P型有源区；N型有源区设置在P型阱中，P型有源区设置在N型阱中；采用多晶硅栅桥接N型有源区和P型有源区，在两个有源区和多晶硅栅之间用栅氧化层隔离以形成互不导通的各自独立部分；在N型有源区上连接有圆形接触孔，在P型有源区和多晶硅栅上连接有椭圆形接触孔；检测圆形接触孔的圆度；上述技术方案的有益效果是：可以有效、全面地反映出接触孔圆度的工艺水平，为45纳米以下的先进接触孔工艺开发提供支持，缩短开发周期。

Description

一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法。
背景技术
随着半导体工艺的发展和器件特征尺寸的缩小，对生产工艺精确度和稳定性的要求也愈发苛刻，甚至是几个纳米的误差也会造成良率损失，其中尤以多晶硅栅和圆形接触孔的特征尺寸更为敏感。圆度作为圆形接触孔工艺标准的技术参数之一，其重要性在65纳米甚至是45纳米以下的工艺中越来越高。
在45纳米以下的工艺中，圆形精度缺失可能间接导致半导体器件工作性能偏离正常值，例如漏电等；更严重情况下会导致器件无法工作，例如接触孔间距太小引起短路。在现有技术下，对圆形接触孔的圆度测量一般采取抽样的方法，根据接触孔的形状和尺寸，在晶圆的各个位置随机选取一定比例的接触孔，以局部测量的平均值代表晶圆上接触孔的整体圆度测量值。
这种局部选点、随机抽样的测量方法经常造成以偏概全的现象，无法全面地反映出接触孔的工艺水平。其一，在形成接触孔的工艺中，无法保证在曝光、刻蚀和清洗的步骤中由于杂质等影响，造成的单个、偶发的圆形接触孔圆度不达标的现象被检测到，接触孔圆度达标不能代表所有接触孔都符合工艺要求；其二，在接触孔比较密集的区域，由于间距较小，对圆度的精确度要求较高，随机抽样得方法不能保证工艺最为薄弱的位置被测量到。
发明内容
根据现有技术存在的缺陷，现提供一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法，具体包括：
一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法，采用电子束扫描设备对半导体晶圆上的圆形接触孔进行扫描；所述半导体晶圆下包括衬底，所述衬底与低电位相接；其中，在所述半导体晶圆上设置多个检测电路结构，设置一个所述检测电路结构的具体步骤包括：
步骤a，在所述半导体晶圆上设置N型有源区和P型有源区；
步骤b，采用二氧化硅隔离所述N型有源区和所述P型有源区；所述N型有源区设置在P型阱中，所述P型有源区设置在N型阱中；
步骤c，采用多晶硅栅桥接所述N型有源区和所述P型有源区，在两个有源区和所述多晶硅栅之间用栅氧化层隔离以形成互不导通的各自独立部分；
步骤d，在所述N型有源区上连接有圆形接触孔，在所述P型有源区和所述多晶硅栅上连接有椭圆形接触孔；
步骤e，采用所述电子束扫描设备检测所述圆形接触孔的圆度。
优选的，该检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其特征在于，在所述半导体晶圆上以阵列的形式重复排列所述检测电路结构。
优选的，该检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其中，当所述圆形接触孔的圆度符合标准时，所述N型有源区与所述P型阱形成PN结，所述PN结反向截至使所述半导体晶圆表面上的正电荷无法通过所述衬底与所述低电位相接；堆积在所述半导体晶圆表面的所述正电荷吸引电子反射导致所述电子束扫描设备收集到较少的二次电子，并导致所述圆形接触孔较暗。
优选的，该检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其中，当所述圆形接触孔的圆度符合标准时，所述P型有源区与所述N型阱形成PN结，所述PN结正向导通使所述半导体晶圆表面的正电荷通过所述衬底与所述低电位连接，所述电子束扫描设备收集到较多的二次电子导致所述椭圆形接触孔较亮。
优选的，该检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其中，当所述圆形接触孔的圆度腹部和标准时，所述圆形接触孔与所述多晶硅栅短接，堆积在所述圆形接触孔表面的电子通过所述多晶硅栅以及所述椭圆形接触孔与所述P型有源区连接而导致所述电子减少，所述圆形接触孔变亮。
优选的，该检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其中，在所述电子束扫描设备中设置一个计算装置，所述电子束扫描设备分列扫描所述半导体晶圆上的所述检测电路结构后，所述计算装置根据扫描结果计算不合格的所述圆形接触孔的数量，并表示成百分比结果。
上述技术方案的有益效果是：可以有效、全面地反映出接触孔圆度的工艺水平，为45纳米以下的先进接触孔工艺开发提供支持，缩短开发周期。
附图说明
图1是本发明的实施例中检测电路结构的结构示意图；
图2是本发明的实施例中N型有源区的剖面图；
