CN106707697A - 芯片的图形尺寸检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片的图形尺寸检测方法，包括步骤：步骤一、形成前层图形，每一个被测图形所对应的前层图形包括两个标记且设置在被测图形的两侧；将标记的宽度和标记和对应的被测图形的侧面的间距设置在尺寸测量设备的测量范围内；被测图形的尺寸在尺寸测量设备的测量范围外；步骤二、形成被测量图形层；步骤三、采用尺寸测量设备各标记的宽度以及各标记和对应的被测图形的侧面的间距进行测量，根据各测量值和版图设计值计算得到被测图形的尺寸。本发明实现了采用尺寸测量设备对量程外的图形尺寸进行测量，从而提高图形尺寸的测量精度。

Description

芯片的图形尺寸检测方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种芯片的图形尺寸检测方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，往往需要采用光刻刻蚀工艺形成一层以上的图形结构，CD在半导体集成电路中称为关键尺寸，为芯片上图形的物理尺寸特征。各层图形结构的尺寸是否和设计值相符则需要通过图形尺寸检测来验证。现有芯片的图形尺寸检测方法一般是直接采用尺寸测量设备对图形结构进行直接测试实现，图形尺寸检测方法也称为CD测量方法或CD检测方法。而在CD检测方法中一般直接测试图形尺寸，CD测量值表示这种所测试的图形尺寸大小。

现有的CD测量方法大致有两种

第一种为采用电子束扫描方法进行检测，SEM为扫描式电子显微镜，用来做CD量测的SEM一般称为CD SEM。SEM的量程即测量范围通常为0.05微米～2微米，精度为所测量尺寸的1％，测量量程范围内的小CD时，CD量测值精度高，但对超过量程范围的大CD时，测试精度不满足需求，因此通常认为SEM对大CD不具备精确量测能力。

第二种为采用光学方法进行检测，这种方法量程较大，能检测大CD，但和CD SEM比精度较低。

如图1所示，是现有方法检测芯片的图形尺寸的示意图；在衬底101上形成有图形结构102，由于需要对图形结构102进行尺寸测量，图形结构102即为被测量图形，图形结构102所对应的图形层为被测量图形层，被测量图形102的宽度为D102，现有方法是直接采用CD SEM或光线仪器进行测量D102的值。当D102的大小在SEM的量程内时，能够采用CD SEM进行测量，这样能够获得较高的测量精度。当D102的大小在SEM的量程外时，则不能采用CDSEM进行测量。而采用光学仪器进行测量时则精度较低。

现有一些图形结构的尺寸即大于SEM的量程，又需要得到较高的测量精度，如超级结是由多个交替排列的P型柱和N型柱组成，P型柱采用多次外延加光刻注入形成或通过沟槽刻蚀加外延填充形成，P型柱的宽度往往会大于2微米以上，而P型柱的尺寸变化对器件的性能却会有较大的影响，因此往往要求P型柱的尺寸均匀性较好。所以如何实现较高精度的测量类似于超级结的P型柱的图形结构的尺寸，从而实现对图形结构的监测具有很重要的意义。

除了图1所示的直接对图形结构进行测量的方法，现有方法中还包括采用间接量测方法来实现对大尺寸CD的监控，间接量测方法为使用小尺寸CD来代替大尺寸CD监控，其中小尺寸CD可以通过两者之间的固定关系来监控大尺寸CD的平均值，可以用来监控工艺是否稳定，设备是否有漂移。但小尺寸CD和大尺寸CD的均匀性没有直接关联性，因此该方法无法通过小尺寸CD来监控大尺寸CD的均匀性。某些特殊工艺中比如超级结的P型柱所对应的深沟槽刻蚀中，不允许同层出现不同CD，否则会引起刻蚀缺陷及后续的外延生长缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种芯片的图形尺寸检测方法，采用尺寸测量设备对量程外的图形尺寸进行测量，从而提高图形尺寸的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供的芯片的图形尺寸检测方法如下步骤：

