CN110473799B - 浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法 - Google Patents

浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，包括：提供一衬底，所述衬底中形成有浅沟道隔离结构，所述衬底上形成有多晶硅层；刻蚀所述多晶硅层以形成第一沟槽；形成锗硅结构，同时，所述浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷；在所述多晶硅层上形成一介质层，并通过化学机械研磨、刻蚀、湿法清洗工艺去除介质层、多晶硅层、部分厚度的衬底以及部分浅沟道隔离结构以露出所述孔洞缺陷，并对所述孔洞缺陷进行检测。在所述多晶硅层上形成介质层，并进行化学机械研磨工艺，减小了去除所述多晶硅层对所述衬底的压应力，避免所述浅沟道隔离结构中的所述孔洞缺陷遭受挤压，使得该孔洞缺陷的形貌保持完整，保证了该孔洞缺陷后续能够完整地得到检测。

Description

浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展，半导体器件的尺寸不断微缩。在半导体器件缩小到28nm以下时，为了提高PMOS器件的性能，锗硅工艺成为必不可少的工艺步骤之一。锗硅工艺通常作用于PMOS器件的浅沟道隔离结构之间的源漏区域，通过对浅沟道隔离结构产生压应力来提高浅沟道隔离结构的空穴迁移率，从而提高PMOS器件的驱动能力。
但是锗硅工艺也带来了很多新的缺陷问题，比如，当锗硅工艺参数偏差较大时，容易引起浅沟道隔离结构压应力异常，从而导致浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷问题。这种孔洞缺陷将导致源漏区域之间的关断电流(PPU IOFF)增大，从而导致数据保持失效，所以浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测工作是建立在线孔洞缺陷监控指标，并为锗硅工艺开发与在线孔洞监控提供有效数据指标的前提，但是由于孔洞缺陷通常位于浅沟道隔离结构中并非所述浅沟道隔离结构表面，这造成如何获取完整形貌的孔洞缺陷成为检测孔洞缺陷的瓶颈问题，所以需要一种新的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，以解决难以检测浅沟道隔离结构中的完整的孔洞缺陷的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，包括：
提供一衬底，所述衬底中形成有浅沟道隔离结构，所述衬底上形成有多晶硅层；
刻蚀所述多晶硅层以在所述多晶硅层中形成第一沟槽，所述第一沟槽暴露出所述衬底表面；
在露出的所述衬底中形成锗硅结构，其中，在形成锗硅结构时，所述浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷；
形成介质层，所述介质层填充所述第一沟槽并覆盖所述多晶硅层；
通过化学机械研磨工艺去除部分厚度的所述介质层及部分厚度的所述多晶硅层；
刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层以露出所述衬底；
对所述衬底执行湿法清洗工艺以露出所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷；
对所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷进行检测。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，使用电子束扫描来检测所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，使用光学扫描来检测所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，所述介质层的材质为氧化硅。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，利用湿法刻蚀工艺刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层以露出所述衬底。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，所述多晶硅层的厚度介于
Figure BDA0002196339310000021
之间。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，通过化学机械研磨工艺去除的所述部分厚度的多晶硅层的厚度介于
Figure BDA0002196339310000022
之间。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，所述浅沟道隔离结构的材质为氧化硅。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，利用氢氟酸溶剂对所述衬底执行湿法清洗工艺以去除剩余厚度的介质层、部分厚度的所述浅沟道隔离结构以及部分厚度的所述衬底，从而露出所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，形成所述锗硅结构的步骤包括：