图3是本发明的实施例中P型有源区的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示为本发明的实施例中一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法所需要应用的检测电路结构；该检测电路结构包括以二氧化硅隔离的N型有源区1和P型有源区2，其中N型有源区在P型阱3中（如图2所示），P型有源区在N型阱4中（如图3所示）；然后以多晶硅栅5桥接于两侧的有源区上，并在有源区和多晶硅栅之间用栅氧化层6隔离（如图3、4所示）以形成互不导通的各自独立部分；然后以曝光工艺形成两种形态的接触孔，A型接触孔7为圆形，B型接触孔8为椭圆形；连接圆形接触孔于N型有源区上，连接椭圆形接触孔于P型有源区和多晶硅上，完成对检测电路结构的连接。该结构以选择对应制程的最小特征尺寸，按照不同的图形密度以阵列形式重复排列分布在半导体晶圆上并组成测量区域，以供电子束扫描设备进行扫描；该电子束扫描设备对测量区域内所有的圆形接触孔逐一对比，定位到每个发生短接的圆形接触孔。
在圆形接触孔的圆度符合标准的情况下，根据电子束扫描原理，当半导体晶圆表面呈正电荷分布时，由于N型有源区与P型阱形成的PN结反向截至，晶圆表面的正电荷无法通过衬底与低电位相接，堆积在表面的正电荷吸引了电子反射，电子束扫描设备收集到较少的二次电子，，所以圆形接触孔较暗；而P型有源区与N型阱形成的PN结正向导通，晶圆表面的正电荷将通过衬底与低电位相接，所以无法在表面堆积较多的正电荷吸引电子繁盛，电子束扫描设备会收集到较多的二次电子，所以椭圆形接触孔较亮。
圆形接触孔与多晶硅栅的间距较小，当圆形接触孔的圆度稍有偏差时，该接触孔将会与多晶硅栅短接，由于多晶硅栅通过椭圆形接触孔与P型有源区连接，所以堆积在圆形接触孔表面的电子通过多晶硅栅、椭圆形接触孔与P型有源区相连而减少，圆形接触孔变亮。通过与没有短接的圆形接触孔进行比对，可以非常容易地找到圆度不符合要求的圆形接触孔。在电子束扫描设备中包括一个计算装置，该计算装置根据扫描结果，计算发生短接的接触孔数量，并以百分比的方式量化表示接触孔圆度的合格率。
例如，为了验证45纳米及以下产品接触孔圆度是否精确，定义接触孔与多晶硅栅的特征尺寸为45纳米及以下，并以阵列的形式、不同的间距重复排列，每个阵列共1000个接触孔，对每个接触孔以电子束扫描的方式逐一比对，通过比对可以得到各个特征尺寸下、各个图形密度下圆度的精确度，并以百分比的形式量化给出接触孔圆度的合格率。
利用上述方法可以克服现有圆度测量条件下抽样不足的问题，同时可以找出相同工艺在不同的图形密度下的合格率，缩短工艺开发周期。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种检测半导体圆形接触孔圆度的方法，采用电子束扫描设备对半导体晶圆上的圆形接触孔进行扫描；所述半导体晶圆下包括衬底，所述衬底与低电位相接；其特征在于，在所述半导体晶圆上设置多个检测电路结构，设置一个所述检测电路结构的具体步骤包括：
步骤a，在所述半导体晶圆上设置N型有源区和P型有源区；
步骤b，采用二氧化硅隔离所述N型有源区和所述P型有源区；所述N型有源区设置在P型阱中，所述P型有源区设置在N型阱中；
步骤c，采用多晶硅栅桥接所述N型有源区和所述P型有源区，在两个有源区和所述多晶硅栅之间用栅氧化层隔离以形成互不导通的各自独立部分；
步骤d，在所述N型有源区上连接有圆形接触孔，在所述P型有源区和所述多晶硅栅上连接有椭圆形接触孔；
步骤e，采用所述电子束扫描设备检测所述圆形接触孔的圆度；
其中，当所述圆形接触孔的圆度不符合标准时，所述圆形接触孔与所述多晶硅栅短接。
2.如权利要求1所述的检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其特征在于，在所述半导体晶圆上以阵列的形式重复排列所述检测电路结构。
3.如权利要求1所述的检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其特征在于，当所述圆形接触孔的圆度符合标准时，所述N型有源区与所述P型阱形成PN结，所述PN结反向截止使所述半导体晶圆表面上的正电荷无法通过所述衬底与所述低电位相接；堆积在所述半导体晶圆表面的所述正电荷吸引电子反射导致所述电子束扫描设备收集到较少的二次电子，并导致所述圆形接触孔较暗。
4.如权利要求1所述的检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其特征在于，当所述圆形接触孔的圆度符合标准时，所述P型有源区与所述N型阱形成PN结，所述PN结正向导通使所述半导体晶圆表面的正电荷通过所述衬底与所述低电位连接，所述电子束扫描设备收集到较多的二次电子导致所述椭圆形接触孔较亮。
5.如权利要求1所述的检测半导体圆形接触孔圆度的方法，其特征在于，在所述电子束扫描设备中设置一个计算装置，所述电子束扫描设备分列扫描所述半导体晶圆上的所述检测电路结构后，所述计算装置根据扫描结果计算不合格的所述圆形接触孔的数量，并表示成百分比结果。
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