CN105759080B - 台阶高度校准模板、其制作方法及校准方法 - Google Patents

台阶高度校准模板、其制作方法及校准方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种台阶高度校准模板、其制作方法及校准方法。该校准模板包括基体,设置于基体上的台阶结构,以及设置于台阶结构的至少一个侧壁上的保护层,且保护层的高度与台阶结构的高度相同,保护层的硬度大于台阶结构的硬度。采用该台阶高度校准模板对台阶测量装置进行校准的过程中,台阶测量装置中的探针会作用于台阶结构上,并会对台阶结构产生作用力,而保护层的存在可以提供给台阶结构支持力,并且高硬度的保护层还可以抵抗探针对它本身的作用力,减少台阶测量装置对台阶结构顶角的损伤,从而减少了台阶结构的变形,提高了半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。

Description

台阶高度校准模板、其制作方法及校准方法
技术领域
本申请涉及半导体集成电路测量的技术领域,具体而言,涉及一种台阶高度校准模板、其制作方法及校准方法。
背景技术
现有技术中用于测量样品的表面形貌的测量仪器有很多,其中,压力接触式台阶仪和接触式原子力显微镜(AFM)是最常用的表面形貌测量仪器。采用压力接触式台阶仪进行测量的过程为:将样品放在水平的测试台上,再驱动探针在样品表面左右移动,并通过计算机捕捉探针在Z方向(即垂直于测试台的方向)的移动轨迹并记录下该移动轨迹的数据,从而获得样品的表面轮廓的情况。压力接触式台阶仪可以测量微米级的样品,且根据其所采用的配置能够测量几十纳米到数百纳米的样品。采用接触式AFM进行测量的过程为:将对微弱力极端敏感的微悬臂的一端固定,并采用微悬臂的另一端的微小针尖接近样品,这时针尖与样品之间会产生相互的作用力,该作用力会使得微悬臂发生形变或使其运动状态发生变化,最后利用传感器检测这些变化,便可获得样品的表面结构。接触式AFM主要用于测量纳米级样品,且采用AFM所获得样品的表面形貌的分辨率更高。
为了提高测量仪器(例如压力接触式台阶仪或接触式原子力显微镜)的测量精确度,现有技术中通常使用台阶高度校准模板对测量仪器进行校准,之后再采用测量仪器测量样品的表面形貌。典型的台阶高度校准模板包括基体和设置于基体上的台阶结构10′,其结构如图1所示。采用该台阶高度校准模板对测量仪器进行校准的过程为:将测量仪器的探针针尖与台阶高度校准模板的表面保持紧密接触,再驱动探针随着台阶高度校准模板的表面起伏而移动,并通过计算机捕捉探针在Z方向(即垂直于基体的方向上)的移动轨迹并记录下该移动轨迹的数据,最后通过移动轨迹的数据获得台阶结构10′的测量高度。
在上述校准的过程中,探针会对台阶高度校准模板产生作用力,而该作用力可能会破坏台阶高度校准模板的表面结构,尤其是台阶高度校准模板的台阶结构10′更容易受到损伤(例如台阶结构10′发生变形或者台阶结构顶角受到损伤,如图2所示),从而导致测试图像失真、测试结果不准确。针对上述问题,目前还没有有效的解决方法。
发明内容
本申请旨在提供一种台阶高度校准模板、其制作方法及校准方法,以减少台阶测量装置的探针带给台阶结构的损伤,从而提高半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。
为了实现上述目的,根据本申请的一个方面,本申请提供了一种台阶高度校准模板,该校准模板包括:基体;台阶结构,设置于基体上;保护层,设置于台阶结构的至少一个侧壁上,保护层的高度与台阶结构的高度相同,且保护层的硬度大于台阶结构的硬度。
进一步地,保护层设置于各台阶结构的相对设置的两个侧壁上。
进一步地,保护层设置于各台阶结构的四周侧壁上。
进一步地,位于台阶结构的一侧的保护层的宽度与台阶结构的宽度之比为1/6~1/2。
进一步地,位于台阶结构的不同侧壁上的保护层的宽度相同或者不同。
进一步地,保护层的材料选自TiN、AlN、Si3N4或SiC中的任一种或多种。
进一步地,基体为硅片,台阶结构的材料为SiO2或SiON。
进一步地,台阶结构的高度为10nm~10μm。
