CN113506759B - 关键尺寸在线监控结构的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种关键尺寸在线监控结构的形成方法，涉及半导体制造领域。该关键尺寸在线监控结构的形成方法包括对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形，所述衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域；通过光刻工艺形成关键尺寸在线监控结构和预定光刻图形，所述关键尺寸在线监控结构位于所述衬垫图形的表面；解决了目前关键尺寸在线监控结构在较厚膜层结构形成后的注入层次容易发生倾覆的问题；达到了改善关键尺寸在线监控结构在注入层次发生倾覆的现象，提升关键尺寸在线监控结构的稳定性的效果。

Description

关键尺寸在线监控结构的形成方法
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种关键尺寸在线监控结构的形成方法。
背景技术
随着集成电路技术的发展，关键尺寸(critical dimension，CD)的大小也越来越小。在器件的制作过程中，为了监控关键尺寸，会形成关键尺寸在线监控结构。
传统的关键尺寸在线监控结构分布在晶圆的划片槽中，且只考虑关键尺寸在线监控结构的平面设计。以包括形成栅极的制程为例，栅极通常由多晶硅组成，且具有一定的厚度，沉积栅极膜层(多晶硅)时，栅极膜层同时覆盖划片槽，但对栅极膜层进行刻蚀时，划片槽上的栅极膜层也被去除。对于存储器、PMIC等器件，存在多层栅极结构，经过多次栅极膜层刻蚀后，划片槽与周边的栅极会存在一个很高的台阶差。
然而，随着关键尺寸越来越小，对于固定的光刻胶厚度，图形高宽比增加，由于栅极和衬底表面的台阶差增大，传统的关键尺寸在线监控结构在栅极形成后的注入层次很容易发生倾覆(peeling)。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种关键尺寸在线监控结构的形成方法。该技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种关键尺寸在线监控结构的形成方法，该方法包括：
获取所述预定膜层中预定图形与所述关键尺寸在线监控区域表面的台阶差；
获取形成关键尺寸在线监控结构的光刻层次中，所述预定膜层表面光刻胶的厚度以及预定光刻图形的高宽比；
检测所述台阶差是否大于所述预定膜层表面光刻胶厚度的x％，且所述预定光刻图形的高宽比是否大于y，其中，x和y为正数；
若检测到所述台阶差大于所述预定膜层表面光刻胶厚度的x％，且所述预定光刻图形的高宽比大于y，则对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形，所述衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域；
通过光刻工艺形成关键尺寸在线监控结构和预定光刻图形，所述关键尺寸在线监控结构位于所述衬垫图形的表面。
可选的，对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形，包括：
通过光刻工艺，在预定膜层表面定义预定图形和衬垫图形，衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域；
通过刻蚀工艺刻蚀预定膜层，形成预定图形和衬底图形。
可选的，关键尺寸在线监控结构的投影在衬垫图形的投影内。
可选的，x＝15。
可选的，y＝2.8。
可选的，关键尺寸在线监控结构位于划片槽中。
可选的，关键尺寸在线监控结构位于芯片内无器件结构和线路的区域。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
通过对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形，衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域，通过光刻工艺形成关键尺寸在线监控结构和预定光刻图形，关键尺寸在线监控结构位于衬垫图形的表面；解决了目前关键尺寸在线监控结构在较厚膜层结构形成后的注入层次容易发生倾覆的问题；达到了改善关键尺寸在线监控结构在注入层次发生倾覆的现象，提升关键尺寸在线监控结构的稳定性的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种现有的关键尺寸在线监控结构与栅极膜层的位置关系平面示意图；