刻蚀所述第一沟槽底壁的部分厚度的所述衬底以形成第二沟槽；
形成所述锗硅结构，所述锗硅结构填充所述第二沟槽。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，采用化学气相沉积工艺形成所述锗硅结构。
可选的，在所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中，沿衬底晶向刻蚀所述第一沟槽底壁的部分厚度的所述衬底以形成第二沟槽。
目前，数据保持失效缺陷的PMOS器件内存在源漏区域之间的关断电流异常的情况，研究人员通过透射电子显微镜(TEM)观察发现是由多晶硅层底部的浅沟道隔离结构中存在孔洞缺陷引起的，同时TEM观察结果显示孔洞缺陷位于浅沟道隔离结构中，并且该孔洞缺陷距离浅沟道隔离结构上的多晶硅层较远，并非在浅沟道隔离结构表面。研究人员发现，产生浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的原因是在衬底中形成锗硅结构时锗硅工艺参数偏差较大对浅沟道隔离结构造成异常的压应力，但是目前难以在线进行孔洞缺陷监控与检测，从而难以获得空洞缺陷的有效的数据指标来指导后续的研发和生产工艺。
综上，本发明提供一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，包括：提供一衬底，所述衬底中形成有浅沟道隔离结构，所述衬底上形成有多晶硅层，并刻蚀所述多晶硅层以形成第一沟槽；形成锗硅结构，同时，所述浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷；在所述多晶硅层上形成一介质层，并通过化学机械研磨工艺去除部分厚度的介质层及部分厚度的多晶硅层；刻蚀掉剩余厚度的介质层及多晶硅层；执行湿法清洗工艺以露出所述孔洞缺陷，并对所述孔洞缺陷进行检测。其中，利用所述介质层来填充所述第一沟槽以在所述多晶硅层上形成一平面，使得化学机械研磨该平面时减小了所述多晶硅层对所述衬底的压应力，避免所述浅沟道隔离结构中的所述孔洞缺陷遭受挤压，使得所述孔洞的形貌保持完整，从而保证了所述孔洞缺陷后续能够完整地得到检测；进一步的，通过所述检测方法获取完整的孔洞缺陷的相关信息，能够为锗硅工艺的研发提供有效的数据指标，缩短了产品的研发周期，提高了工作效率，同时也为产线上的在线孔洞监控提供了有效的数据指标，使得量产产品的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷状况得到了实时监控，从而提高了产品良率。
附图说明
图1是本发明实施例的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法流程图；
图2、图3、图4、图5(a)、图6、图7、图8和图9(a)是本发明实施例的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中各工艺步骤的半导体结构示意图；
图5(b)是本发明实施例的图5(a)的半导体结构对应的俯视示意图；
图9(b)是本发明实施例的图9(a)的半导体结构对应的俯视示意图；
其中，附图标记说明：
100-衬底，110-浅沟道隔离结构，111-孔洞缺陷；120-多晶硅层，121-剩余厚度的多晶硅层，130-锗硅结构，140-介质层，141-剩余厚度的介质层，200-第一沟槽，210-第二沟槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
本发明提供一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，参考图1，图1是本发明实施例的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法流程图，所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法包括：
S10：提供一衬底，所述衬底中形成有浅沟道隔离结构，所述衬底上形成有多晶硅层；
S20：刻蚀所述多晶硅层以在所述多晶硅层中形成第一沟槽，所述第一沟槽暴露出所述衬底表面；
S30：在露出的所述衬底中形成锗硅结构，其中，在形成锗硅结构时，所述浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷；
S40：形成介质层，所述介质层填充所述第一沟槽并覆盖所述多晶硅层；
S50：通过化学机械研磨工艺去除部分厚度的所述介质层及部分厚度的所述多晶硅层；
S60：刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层以露出所述衬底；
S70：对所述衬底执行湿法清洗工艺以露出所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷；
S80：对所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷进行检测。
具体的，参考图2-图9(b)，其中，图2、图3、图4、图5(a)、图6、图7、图8和图9(a)是本发明实施例的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中各工艺步骤的半导体结构示意图，图5(b)是本发明实施例的图5(a)的半导体结构对应的俯视示意图，图9(b)是本发明实施例的图9(a)的半导体结构对应的俯视示意图。