根据本申请的另一方面,提供了一种台阶高度校准模板的制作方法,该制作方法包括以下步骤:提供基体;在基体上形成台阶结构;在台阶结构的至少一个侧壁上形成保护层,保护层的高度与台阶结构的高度相同,且硬度大于台阶结构的硬度。
进一步地,形成保护层的步骤包括:形成覆盖基体和台阶结构的预备保护层;去除位于台阶结构的上表面上的预备保护层,以及位于基体上的部分预备保护层,以形成保护层。
进一步地,形成预备保护层的工艺为化学气相沉积;去除预备保护层的工艺为干法刻蚀。
根据本申请的另一方面,还提供了一种台阶高度校准模板的校准方法,该校准方法包括以下步骤:提供本申请提供的台阶高度校准模板;将台阶高度述校准模板中的台阶结构的高度记为H1;台阶测量装置测量台阶结构的实际高度记为H2;根据H2与H1之间的差值对台阶测量装置进行校准。
进一步地,台阶测量装置为压力接触式台阶仪或探针显微镜。
应用本申请的技术方案,本申请提供了一种包括设置于台阶结构的至少一个侧壁上的保护层的台阶高度校准模板,其中保护层的硬度大于台阶结构材料的硬度,且保护层的高度与台阶结构的高度相同。采用该台阶高度校准模板对台阶测量装置进行校准的过程中,台阶测量装置中探针会对台阶结构产生作用力,而保护层的存在可以提供给台阶结构支持力,并且高硬度的保护层还可以抵抗探针对它本身的作用力,减少台阶测量装置对台阶结构顶角的损伤,从而减少了台阶结构的变形,提高了半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1示出了现有技术中台阶高度校准模板的剖面结构示意图;
图2示出了采用图1所示的台阶高度校准模板对测量仪器进行校准后,受到损伤的台阶高度校准模板的剖面结构示意图;
图3示出了本申请实施方式所提供的台阶高度校准模板的剖面结构示意图;
图4示出了本申请实施方式所提供的台阶高度校准模板的制作方法的流程示意图;
图5示出了本申请实施方式所提供的台阶高度校准模板的制作方法中,在基体上形成台阶结构后的剖面结构示意图;
图6示出了形成覆盖图5所示的基体和台阶结构的预备保护层后的剖面结构示意图;以及
图7示出了去除位于图6所示的台阶结构的上表面的预备保护层以及基体上的部分预备保护层以形成保护层后的剖面结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
正如背景技术中所介绍的,在采用现有台阶高度校准模板对测量仪器进行校准的过程中,探针会对台阶高度校准模板产生作用力,而该作用力可能会破坏台阶高度校准模板的表面结构,尤其是台阶高度校准模板的台阶结构更容易受到损伤,从而导致测试图像失真、测试结果不准确。本申请的发明人针对上述问题进行研究,提出了一种台阶高度校准模板及其制作方法和校准方法。如图3所示,该校准模板包括基体10,设置于基体10上的台阶结构20,以及设置于台阶结构20的至少一个侧壁上的保护层30,且保护层30的高度与台阶结构20的高度相同,保护层30的硬度大于台阶结构20的硬度。
采用上述台阶高度校准模板对台阶测量装置进行校准的过程中,台阶测量装置中探针会对台阶结构产生作用力,而保护层的存在可以提供给台阶结构支持力,并且高硬度的保护层还可以抵抗探针对它本身的作用力,减少台阶测量装置对台阶结构顶角的损伤,从而减少了台阶结构的变形,提高了半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。
在本申请上述的台阶高度校准模板中,保护层30可以自由地设置于台阶结构20的任意侧壁上。优选地,上述保护层30可以设置于台阶结构20的相对设置的两个侧壁上。此时,在利用台阶高度校准模板对台阶测量装置进行校准的过程中,台测量装置的探针从台阶高度校准模板的一侧移动到相应的另一侧,而设置于台阶结构20两个侧壁上的保护层30能够进一步减少了台阶结构的变形,并进一步提高了半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。另外,为了优化所形成台阶高度校准模板的结构以及便于更好的应用于测试,保护层30还可以设置于各台阶结构20的四周侧壁上。