步骤一、形成前层图形，前层图形为被测量图形层的前一层图形，所述被测量图形层的每一个被测图形所对应的所述前层图形包括两个标记。

所述标记的宽度在尺寸测量设备的测量范围内。

两个所述标记的间距根据后续形成的所述被测图形进行设置，且两个所述标记设置在所述被测图形的两侧且不被所述被测图形覆盖；两个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距在所述尺寸测量设备的测量范围内；所述被测图形的尺寸在所述尺寸测量设备的测量范围外。

步骤二、形成所述被测量图形层。

步骤三、采用所述尺寸测量设备各所述标记的宽度进行测量以及各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距进行测量，根据所述被测图形对应的所述标记的宽度的测量值、两个所述标记的间距的版图设计值以及所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值计算得到所述被测图形的尺寸，使所述被测图形的尺寸的测量值的测量精度提高到所述尺寸测量设备对测量范围内的图形的测量精度范围内。

进一步的改进是，所述被测图形为线条，所述被测图形的尺寸为线条宽度；两个所述标记设置在所述被测图形的两侧外。

进一步的改进是，各所述标记靠近对应的所述被测图形的侧面为内侧面，两个所述标记的间距为两个所述标记的内侧面之间的距离，各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距为各所述标记的内侧面和对应的所述被测图形的侧面的距离。

进一步的改进是，所述被测图形的尺寸的计算公式为：

A’＝A+(A1-A1’)/2+(A2-A2’)/2；

B’＝A’-B1’-B2’；

其中，A为两个所述标记的间距的版图设计值，A’为两个所述标记的间距的计算值，A1为第一个所述标记的宽度的版图设计值，A2为第二个所述标记的宽度的版图设计值，A1’为第一个所述标记的宽度的测量值，A2’为第二个所述标记的宽度的测量值；B1为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B2为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B1’为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值，B2’为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值；B’所述被测图形的尺寸的计算值。

进一步的改进是，所述被测图形为线条间隔，所述被测图形的尺寸为线条间隔的宽度；两个所述标记设置在所述被测图形的两侧内。

进一步的改进是，各所述标记靠近对应的所述被测图形的侧面为外侧面、另一侧面为内侧面，两个所述标记的间距为两个所述标记的内侧面之间的距离，各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距为各所述标记的外侧面和对应的所述被测图形的侧面的距离。

进一步的改进是，所述被测图形的尺寸的计算公式为：

A’＝A+(A1+A1’)/2+(A2+A2’)/2；

B’＝A’+B1’+B2’；

其中，A为两个所述标记的间距的版图设计值，A’为两个所述标记的间距的计算值，A1为第一个所述标记的宽度的版图设计值，A2为第二个所述标记的宽度的版图设计值，A1’为第一个所述标记的宽度的测量值，A2’为第二个所述标记的宽度的测量值；B1为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B2为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B1’为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值，B2’为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值；B’所述被测图形的尺寸的计算值。

进一步的改进是，各所述标记的宽度的版图设计值为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。

进一步的改进是，各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。

进一步的改进是，各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值小于所述被测量图形层对应的光刻工艺的最小分辨率，确保所述被测量图形层和所述前层图形间不会成像以避免形成小尺寸图形缺陷。

进一步的改进是，所述标记采用沟槽图形，以防止形成图形缺陷。

进一步的改进是，所述标记的沟槽内填充有和衬底光学性质不同的介质。

进一步的改进是，所述标记的沟槽的介质还通过平坦化工艺进行表面平整，防止步骤二中形成所述被测量图形层时形成图形缺陷。

进一步的改进是，所述尺寸测量设备为SEM。

进一步的改进是，SEM的量程为0.05微米～2微米，精度为测量值的1％。

进一步的改进是，所述被测图形的尺寸的大于2微米。

本发明通过在形成被测量图形层之前形成前层图形，并将前层图形中的标记宽度以及标记和被测图形的间距都设置在尺寸测量设备的测量范围内，通过对前层图形中的标记宽度以及标记和被测图形的间距进行测量以及相应的计算就能得到位于尺寸测量设备的测量范围外的被测图形的尺寸，所以本发明实现了采用尺寸测量设备对量程外的图形尺寸进行测量，从而提高图形尺寸的测量精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有方法检测芯片的图形尺寸的示意图；