图2是一种现有的关键尺寸在线监控结构与栅极膜层的位置关系剖面示意图；
图3是本申请实施例提供的一种关键尺寸在线监控结构的形成方法的流程图；
图4是本申请实施例提供的一种关键尺寸在线监控结构与预定膜层的位置关系平面示意图；
图5是本申请实施例提供的一种关键尺寸在线监控结构与预定膜层的位置关系剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，传统的关键尺寸在线监控结构120形成在划片槽130，划片槽130的两侧为衬底上形成的膜层110。由于在刻蚀膜层110时，划片槽130上覆盖的膜层110也被去除，在划片槽130两侧的膜层110会与衬底表面140存在一个很高的台阶差，如图2所示。在膜层110刻蚀后的光刻工艺中，划片槽130内形成关键尺寸在线监控结构120，由于划片槽130两侧的膜层110与衬底表面140之间存在较高的台阶差，导致光刻形成的关键尺寸在线监控结构120的高宽比增加，在后续的注入层次容易发生倾覆。
为了避免关键尺寸在线监控结构形成之前的膜层与衬底表面之间的台阶差影响关键尺寸在线监控结构的稳定性，本申请实施例提供了一种关键尺寸在线监控结构的形成方法，如图3所示，该方法至少包括如下步骤：
步骤101，对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形，衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域。
关键尺寸在线监控区域是在下一光刻层次形成关键尺寸在线监控结构的区域。
下一光刻层次指的是刻蚀预定膜层之后进行的第一次光刻；也即，从预定膜层刻蚀形成预定图形，到下一光刻层次之间不存在其他光刻层次。
在衬底上形成预定膜层后，通过光刻工艺和刻蚀工艺，形成预定图形和衬垫图形。
为了令关键尺寸在线监控结构在形成时，关键尺寸在线监控区域和附近的预定图形无高度差，需要在预定图形的形成过程中同时形成衬垫图形。
衬垫图形的材料为预定膜层。
步骤102，通过光刻工艺形成关键尺寸在线监控结构和预定光刻图形，关键尺寸在线监控结构位于衬垫图形的表面。
形成关键尺寸在线监控结构的光刻层次即为步骤101中的下一光刻层次。
预定光刻图形根据芯片设计确定。
关键尺寸在线监控结构用于监控光刻工艺。
由于在步骤101中形成的衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域，因此，在关键尺寸在线监控结构形成后，关键尺寸在线监控结构位于衬垫图形的表面。
如图4和图5所示，关键尺寸在线监控结构120位于衬垫图形220的表面，衬垫图形220和预定图形210的材料和厚度相同。
比较图2和图5，可以看出，由于衬垫图形220的存在，关键尺寸在线监控区域与附近的预定图形210无高度差，形成关键尺寸在线监控结构120的光刻胶厚度减小，关键尺寸在线监控结构120的高宽比降低。
综上所述，本申请实施例提供的关键尺寸在线监控结构的形成方法，通过对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形，衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域，通过光刻工艺形成关键尺寸在线监控结构和预定光刻图形，关键尺寸在线监控结构位于衬垫图形的表面；解决了目前关键尺寸在线监控结构在较厚膜层结构形成后的注入层次容易发生倾覆的问题；达到了改善关键尺寸在线监控结构在注入层次发生倾覆的现象，提升关键尺寸在线监控结构的稳定性的效果。
在基于图3所示实施例的可选实施例中，上述步骤101，即步骤“对预定膜层进行光刻和刻蚀，形成预定图形和衬垫图形”，可以由如下步骤实现：
步骤1011，通过光刻工艺，在预定膜层表面定义预定图形和衬垫图形，衬垫图形位于关键尺寸在线监控结构区域。
在衬底上涂布光刻胶，光刻胶覆盖预定膜层，通过光刻工艺，在光刻胶中形成预定图形和衬垫图形。
利用光刻胶中的衬垫图形保护关键尺寸在线监控区域内的预定膜层。
步骤1012，通过刻蚀工艺刻蚀预定膜层，形成预定图形和衬底图形。
根据定义的预定图形和衬垫图形对预定膜层进行刻蚀，在预定膜层中形成预定图形和衬底图形。
由于光刻胶的保护，关键尺寸在线监控区域内的预定膜层被保留，即形成衬垫图形。
为了保证衬垫图形实现关键尺寸在线监控结构形成时，关键尺寸在线监控区域和附近的预定图形无高度差，令关键尺寸在线监控结构的投影在衬垫图形的投影内，即关键尺寸在线监控结构在形成后完全落入衬垫图形的范围内。