上述台阶结构20的任意一侧保护层30的宽度与台阶结构20的宽度可以根据实际工艺需求设定,一种优选的实施方式中,台阶结构20的一侧的保护层30的宽度与台阶结构20的宽度之比为1/6~1/2。此时,位于台阶结构20的不同侧壁上的保护层30的宽度可以相同或者不同。小于上述宽度之间的比例关系会导致保护层不能起到很好的保护效果,反之大于上述宽度之间的比例关系,会因为保护层过厚而浪费保护层的材料。
优选地,上述台阶结构20可以为多个,并且可以形成台阶结构阵列。另外,台阶结构20的高度也可以根据实际工艺需求设定。优选地,台阶结构20的高度为10nm~10μm。上述优选的高度范围可以包含半导体器件中各种类型的台阶高度。
上述基体10与台阶结构20的材料可以为本领域常见的介质材料。一种优选的实施方式中,基体10为硅片,台阶结构20的材料为SiO2或SiON。为了减少探针对台阶高度校准模板的损伤,需选取硬度较大的材料形成台阶高度校准模板中的保护层30。优选地,保护层30的材料可以选自TiN、AlN、Si3N4或SiC中的任一种或多种。
同时,本申请还提供了一种台阶高度校准模板的制作方法。如图4所示,该制作方法包括:提供基体;在基体上形成台阶结构;在台阶结构的至少一个侧壁上形成保护层,保护层的高度与台阶结构的高度相同,且保护层的硬度大于台阶结构的硬度。
上述制作方法中,保护层形成于台阶结构的至少一个侧壁上,并且形成的保护层硬度大于台阶结构的硬度,其高度与台阶结构的高度相同。将台阶测量装置中的探针作用于台阶结构时,探针会对台阶结构产生作用力,而保护层的存在可以提供给台阶结构支持力,并且高硬度的保护层还可以抵抗探针对它本身的作用力,减少台阶测量装置对台阶结构顶角的损伤,从而减少了台阶结构的变形,提高了半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。
下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是,提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员,在附图中,为了清楚起见,扩大了层和区域的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的器件,因而将省略对它们的描述。
图5至图7示出了本申请提供的台阶高度校准模板的制作方法中,经过各个步骤后得到的器件的剖面结构示意图。下面将结合图5至图7,进一步说明本申请所提供的台阶高度校准模板的制作方法。
首先,提供基体10,并在基体10上形成台阶结构20,进而形成如图5所示的基体结构。在该步骤中,形成于基体10上的台阶结构20可以为多个,基体10可以为硅片等,台阶结构20的材料可以为SiO2或SiON。台阶结构20的高度也可以根据实际工艺需求设定,优选地,台阶结构20的高度为10nm~10μm。上述优选的高度范围可以包含半导体器件中各种类型的台阶高度。
在一种优选的实施方式中,形成上述台阶结构20的步骤包括:在基体上形成台阶结构预备层,然后在台阶结构预备层上覆盖图形化光刻胶,最后沿图形化光刻胶刻蚀台阶结构预备层以形成台阶结构20。其中,形成台阶结构预备层的工艺可以为化学气相沉积等,刻蚀台阶结构预备层的工艺可以为干法刻蚀等,其具体工艺参数可以参照现有技术,在此不再赘述。
完成提供基体10,并在基体10上形成台阶结构20的步骤之后,在台阶结构20的至少一个侧壁上形成保护层30。其中,保护层30的高度与台阶结构20的高度相同,且硬度大于台阶结构20的硬度。形成该保护层30的方法有很多种,在一种优选的实施方式中,形成保护层30的步骤包括:首先,形成覆盖基体10和台阶结构20的预备保护层30′,其结构如图6所示;然后,去除位于台阶结构20的上表面的预备保护层30′,以及位于基体10上的部分预备保护层30′,以形成保护层30,进而形成如图7所示的结构。
同时,上述优选实施方式中,为了减少探针对台阶高度校准模板的损伤,需选取硬度较大的材料形成台阶高度校准模板中的保护层30。优选地,预备保护层30′的材料可以选自TiN、AlN、Si3N4或SiC中的任一种或多种。形成预备保护层30′的工艺可以为热氧化或化学气相沉积等,去除预备保护层30′的工艺可以为干法刻蚀等。上述工艺的具体参数可以参照现有技术,在此不再赘述。