图2是本发明实施例一芯片的图形尺寸检测方法的流程图；

图3是本发明实施例一方法检测线条结构的被测图形时的示意图；

图4是本发明实施例二方法检测线条间隔结构的被测图形时的示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例一芯片的图形尺寸检测方法的流程图；如图3是本发明实施例一方法检测线条结构的被测图形时的示意图；本发明实施例一芯片的图形尺寸检测方法如下步骤：

步骤一、形成前层图形，前层图形为被测量图形层的前一层图形，所述被测量图形层的每一个被测图形3a所对应的所述前层图形包括两个标记2。图3中所述前层图形形成于衬底如玻璃衬底(Glass)1中。被测量图形层位于衬底1的表面上。

所述标记2的宽度在尺寸测量设备的测量范围内。较佳为，各所述标记2的宽度的版图设计值如图3的A1和A2为所述被测图形3a所需测量精度的4倍-12倍。比如对版图设计值为4微米的所述被测图形3a，所需测量精度为<50纳米，则各所述标记2的宽度的版图设计值即A1和A2能够为200纳米～600纳米。

两个所述标记2的间距根据后续形成的所述被测图形3a进行设置，且两个所述标记2设置在所述被测图形3a的两侧且不被所述被测图形3a覆盖；两个所述标记2和对应的所述被测图形3a的侧面的间距在所述尺寸测量设备的测量范围内；所述被测图形3a的尺寸在所述尺寸测量设备的测量范围外。较佳为，各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值如图3的B1和B2为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。

为了防止形成图形缺陷，本发明实施例一方法还做了如下设置：各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值如图3的B1和B2所述被测量图形层对应的光刻工艺的最小分辨率，确保所述被测量图形层和所述前层图形间不会成像以避免形成小尺寸图形缺陷。比如对版图设计值为4微米的所述被测图形3a，所述被测图形3a对应的所述被测量图形层工艺最小分辨率为400纳米～600纳米，则B1、B2可以设计为小于400纳米。

所述标记2采用沟槽图形，以防止形成图形缺陷。较佳为，所述标记2的沟槽内填充有和衬底光学性质不同的介质。所述标记2的沟槽的介质还通过平坦化工艺进行表面平整，防止步骤二中形成所述被测量图形层时形成图形缺陷。

步骤二、形成所述被测量图形层。

本发明实施例一方法中，所述被测图形3a为线条，所述被测图形3a的尺寸为线条宽度，线条宽度在图3中用B表示；两个所述标记2设置在所述被测图形3a的两侧外。

各所述标记2靠近对应的所述被测图形的侧面为内侧面；两个所述标记2的间距为两个所述标记2的内侧面之间的距离，如图3的A所示；各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距为各所述标记2的内侧面和对应的所述被测图形的侧面的距离，分别如图3的B1和B2所示。两个所述标记2的宽度分别用A1和A2表示。A、A1、A2、B、B1和B2分别表示版图设计值即设计值，实际工艺完成后各尺寸的实际值会有一定的偏差，后续步骤三中将会结合公式详细描述如果通过设置值和测量值计算得到B。

本发明实施例一方法中，所述尺寸测量设备为SEM。SEM的量程为0.05微米～2微米，精度为测量值的1％。所述被测图形3a的尺寸即B的大于2微米。

步骤三、采用所述尺寸测量设备各所述标记2的宽度进行测量以及各所述标记2和对应的所述被测图形3a的侧面的间距进行测量，根据所述被测图形3a对应的所述标记2的宽度的测量值、两个所述标记2的间距的版图设计值以及所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值计算得到所述被测图形的尺寸，使所述被测图形的尺寸的测量值的测量精度提高到所述尺寸测量设备对测量范围内的图形的测量精度范围内。

所述被测图形的尺寸的计算公式为：

A’＝A+(A1-A1’)/2+(A2-A2’)/2；

B’＝A’-B1’-B2’；

其中，A为两个所述标记2的间距的版图设计值，A’为两个所述标记2的间距的计算值，A1为第一个所述标记2的宽度的版图设计值，A2为第二个所述标记2的宽度的版图设计值，A1’为第一个所述标记2的宽度的测量值，A2’为第二个所述标记2的宽度的测量值；B1为第一个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B2为第二个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B1’为第一个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值，B2’为第二个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值；B’所述被测图形的尺寸的计算值。

