CN117912979B - 关键尺寸的量测方法及量测结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关键尺寸的量测方法和量测结构，量测方法包括：提供衬底，在量测区设置第一子量测区；在功能区形成沿第一方向延伸的有源区，在第一子量测区形成沿第一方向连续延伸的第一测试条，沿第一方向，第一测试条的关键尺寸大于有源区的关键尺寸；在有源区上形成沿第二方向延伸的栅极结构，在第一子量测区形成沿第二方向连续延伸的第二测试条，沿第二方向，第二测试条的关键尺寸大于栅极结构的关键尺寸；在栅极结构两侧的有源区中形成西格玛沟槽，在第二测试条两侧的第一测试条中形成测试沟槽；采用光学关键尺寸测量方法量测测试沟槽的关键尺寸，用于表征西格玛沟槽的关键尺寸，精准表征西格玛沟槽的关键尺寸，提升量测精度。

Description

关键尺寸的量测方法及量测结构

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种关键尺寸的量测方法及量测结构。

背景技术

随着集成电路的工艺节点不断微缩，器件结构愈发复杂化，对器件结构的关键尺寸的量测的精度要求越来越高。光学关键尺寸测量技术（Optical Critical Dimension，OCD）具有非接触性、非破坏性、量测精确度高、同时测量多个工艺特征、可实现工艺的在线测量等诸多优势，其不仅可以量测2D关键尺寸（例如膜厚），还可以量测3D剖面轮廓（3Dprofile）。

然而，在集成电路制程中，有些待量测的结构被其他结构影响，影响量测精度，或者，有些待量测的关键尺寸过小，被制程中形成的膜层遮挡，导致无法采用光学关键尺寸测量技术对其直接检测。

发明内容

基于此，本发明提供了一种关键尺寸的量测方法及量测结构。

第一方面，本发明提供了一种关键尺寸的量测方法，包括以下步骤：

提供衬底，所述衬底包括功能区和量测区，在所述量测区设置第一子量测区；

在所述功能区形成沿第一方向延伸的有源区，同时在所述第一子量测区形成沿所述第一方向连续延伸的第一测试条，沿所述第一方向，所述第一测试条的关键尺寸大于所述有源区的关键尺寸；

在所述有源区上形成沿第二方向延伸的栅极结构，同时在所述第一子量测区形成沿所述第二方向连续延伸的第二测试条，沿所述第二方向，所述第二测试条的关键尺寸大于所述栅极结构的关键尺寸；

在所述栅极结构两侧的所述有源区中形成西格玛沟槽，同时在所述第二测试条两侧的所述第一测试条中形成测试沟槽；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述测试沟槽的关键尺寸，得到的量测结果用于表征所述西格玛沟槽的关键尺寸。

在其中一个实施例中，除沿所述第一方向的关键尺寸之外，所述第一测试条的其余的关键尺寸和所述有源区的其余的关键尺寸相同；

除沿所述第二方向的关键尺寸之外，所述第二测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同。

在其中一个实施例中，在所述功能区形成沿第一方向延伸的有源区，同时在所述第一子量测区形成沿所述第一方向连续延伸的第一测试条，包括：

在所述功能区形成隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述功能区的所述衬底划分成多个独立设置的所述有源区，同时在所述第一子量测区形成独立设置的第一沟槽，所述第一沟槽将所述第一子量测区的所述衬底划分成多个独立设置的所述第一测试条；

在所述隔离沟槽中形成浅沟槽隔离结构，同时在所述第一沟槽中形成第一隔离结构。

在其中一个实施例中，形成所述浅沟槽隔离结构之后，所述量测方法还包括：

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第一测试条和所述第一隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成所述栅极结构之前，所述有源区和所述浅沟槽隔离结构的台阶高度。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

在所述量测区设置第二子量测区；

在形成所述隔离沟槽的同时，在所述第二子量测区形成第二沟槽，所述第二沟槽将所述第二子量测区的所述衬底划分成独立设置的第三测试条；

在所述隔离沟槽中形成所述浅沟槽隔离结构的同时，在所述第二沟槽中形成第二隔离结构；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第三测试条和所述第二隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成所述栅极结构之前，所述有源区和所述浅沟槽隔离结构的台阶高度。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