本申请还提供了一种台阶高度校准模板的校准方法,该校准方法包括以下步骤:提供本申请提供的上述台阶高度校准模板;将台阶高度校准模板中的台阶结构的高度记为H1;台阶测量装置测量台阶结构的实际高度记为H2;根据H2与H1之间的差值对台阶测量装置进行校准。其中,台阶测量装置可以为压力接触式台阶仪或接触式原子力显微镜。
上述校准方法中,台测量装置的探针从台阶高度校准模板的一侧移动到相应的另一侧,并对台阶高度校准模板中的台阶结构的实际高度进行测量,利用台阶结构的高度与测量出的台阶结构的实际高度之间的差值,对台阶测量装置进行校准,实现样品中台阶高度的精确测量。
从以上的描述中,可以看出,本申请上述的实施例实现了如下技术效果:本申请提供了一种包括设置于台阶结构的至少一个侧壁上的保护层的台阶高度校准模板,其中保护层的硬度大于台阶结构材料的硬度,且保护层的高度与台阶结构的高度相同。采用上述台阶高度校准模板对台阶测量装置进行校准的过程中,台阶测量装置中探针会对台阶结构产生作用力,而保护层的存在可以提供给台阶结构支持力,并且高硬度的保护层还可以抵抗探针对它本身的作用力,减少台阶测量装置对台阶结构顶角的损伤,从而减少了台阶结构的变形,提高了半导体器件中的台阶高度测试结果的精确度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种台阶高度校准模板,其特征在于,所述台阶高度校准模板包括:
基体;
台阶结构,设置于所述基体上;
保护层,设置于所述台阶结构的至少一个侧壁上,所述保护层的高度与所述台阶结构的高度相同,且所述保护层的硬度大于所述台阶结构的硬度,
所述保护层的材料选自TiN、AlN、Si3N4或SiC中的任一种或多种。
2.根据权利要求1所述的台阶高度校准模板,其特征在于,所述保护层设置于各所述台阶结构的相对设置的两个侧壁上。
3.根据权利要求1所述的台阶高度校准模板,其特征在于,所述保护层设置于各所述台阶结构的四周侧壁上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的台阶高度校准模板,其特征在于,位于所述台阶结构的一侧的所述保护层的宽度与所述台阶结构的宽度之比为1/6~1/2。
5.根据权利要求4所述的台阶高度校准模板,其特征在于,位于所述台阶结构的不同侧壁上的所述保护层的宽度相同或者不同。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的台阶高度校准模板,其特征在于,所述基体为硅片,所述台阶结构的材料为SiO2或SiON。
7.根据权利要求1至3所述的台阶高度校准模板,其特征在于,所述台阶结构的高度为10nm~10μm。
8.一种台阶高度校准模板的制作方法,其特征在于,所述制作方法包括以下步骤:
提供基体;
在所述基体上形成台阶结构;
在所述台阶结构的至少一个侧壁上形成保护层,所述保护层的高度与所述台阶结构的高度相同,且硬度大于所述台阶结构的硬度,所述保护层的材料选自TiN、AlN、Si3N4或SiC中的任一种或多种。
9.根据权利要求8所述的制作方法,其特征在于,形成所述保护层的步骤包括:
形成覆盖所述基体和所述台阶结构的预备保护层;
去除位于所述台阶结构的上表面的所述预备保护层,以及位于所述基体上的部分所述预备保护层,以形成所述保护层。
10.根据权利要求9所述的制作方法,其特征在于,形成所述预备保护层的工艺为化学气相沉积;去除所述预备保护层的工艺为干法刻蚀。
11.一种台阶高度校准模板的校准方法,其特征在于,所述校准方法包括以下步骤:
提供权利要求1至7中任一项所述的台阶高度校准模板;
将所述台阶高度校准模板中的台阶结构的高度记为H1
台阶测量装置测量所述台阶结构的实际高度记为H2
根据H2与H1之间的差值对所述台阶测量装置进行校准。
12.根据权利要求11所述的校准方法,其特征在于,所述台阶测量装置为压力接触式台阶仪或接触式原子力显微镜。
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