首先，如图2所示，提供一衬底100，所述衬底100中形成有浅沟道隔离结构110，所述衬底100上形成有多晶硅层120。具体的，在浅沟道隔离结构110之间的所述衬底100中形成有源极或者漏极，本发明的所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法中在所述衬底100形成浅沟道隔离结构110、源极及漏极等均是模拟产线上的实际生产工艺。在本实施例中，所述多晶硅层120的厚度介于
Figure BDA0002196339310000051
之间，所述浅沟道隔离结构110的材质为氧化硅。
然后，如图3所示，刻蚀所述多晶硅层120以在所述多晶硅层120中形成第一沟槽200，所述第一沟槽200暴露出所述衬底100表面，结合图4和图5(a)，形成所述第一沟槽200是为了后续在部分所述第一沟槽200底部的所述衬底100中形成第二沟槽210以及在第二沟槽210中形成锗硅结构130。
进一步的，如图5(a)所示，在露出的所述衬底100中形成锗硅结构130，其中，在形成锗硅结构130时，所述浅沟道隔离结构110中形成孔洞缺陷111。在本发明中，形成锗硅结构130是模拟产线上的实际生产工艺，如图5(b)所示，所述锗硅结构130是形成在所述第一沟槽200底部的衬底100中的，从而所述锗硅结构130在形成的过程中非常容易增加所述衬底100的压应力，导致所述浅沟道隔离结构110遭受一定程度的挤压，从而在所述浅沟道隔离结构110中产生所述孔洞缺陷111，本发明是根据实际生产工艺在所述衬底100中形成若干锗硅结构130，并不需要在所有的所述第一沟槽200底部的衬底100中都形成所述锗硅结构130。具体的，参考图4、图5(a)，形成所述锗硅结构130的步骤包括：沿衬底100晶向刻蚀所述第一沟槽200底壁的部分厚度的所述衬底100以形成第二沟槽210；采用化学气相沉积工艺形成所述锗硅结构130，所述锗硅结构130填充所述第二沟槽210，在化学气相沉积工艺中，可以通入SiH4、GeH4、HCl、BH6及H2等气体参与反应，其中，混合气体中的Ge离子会与所述衬底100(硅衬底)发生反应，从而形成所述锗硅结构130。
接着，如图6所示，形成介质层140，所述介质层140填充所述第一沟槽200并覆盖所述多晶硅层120，具体的，所述介质层140的材质为氧化硅。通过在所述多晶硅层120上形成所述介质层140能够得到一平整的表面，这样后续在去除所述多晶硅层120时，使用化学机械研磨工艺研磨平整的表面就可以减小去除所述多晶硅层120对所述衬底100造成的压应力，避免所述孔洞缺陷111遭受挤压，使得所述孔洞缺陷111的形貌保持完整，使得所述孔洞缺陷111后续能够得到有效检测。
进一步的，如图7所示，通过化学机械研磨工艺去除部分厚度的所述介质层及部分厚度的所述多晶硅层，具体的，通过化学机械研磨工艺去除多晶硅层的厚度介于
Figure BDA0002196339310000061
之间，在本实施例中，所述介质层140及所述多晶硅层120不全部一次性通过化学机械研磨工艺去除是为了进一步的减小在化学机械研磨工艺过程中去除所述多晶硅层120对所述衬底100产生的压应力，保护了所述孔洞缺陷111的完整形貌。
接着，如图8所示，刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层121以露出所述衬底100，具体的，利用湿法刻蚀工艺刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层121，湿法刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层121相较于干法刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层121对所述衬底100产生的压应力更小，从而也尽可能地保护了所述孔洞缺陷111的完整形貌，使得所述孔洞缺陷111后续能够得到有效检测。
进一步的，如图9(a)、图9(b)所示，对所述衬底100执行湿法清洗工艺以露出所述浅沟道隔离结构110中的孔洞缺陷111，具体的，利用氢氟酸等酸性溶剂对所述衬底100执行湿法清洗工艺以去除剩余厚度的介质层141及部分厚度的所述浅沟道隔离结构110以及部分厚度的衬底100，从而露出所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷111。通过湿法清洗工艺以去除剩余厚度的介质层141及部分厚度的所述浅沟道隔离结构110以及部分厚度的衬底100，避免了所述浅沟道隔离结构110中的孔洞缺陷111的完整形貌被破坏的情况，从而保护了所述孔洞缺陷111的关键尺寸、具体深度位置等参数指标，从而为后续的锗硅工艺研发以及产品批量生产工艺能够得到有效的指导提供了保证。
最后，对所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷111进行检测，具体的，在本实施例中，可以选择使用电子束扫描或者光学扫描检测所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷111，主要是检测所述孔洞缺陷111的关键尺寸、具体深度位置等参数指标来有效地指导后续的锗硅工艺研发以及产品批量生产工艺，通过所述检测方法获取完整的孔洞缺陷的相关信息，能够为锗硅工艺的研发提供有效的数据指标，缩短了产品的研发周期，提高了工作效率，同时也为产线上的在线孔洞监控提供了有效的数据指标，使得量产产品的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷状况得到了实时监控，从而提高了产品良率。