在所述量测区设置第三子量测区；

在形成所述隔离沟槽的同时，在所述第三子量测区形成第三沟槽，所述第三沟槽将所述第三子量测区的所述衬底划分成独立设置的第四测试条，所述第四测试条沿所述第一方向间隔排列，所述第四测试条和所述有源区具有相同的关键尺寸；

在形成所述浅沟槽隔离结构的同时，在所述第三沟槽中形成第三隔离结构；

在所述功能区形成所述栅极结构的同时，在所述第四测试条上形成沿所述第二方向连续延伸的第五测试条，沿所述第二方向，所述第五测试条的关键尺寸大于所述栅极结构的关键尺寸，所述第五测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第四测试条和所述第三隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成所述栅极结构之后，所述有源区和所述浅沟槽隔离结构的台阶高度。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

在所述量测区设置第四子量测区；

在所述第四子量测区上形成第六测试层；

在形成所述栅极结构的同时，刻蚀所述第六测试层形成第六测试条，所述第六测试条暴露出所述第四子量测区的部分所述衬底；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第六测试条的底部的所述衬底和所述四子量测区暴露的所述衬底的高度差，量测结果用于表征形成所述栅极结构之后，所述栅极结构周围的所述衬底和所述栅极结构的底面的台阶高度。

第二方面，本发明提供了一种关键尺寸的量测结构，设置在衬底的量测区，所述关键尺寸的量测结构包括：

第一量测图形，所述第一量测图形设置在所述量测区的第一子量测区，所述第一量测图形包括：

第一测试条，所述第一测试条沿第一方向在所述第一子量测区连续延伸；

第二测试条，所述第二测试条沿第二方向在所述第一测试条上延伸；

测试沟槽，所述测试沟槽设置在所述第二测试条的两侧的所述第一测试条中。

在其中一个实施例中，所述衬底还包括功能区，所述第一测试条和所述功能区的有源区同层设置，所述第二测试条和所述功能区的栅极结构同层设置，所述测试沟槽和所述功能区的西格玛沟槽同层设置；

所述有源区沿所述第一方向延伸，沿所述第一方向，所述第一测试条的关键尺寸大于所述有源区关键尺寸，所述第一测试条的其余的关键尺寸和所述有源区的其余的关键尺寸相同；

所述栅极结构沿所述第二方向延伸，沿所述第二方向，所述第二测试条的关键尺寸大于所述栅极结构关键尺寸，所述第二测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同。

在其中一个实施例中，所述关键尺寸的量测结构还包括：

第二量测图形，设置在所述量测区的第二子量测区，所述第二量测图形包括在所述第二子量测区周期性排布的第三测试条以及设置在所述第三测试条之间的第二隔离结构，所述第三测试条和所述有源区同层设置，所述第二隔离结构和所述功能区的浅沟槽隔离结构同层设置。

在其中一个实施例中，所述关键尺寸的量测结构还包括：

第三量测图形，设置在所述量测区的第三子量测区，所述第三量测图形包括：

第四测试条，所述第四测试条沿所述第一方向间隔排列，所述第四测试条和所述有源区同层设置，所述第四测试条和所述有源区具有相同的关键尺寸；

第三隔离结构，所述第三隔离结构设置在所述第四测试条之间，所述第三隔离结构和所述功能区的浅沟槽隔离结构同层设置；

第五测试条，所述第五测试条沿所述第二方向在所述第四测试条上延伸，所述第五测试条和所述栅极结构同层设置，沿所述第二方向，所述第五测试条的关键尺寸大于所述栅极结构的关键尺寸，所述第五测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同。

在其中一个实施例中，所述关键尺寸的量测结构还包括：

第四量测图形，设置在所述量测区的第四子量测区，所述第四量测图形包括设置在所述第四子量测区上的第六测试条，所述第六测试条和所述栅极结构同层设置。

本发明的关键尺寸的量测方法及量测结构具有如下有益效果：

本发明的关键尺寸的量测方法，通过第一测试条在第一子量测区表征有源区沿第二方向的周期性排列规则，通过第二测试条在第一子量测区表征栅极结构沿第一方向的周期性排列规则，以使形成在第一子量测区的测试沟槽和西格玛沟槽的图形密度基本相同，避免功能区和第一子量测区的图形密度不同导致功能区和第一子量测区的刻蚀速率不同的问题，以使在第一子量测区形成的测试沟槽能够更准确的表征西格玛沟槽的关键尺寸，提升量测精度；