本发明实施例二芯片的图形尺寸检测方法的流程图也请参考如图2所示，如图4是本发明实施例二方法检测线条结构的被测图形时的示意图；本发明实施例二芯片的图形尺寸检测方法如下步骤：

步骤一、形成前层图形，前层图形为被测量图形层的前一层图形，所述被测量图形层的每一个被测图形所对应的所述前层图形包括两个标记2。图4中所述前层图形形成于衬底如玻璃衬底(Glass)1中。被测量图形层位于衬底1的表面上。

所述标记2的宽度在尺寸测量设备的测量范围内。较佳为，各所述标记2的宽度的版图设计值如图4的A1和A2为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。比如对版图设计值为4微米的所述被测图形3a，所需测量精度为<50纳米，则各所述标记2的宽度的版图设计值即A1和A2能够为200纳米～600纳米。

两个所述标记2的间距根据后续形成的所述被测图形进行设置，且两个所述标记2设置在所述被测图形的两侧且不被所述被测图形覆盖；两个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距在所述尺寸测量设备的测量范围内；所述被测图形的尺寸在所述尺寸测量设备的测量范围外。较佳为，各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值如图4的B1和B2为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。

为了防止形成图形缺陷，本发明实施例二方法还做了如下设置：各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值如图4的B1和B2所述被测量图形层对应的光刻工艺的最小分辨率，确保所述被测量图形层和所述前层图形间不会成像以避免形成小尺寸图形缺陷。比如对版图设计值为4微米的所述被测图形3a，所述被测图形3a对应的所述被测量图形层工艺最小分辨率为400纳米～600纳米，则B1、B2可以设计为小于400纳米。

所述标记2采用沟槽图形，以防止形成图形缺陷。较佳为，所述标记2的沟槽内填充有和衬底光学性质不同的介质。所述标记2的沟槽的介质还通过平坦化工艺进行表面平整，防止步骤二中形成所述被测量图形层时形成图形缺陷。

步骤二、形成所述被测量图形层。

本发明实施例二方法中，所述被测图形为线条间隔，线条如标记3b所示，所述被测图形的尺寸为线条间隔的宽度，线条间隔的宽度在图4中用B表示；两个所述标记2设置在所述被测图形的两侧内。

各所述标记2靠近对应的所述被测图形的侧面为外侧面、另一侧面为内侧面；两个所述标记2的间距为两个所述标记2的内侧面之间的距离，如图4的A所示；各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距为各所述标记2的外侧面和对应的所述被测图形的侧面的距离，分别如图4的B1和B2所示。两个所述标记2的宽度分别用A1和A2表示。A、A1、A2、B、B1和B2分别表示版图设计值即设计值，实际工艺完成后各尺寸的实际值会有一定的偏差，后续步骤三中将会结合公式详细描述如果通过设置值和测量值计算得到B。

本发明实施例二方法中，所述尺寸测量设备为CD SEM。SEM的量程为0.05微米～2微米，精度为测量值的1％。所述被测图形的尺寸即B的大于2微米。

步骤三、采用所述尺寸测量设备各所述标记2的宽度进行测量以及各所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距进行测量，根据所述被测图形对应的所述标记2的宽度的测量值、两个所述标记2的间距的版图设计值以及所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值计算得到所述被测图形的尺寸，使所述被测图形的尺寸的测量值的测量精度提高到所述尺寸测量设备对测量范围内的图形的测量精度范围内。

所述被测图形的尺寸的计算公式为：

A’＝A+(A1+A1’)/2+(A2+A2’)/2；

B’＝A’+B1’+B2’；

其中，A为两个所述标记2的间距的版图设计值，A’为两个所述标记2的间距的计算值，A1为第一个所述标记2的宽度的版图设计值，A2为第二个所述标记2的宽度的版图设计值，A1’为第一个所述标记2的宽度的测量值，A2’为第二个所述标记2的宽度的测量值；B1为第一个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B2为第二个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B1’为第一个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值，B2’为第二个所述标记2和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值；B’所述被测图形的尺寸的计算值。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、形成前层图形，前层图形为被测量图形层的前一层图形，所述被测量图形层的每一个被测图形所对应的所述前层图形包括两个标记；