综上，本发明提供一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，包括：提供一衬底，所述衬底中形成有浅沟道隔离结构，所述衬底上形成有多晶硅层，并刻蚀所述多晶硅层以形成第一沟槽；形成锗硅结构，同时，所述浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷；在所述多晶硅层上形成一介质层，并通过化学机械研磨工艺去除部分厚度的介质层及部分厚度的多晶硅层；刻蚀掉剩余厚度的介质层及多晶硅层；执行湿法清洗工艺以露出所述孔洞缺陷，并对所述孔洞缺陷进行检测。其中，利用所述介质层来填充所述第一沟槽以在所述多晶硅层上形成一平面，使得化学机械研磨该平面时减小了所述多晶硅层对所述衬底的压应力，避免所述浅沟道隔离结构中的所述孔洞缺陷遭受挤压，使得所述孔洞的形貌保持完整，从而保证了所述孔洞缺陷后续能够完整地得到检测；进一步的，通过所述检测方法获取完整的孔洞缺陷的相关信息，能够为锗硅工艺的研发提供有效的数据指标，缩短了产品的研发周期，提高了工作效率，同时也为产线上的在线孔洞监控提供了有效的数据指标，使得量产产品的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷状况得到了实时监控，从而提高了产品良率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，所述衬底中形成有浅沟道隔离结构，所述衬底上形成有多晶硅层；
刻蚀所述多晶硅层以在所述多晶硅层中形成第一沟槽，所述第一沟槽暴露出所述衬底表面；
在露出的所述衬底中形成锗硅结构，其中，在形成锗硅结构时，所述浅沟道隔离结构中形成孔洞缺陷；
形成介质层，所述介质层填充所述第一沟槽并覆盖所述多晶硅层；
通过化学机械研磨工艺去除部分厚度的所述介质层及部分厚度的所述多晶硅层；
刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层以露出所述衬底；
对所述衬底执行湿法清洗工艺以露出所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷；
对所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷进行检测。
2.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，使用电子束扫描来检测所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷。
3.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，使用光学扫描来检测所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷。
4.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，所述介质层的材质为氧化硅。
5.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，利用湿法刻蚀工艺刻蚀剩余厚度的所述多晶硅层以露出所述衬底。
6.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度介于
Figure FDA0002196339300000011
之间。
7.根据权利要求6所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，通过化学机械研磨工艺去除的所述部分厚度的多晶硅层的厚度介于
Figure FDA0002196339300000012
之间。
8.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，所述浅沟道隔离结构的材质为氧化硅。
9.根据权利要求8所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，利用氢氟酸溶剂对所述衬底执行湿法清洗工艺以去除剩余厚度的介质层、部分厚度的所述浅沟道隔离结构以及部分厚度的所述衬底，从而露出所述浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷。
10.根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，形成所述锗硅结构的步骤包括：
刻蚀所述第一沟槽底壁的部分厚度的所述衬底以形成第二沟槽；
形成所述锗硅结构，所述锗硅结构填充所述第二沟槽。
11.根据权利要求10所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述锗硅结构。
12.根据权利要求10所述的浅沟道隔离结构中的孔洞缺陷的检测方法，其特征在于，沿衬底晶向刻蚀所述第一沟槽底壁的部分厚度的所述衬底以形成第二沟槽。
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