本发明意想不到的技术效果是：通过在量测区设置量测图形，采用光学关键尺寸测量方法量测量测图形的关键尺寸，以量测图形的关键尺寸表征器件或结构的关键尺寸，降低了量测难度，降低了量测光谱的复杂程度，有效提升了量测精准度，能够更加快速的进行量测，缩短量测时间，提高效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为一实施例中提供的关键尺寸的量测方法的流程图。

图2为一实施例中提供的关键尺寸的量测方法的流程图。

图3为一实施例中提供的关键尺寸的量测方法的流程图。

图4为一实施例中提供的关键尺寸的量测方法的流程图。

图5为一实施例中提供的关键尺寸的量测方法的流程图。

图6为一实施例中提供的衬底的功能区和量测区的布局示意图。

图7为一实施例中提供的功能区和第一子量测区的俯视图。

图8为一实施例中形成有源区和第一测试条之后功能区和第一子量测区的俯视图。

图9为一实施例中形成浅沟槽隔离结构和第一隔离结构之后功能区和第一子量测区的俯视图。

图10为一实施例中形成栅极结构和第二测试条之后功能区和第一子量测区的俯视图。

图11为一实施例中形成西格玛沟槽和测试沟槽之后功能区和第一子量测区的沿a-a线的截面图。

图12为一实施例中形成有源区和第三测试条之后功能区和第二子量测区的俯视图。

图13为一实施例中形成浅沟槽隔离结构和第二隔离结构之后功能区和第二子量测区的俯视图。

图14为一实施例中形成栅极结构之后功能区和第二子量测区的俯视图。

图15为图14沿b-b线的截面图。

图16为一实施例中形成有源区和第四测试条之后功能区和第三子量测区的俯视图。

图17为一实施例中形成浅沟槽隔离结构和第三隔离结构之后功能区和第三子量测区的俯视图。

图18为一实施例中形成栅极结构和第五测试条之后功能区和第三子量测区的俯视图。

图19为图18沿c-c线的截面图。

图20为一实施例中形成有源区之后功能区和第四子量测区的俯视图。

图21为一实施例中形成第六测试层之后功能区和第四子量测区的俯视图。

图22为一实施例中形成栅极结构和第六测试层之后功能区和第四子量测区的俯视图。

图23为图22沿d-d线的截面图。

图24为一实施例中关键尺寸的量测结构的示意图。

附图标记说明：

10、衬底；21、第一子量测区；22、第二子量测区；23、第三子量测区；24、第四子量测区；30、有源区；40、隔离沟槽；50、浅沟槽隔离结构；60、栅极结构；61、栅极层；62、栅极侧壁；70、西格玛沟槽；131、第一测试条；231、第二测试条；331、第三测试条；431、第四测试条；531、第五测试条；631、第六测试条；630、第六测试层；141、第一沟槽；241、第二沟槽；341、第三沟槽；151、第一隔离结构；170、测试沟槽；251、第二隔离结构；351、第三隔离结构；100、第一量测图形；200、第二量测图形；300、第三量测图形；400、第四量测图形；

A1、功能区；A2、量测区；D1、第一方向；D2、第二方向。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

集成电路发展至28nm及以下关键尺寸后，必须采用锗硅（SiGe）外延技术在PMOS的漏、源区形成锗硅外延层，增加PMOS的压应力，以提高PMOS的驱动电流，提高器件整体的响应速度。在进行锗硅外延之间，需要刻蚀PMOS的源、漏区形成西格玛（Sigma）沟槽，Sigma沟槽的关键尺寸决定了器件性能的稳定性，西格玛沟槽的关键尺寸的精度要求在原子级别的标准差，西格玛沟槽的关键尺寸的量测精度至关重要。