在基于图3所示实施例的可选实施例中，还可以根据预定膜层的具体厚度情况和关键尺寸在线监控结构对应的光刻胶层的厚度情况，确定是否在预定膜层中形成衬垫图形。故，在上述步骤101之前，该方法还包括如下步骤：
步骤101a，获取预定膜层中预定图形与关键尺寸在线监控区域表面的台阶差。
可选的，根据芯片的设计数据或芯片量产制造的历史数据，确定预定膜层中预定图形与关键尺寸在线监控区域表面的台阶差。
步骤101b，获取形成关键尺寸在线监控结构的光刻层次中，预定膜层表面光刻胶的厚度以及预定光刻图形的高宽比。
可选的，根据芯片的设计数据或芯片量产制造的历史数据，确定形成关键尺寸在线监控结构的光刻层次中预定膜层表面光刻胶的厚度以及预定光刻图形的高宽比。
步骤101c，检测台阶差是否大于预定膜层表面光刻胶厚度的x％，且预定光刻图形的高宽比是否大于y。
x和y为正数。
若检测到台阶差大于预定膜层表面光刻胶厚度的x％，且预定光刻图形的高宽比大于y，则执行上述步骤101。
当检测到台阶差小于预定膜层表面光刻胶厚度的x％，或，预定光刻图形的高宽比小于y时，可以继续执行步骤101，也可以不执行步骤101，而按现有的工艺制程进行后续的光刻工艺及形成关键尺寸在线监控结构，即，不在预定膜层中形成衬垫图形。
在一个例子中，x＝15。
比如，检测预定膜层中预定图形与关键尺寸在线监控区域表面之间的台阶差是否大于预定膜层表面光刻胶厚度的15％。
在一个例子中，y＝2.8。
比如，检测预定光刻图形的高宽比是否大于2.8。
可选的，关键尺寸在线监控结构位于划片槽内。
当形成的关键尺寸在线监控结构位于划片槽内时，关键尺寸在线监控区域在划片槽内；在对预定膜层进行刻蚀时，划片槽中关键尺寸在线监控区域内的预定膜层被保留，划片槽中关键尺寸在线监控区域以外的预定膜层被去除。
可选的，关键尺寸在线监控结构位于芯片内无器件结构和线路的区域。
在一些特殊情况下，划片槽内的面积不够设置关键尺寸在线监控结构，可以将关键尺寸在线监控结构设置在芯片内无器件结构和线路的区域，既实现了对光刻工艺关键尺寸的在线监控，又避免影响芯片性能。
在一个例子中，本申请实施例中的预定膜层为栅极膜层。
需要说明是，本申请实施例中的预定膜层还可以为其他会在衬底表面形成图形，并保留一定厚度的薄膜，造成膜层图形与关键尺寸在线监控区域之间存在高度差的膜层。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种关键尺寸在线监控结构的形成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取预定膜层中预定图形与关键尺寸在线监控区域表面的台阶差；
获取形成所述关键尺寸在线监控结构的光刻层次中，所述预定膜层表面光刻胶的厚度以及预定光刻图形的高宽比；
检测所述台阶差是否大于所述预定膜层表面光刻胶厚度的x％，且所述预定光刻图形的高宽比是否大于y，其中，x和y为正数；
若检测到所述台阶差大于所述预定膜层表面光刻胶厚度的x％，且所述预定光刻图形的高宽比大于y，则对所述预定膜层进行光刻和刻蚀，形成所述预定图形和衬垫图形，所述衬垫图形位于所述关键尺寸在线监控区域；
通过光刻工艺形成所述关键尺寸在线监控结构和所述预定光刻图形，所述关键尺寸在线监控结构位于所述衬垫图形的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述预定膜层进行光刻和刻蚀，形成所述预定图形和衬垫图形，包括：
通过光刻工艺，在所述预定膜层表面定义所述预定图形和所述衬垫图形，所述衬垫图形位于关键尺寸在线监控区域；
通过刻蚀工艺刻蚀所述预定膜层，形成所述预定图形和所述衬垫图形。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述关键尺寸在线监控结构的投影在所述衬垫图形的投影内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，x＝15。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，y＝2.8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键尺寸在线监控结构位于划片槽中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键尺寸在线监控结构位于芯片内无器件结构和线路的区域。
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