所述标记的宽度在尺寸测量设备的测量范围内；

两个所述标记的间距根据后续形成的所述被测图形进行设置，且两个所述标记设置在所述被测图形的两侧且不被所述被测图形覆盖；两个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距在所述尺寸测量设备的测量范围内；所述被测图形的尺寸在所述尺寸测量设备的测量范围外；

步骤二、形成所述被测量图形层；

步骤三、采用所述尺寸测量设备各所述标记的宽度进行测量以及各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距进行测量，根据所述被测图形对应的所述标记的宽度的测量值、两个所述标记的间距的版图设计值以及所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值计算得到所述被测图形的尺寸，使所述被测图形的尺寸的测量值的测量精度提高到所述尺寸测量设备对测量范围内的图形的测量精度范围内。

2.如权利要求1所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述被测图形为线条，所述被测图形的尺寸为线条宽度；两个所述标记设置在所述被测图形的两侧外。

3.如权利要求2所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：各所述标记靠近对应的所述被测图形的侧面为内侧面，两个所述标记的间距为两个所述标记的内侧面之间的距离，各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距为各所述标记的内侧面和对应的所述被测图形的侧面的距离。

4.如权利要求3所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述被测图形的尺寸的计算公式为：

A’＝A+(A1-A1’)/2+(A2-A2’)/2；

B’＝A’-B1’-B2’；

其中，A为两个所述标记的间距的版图设计值，A’为两个所述标记的间距的计算值，A1为第一个所述标记的宽度的版图设计值，A2为第二个所述标记的宽度的版图设计值，A1’为第一个所述标记的宽度的测量值，A2’为第二个所述标记的宽度的测量值；B1为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B2为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B1’为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值，B2’为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值；B’所述被测图形的尺寸的计算值。

5.如权利要求1所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述被测图形为线条间隔，所述被测图形的尺寸为线条间隔的宽度；两个所述标记设置在所述被测图形的两侧内。

6.如权利要求5所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：各所述标记靠近对应的所述被测图形的侧面为外侧面、另一侧面为内侧面，两个所述标记的间距为两个所述标记的内侧面之间的距离，各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距为各所述标记的外侧面和对应的所述被测图形的侧面的距离。

7.如权利要求6所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述被测图形的尺寸的计算公式为：

A’＝A+(A1+A1’)/2+(A2+A2’)/2；

B’＝A’+B1’+B2’；

其中，A为两个所述标记的间距的版图设计值，A’为两个所述标记的间距的计算值，A1为第一个所述标记的宽度的版图设计值，A2为第二个所述标记的宽度的版图设计值，A1’为第一个所述标记的宽度的测量值，A2’为第二个所述标记的宽度的测量值；B1为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B2为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值，B1’为第一个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值，B2’为第二个所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的测量值；B’所述被测图形的尺寸的计算值。

8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：各所述标记的宽度的版图设计值为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。

9.如权利要求1至7中任一权利要求所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值为所述被测图形所需测量精度的4倍-12倍。

10.如权利要求9所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：各所述标记和对应的所述被测图形的侧面的间距的版图设计值小于所述被测量图形层对应的光刻工艺的最小分辨率，确保所述被测量图形层和所述前层图形间不会成像以避免形成小尺寸图形缺陷。

11.如权利要求1至7中任一权利要求所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述标记采用沟槽图形，以防止形成图形缺陷。

12.如权利要求11所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述标记的沟槽内填充有和衬底光学性质不同的介质。

13.如权利要求12所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述标记的沟槽的介质还通过平坦化工艺进行表面平整，防止步骤二中形成所述被测量图形层时形成图形缺陷。

14.如权利要求1至7中任一权利要求所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述尺寸测量设备为SEM。

15.如权利要求14所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：SEM的量程为0.05微米～2微米，精度为测量值的1％。

16.如权利要求15所述的芯片的图形尺寸检测方法，其特征在于：所述被测图形的尺寸的大于2微米。