在SRAM区域或PCM区域，西格玛沟槽的周围存在浅沟槽隔离结构，会出现非完整的西格玛沟槽，直接量测西格玛沟槽获取关键尺寸的量测难度大、过程复杂。为了快速量测西格玛沟槽的宽度和深度，相关方案中在量测区上划分出一区域，在该区域不设置浅沟槽隔离结构，直接在该区域的衬底上形成伪栅结构，然后在伪栅结构的两侧形成长条的伪西格玛沟槽，通过量测伪西格玛沟槽的关键尺寸用于表征西格玛沟槽的关键尺寸。然而，这样的量测方式，量测区的图形密度相对于SRAM区域或PCM区域的图形密度稀疏，受到图形密度差异产生的加载效应（Pattern loading）的影响，伪西格玛沟槽的关键尺寸和西格玛沟槽的关键尺寸差异性较大，以至量测偏差较大且不可控，伪西格玛沟槽的关键尺寸无法准确表征西格玛沟槽实际的结构尺寸。

本公开示例性的实施例中提供一种关键尺寸的量测方法，如图1所示，图1示出了根据本公开一示例性的实施例提供的关键尺寸的量测方法的流程图，本公开一示例性的实施例提供的一种关键尺寸的量测方法，包括如下的步骤：

步骤S11：提供衬底，衬底包括功能区和量测区，在量测区设置第一子量测区。

步骤S12：在功能区形成沿第一方向延伸的有源区，同时在第一子量测区形成沿第一方向连续延伸的第一测试条，沿第一方向，第一测试条的关键尺寸大于有源区的关键尺寸。

步骤S13：在有源区上形成沿第二方向延伸的栅极结构，同时在第一子量测区形成沿第二方向连续延伸的第二测试条，沿第二方向，第二测试条的关键尺寸大于栅极结构的关键尺寸。

步骤S14：在栅极结构两侧的有源区中形成西格玛沟槽，同时在第二测试条两侧的第一测试条中形成测试沟槽。

步骤S15：采用光学关键尺寸测量方法量测测试沟槽的关键尺寸，得到的量测结果用于表征西格玛沟槽的关键尺寸。

本实施例的关键尺寸的量测方法，在量测区的第一子量测区形成第一测试条，第一测试条沿第一方向在第一子量测区连续延伸，在第一测试条上形成沿第二方向在第一子量测区连续延伸的第二测试条，在形成西格玛沟槽的同时，在第二测试条两侧的第一测试条中形成测试沟槽，在第一方向上，第一子量测区的测试沟槽的结构完整，可以通过光学关键尺寸测量方法量测测试沟槽的关键尺寸，以测试沟槽的关键尺寸表征西格玛沟槽的关键尺寸，提高了检测效率和检测精度。

下面参照图6-图11详细描述本实施例的关键尺寸的量测方法的具体实现方式：

在步骤S11中，如图6所示，衬底10包括功能区A1和量测区A2，功能区A1的衬底10和量测区A2的衬底10的膜层相同，本实施例中以衬底10为硅晶衬底为示例进行说明，在其他实施例中，衬底10可以为其他种类的半导体衬底。需要说明的是，衬底10还包括除功能区A1和量测区A2以外的其他区域，本申请的附图6中仅示出了功能区A1和量测区A2的布局示意图。

功能区A1可以为SRAM区或PCM区。在量测区A2定义一区域作为第一子量测区21，第一子量测区21用于量测西格玛沟槽的关键尺寸（后续实施例中会进行详细说明）。

在步骤S12中，以在功能区A1形成PMOS的制程过程对本方案进行说明。在功能区A1形成沿第一方向D1延伸的有源区30，同时在第一子量测区21形成沿第一方向D1连续延伸的第一测试条131，可以采用以下实施方式：

步骤S121：在功能区形成隔离沟槽，隔离沟槽将功能区的衬底划分成多个独立设置的有源区，同时在第一子量测区形成独立设置的第一沟槽，第一沟槽将第一子量测区的衬底划分成多个独立设置的第一测试条。

如图6、图7、图8所示，对衬底10的功能区A1和第一子量测区21进行光刻刻蚀，去除功能区A1的部分衬底10，在功能区A1形成隔离沟槽40。隔离沟槽40将功能区A1的衬底10划分成多个独立设置的有源区30，有源区30沿第一方向D1延伸，且有源区30沿第一方向D1、垂直于第一方向D1的第二方向D2间隔排列。

在去除功能区A1的部分衬底10的同时，刻蚀去除第一子量测区21的部分衬底10，在第一子量测区21形成第一沟槽141。第一沟槽141将第一子量测区的衬底10划分成多个独立设置的第一测试条131，多个第一测试条131在第一子量测区21周期性排列。

如图8所示，第一测试条131沿第一方向D1在第一子量测区21连续延伸，沿第二方向D2，第一测试条131和第一沟槽141间隔设置，也即第一测试条131和第一沟槽141沿第二方向D2的排列规则表征了有源区30和隔离沟槽40沿第二方向D2的排列规则。第一测试条131在第一方向D1上的关键尺寸大于有源区30在第一方向D1上的关键尺寸，也即第一测试条131在第一方向D1上的长度大于有源区30在第一方向D1上的长度，以使后续能够在第一子量测区21形成完整的测试沟槽170（参照图11）。

在一些实施例中，第一测试条131在第一方向D1上的关键尺寸和有源区30在第一方向D1上的关键尺寸的比例大于或等于2 : 1，示例性的，第一测试条131在第一方向D1上的关键尺寸和有源区30在第一方向D1上的关键尺寸的比例可以为2 : 1、2.5 : 1或3 : 1等，本实施例中，第一测试条131在第一方向D1上的关键尺寸和有源区30在第一方向D1上的关键尺寸的比例为2.5 : 1。

步骤S122：在隔离沟槽中形成浅沟槽隔离结构，同时在第一沟槽中形成第一隔离结构。

如图9所示，参照图8，可以沉积隔离材料填充隔离沟槽40和第一沟槽141，隔离材料填充隔离沟槽40在功能区A1形成浅沟槽隔离结构50，浅沟槽隔离结构50设置在相邻的有源区30之间；隔离材料填充第一沟槽141在第一子量测区21形成第一隔离结构151。

在步骤S13中，如图10所示，参照图9，在功能区A1形成多个栅极结构60，栅极结构60沿第二方向D2延伸，栅极结构60沿第一方向D1、第二方向D2间隔排列。多个栅极结构60分别对应设置在多个有源区30上，栅极结构60暴露出有源区30两端的部分结构。每个栅极结构60包括栅极层61以及覆盖栅极层61的栅极侧壁62。

如图10所示，参照图9，在形成栅极结构60的同时，在第一子量测区21形成多个第二测试条231，多个第二测试条231在第一子量测区21周期性排列，第二测试条231沿第二方向D2在第一子量测区21连续延伸，第二测试条231在第二方向D2上的关键尺寸大于栅极结构60在第二方向D2上的关键尺寸，第二测试条231沿第一方向D1间隔排列，第二测试条231表征了栅极结构60沿第一方向D1的排列规则。

在步骤S14中，如图11所示，参照图10，刻蚀去除栅极结构60两侧的部分有源区30，在栅极结构60的两侧分别形成西格玛沟槽70，由于功能区A1的有源区30和浅沟槽隔离结构50相邻，由此形成的西格玛沟槽70周围存在浅沟槽隔离结构50，西格玛沟槽70的结构不完整。

如图11所示，参照图10，刻蚀去除栅极结构60两侧的部分有源区30的同时，刻蚀去除第二测试条231两侧的第一测试条131，在第一测试条131中形成测试沟槽170，测试沟槽170沿第一方向D1在第一子量测区21周期性排列。沿第一方向D1，第一测试条131在第一子量测区21连续延伸，在第一子量测区21形成的测试沟槽170周期性排列、且结构完整。

在步骤S15中，参照图11，采用光学关键尺寸测量方法量测测试沟槽170，获取测试沟槽170的关键尺寸，以测试沟槽170的关键尺寸表征西格玛沟槽70的关键尺寸，西格玛沟槽70的关键尺寸包括西格玛沟槽70的深度、西格玛沟槽70的角度、西格玛沟槽70沿第一方向D1的尺寸以及西格玛沟槽70沿第二方向D2的尺寸等。

本实施例的关键尺寸的量测方法，第一测试条沿第一方向在第一子量测区连续延伸，没有第一隔离结构在第一方向上影响测试沟槽的结构完整性，从而测试沟槽的关键尺寸能够表征西格玛沟槽的关键尺寸。

本实施例的关键尺寸的量测方法通过第一测试条在第一子量测区表征有源区沿第二方向的周期性排列规则，通过第二测试条在第一子量测区表征栅极结构沿第一方向的周期性排列规则，以使形成在第一子量测区的测试沟槽和西格玛沟槽的图形密度基本相同，避免功能区和第一子量测区的图形密度不同导致功能区和第一子量测区的刻蚀速率不同的问题，以使在第一子量测区形成的测试沟槽能够更准确的表征西格玛沟槽的关键尺寸，提升量测精度。

在一些实施例中，如图10、图11所示，除沿第一方向D1的关键尺寸之外，第一测试条131的其余的关键尺寸和有源区30的其余的关键尺寸相同。比如，第一测试条131的其余的关键尺寸可以包括第一测试条131在第二方向D2上的宽度，相邻的第一测试条131在第二方向131上的间距，第一测试条131的高度（第一沟槽141的深度）等。

除沿第二方向D2的关键尺寸之外，第二测试条231的其余的关键尺寸和栅极结构60的其余的关键尺寸相同。比如，第二测试条231的其余的关键尺寸可以包括第二测试条231在第一方向D1上的宽度，相邻的第二测试条231在第一方向D1的间距，第二测试条231的高度等。

如此，第一测试条131在第一子量测区21精确的表征功能区A1的有源区30在第二方向D2上的排列规则，第二测试条231在第一子量测区21精确的表征功能区A1的栅极结构60在第一方向D1上的排列规则，在第一子量测区21形成测试沟槽170的图形密度和功能区A1的西格玛沟槽70的图形密度高度一致，以使测试沟槽170的关键尺寸能够更精确的表征西格玛沟槽70的关键尺寸。

在一些实施例中，本实施例包括上述实施例的全部步骤，如图2所示，本实施例的关键尺寸的量测方法，还包括以下步骤：

步骤S2：采用光学关键尺寸测量方法量测第一测试条和第一隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成栅极结构之前，有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度。

参照图11所示，有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度（Step height），间接影响在形成栅极结构60的栅极层61的过程中，沉积在浅沟槽隔离结构50上的膜层（通常为多晶硅层）的高度。在28nm及以下工艺，有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度过小，在去除浅沟槽隔离结构50上的多晶硅（a-Si）制程中，难以将浅沟槽隔离结构50上的多晶硅完全去除，残留的多晶硅影响对器件的后续制程。在相关方案中，为了量测有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度，只能通过透射电镜（TEM）进行量测，但量测周期长且无法线上量测，造成制程推进速度慢。

本实施例中，步骤S2在步骤S122形成浅沟槽隔离结构之后执行，具体的步骤S2可以在形成浅沟槽隔离结构50之后，到步骤S13中栅极结构60形成之前执行，参照图10、图11所示，本实施例在第一子量测区21形成第一测试条131和第一隔离结构151之后，第一子量测区21没有第二测试条231干扰，第一子量测区21的图形更加简单，采用光学关键尺寸测量方法能够精确的量测第一测试条131和第一隔离结构151的高度差，用于表征出功能区A1中有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度，可以降低用于量测的光谱的复杂程度，提升了量测的精确性。

本实施例中，可以在形成浅沟槽隔离结构50之后，栅极结构60形成之前对有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度实现多站实时监测。

根据一示例性的实施例，如图3所示，本实施例的关键尺寸的量测方法，还包括以下步骤：

步骤S31：在量测区设置第二子量测区。

步骤S32：在形成隔离沟槽的同时，在第二子量测区形成第二沟槽，第二沟槽将第二子量测区的衬底划分成独立设置的第三测试条。

步骤S33：在隔离沟槽中形成浅沟槽隔离结构的同时，在第二沟槽中形成第二隔离结构。

步骤S34：采用光学关键尺寸测量方法量测第三测试条和第二隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成栅极结构之前，有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度。

在步骤S31中，参照图6所示，在量测区A2定义一区域作为第二子量测区22，第二子量测区22和第一子量测区21独立设置，第二子量测区22用于量测功能区A1中有源区30和浅沟槽隔离结构50（参照图15）的台阶高度。

在步骤S32中，如图6、图12所示，在形成隔离沟槽40的同时，对第二子量测区22进行光刻曝光，刻蚀去除第二子量测区22的部分衬底10，在第二子量测区22形成第二沟槽241，第二沟槽241将第二子量测区22的衬底10划分成多个第三测试条331，第三测试条331在第二子量测区22周期性排列。

第三测试条331的沿延伸方向不做限制，第三测试条331在第二子量测区22能够表征有源区30的排列规则即可。比如，参照图12所示，本实施例中第三测试条331沿第二方向D2延伸。

在步骤S33中，如图13所示，参照图12，在形成浅沟槽隔离结构50的同时，沉积隔离材料填充第二沟槽241，在第二沟槽241中形成第二隔离结构251，第二隔离结构251和第三测试条331的顶面具有高度差。

参照图14、图15所示，形成栅极结构60的过程中，采用掩膜保护第二子量测区22，不在第二子量测区22形成和栅极结构60类型的测试条。

在步骤S34中，参照图14、图15，采用光学关键尺寸测量方法量测第三测试条331和第二隔离结构251的高度差，以第三测试条331和第二隔离结构251的高度差表征形成栅极结构60之前，有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度。

在一些实施例中，参照图14、图15，第三测试条331和有源区30具有相同的关键尺寸，如此，通过第三测试条331和第二隔离结构251即可在第二子量测区22表征有源区30和浅沟槽隔离结构50的关键尺寸，精确的表征有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度。

本实施例的关键尺寸的量测方法，在功能区形成栅极结构的过程中，采用掩膜覆盖第二子量测区，在第二子量测区形成的量测图形更简单，能够降低量测第三测试条和第二隔离结构的高度差的光谱复杂程度；本实施例可以在形成浅沟槽隔离结构之后，栅极结构形成之前对有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度实现多站实时监测。

根据一示例性的实施例，如图4所示，本实施例的关键尺寸的量测方法，还包括以下步骤：

步骤S41：在量测区设置第三子量测区。

步骤S42：在形成隔离沟槽的同时，在第三子量测区形成第三沟槽，第三沟槽将第三子量测区的衬底划分成独立设置的第四测试条，第四测试条沿第一方向间隔排列，第四测试条和有源区具有相同的关键尺寸。

步骤S43：在形成浅沟槽隔离结构的同时，在第三沟槽中形成第三隔离结构。

步骤S44：在功能区形成栅极结构的同时，在第四测试条上形成沿第二方向连续延伸的第五测试条，沿第二方向，第五测试条的关键尺寸大于栅极结构的关键尺寸，第五测试条的其余的关键尺寸和栅极结构的其余的关键尺寸相同。

步骤S45：采用光学关键尺寸测量方法量测第四测试条和第三隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成栅极结构之后，有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度。

在步骤S41中，如图6所示，在量测区A2定义一区域作为第三子量测区23，第三子量测区23和第一子量测区21、第二子量测区22独立设置，第三子量测区23用于量测功能区A1中有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度。

在步骤S42中，如图6、图16所示，在形成隔离沟槽40的同时，对第三子量测区23进行光刻曝光，刻蚀去除第三子量测区23的部分衬底10，在第三子量测区23形成第三沟槽341，第三沟槽341将第三子量测区23的衬底10划分成独立设置的第四测试条431，第四测试条431在第三子量测区23周期性排列，第四测试条431和有源区30具有相同的关键尺寸。第四测试条431沿第一方向D1间隔排列，第四测试条431沿第二方向D2间隔排列，第四测试条431在第三子量测区23表征有源区30的排列规则。

在步骤S43中，如图17所示，参照图16，在形成浅沟槽隔离结构50的同时，沉积隔离材料填充第三沟槽341，在第三沟槽341中形成第三隔离结构351。

在步骤S44中，如图18、图19所示，参照图17，在功能区A1形成栅极结构60的同时，在第三子量测区23形成多个第五测试条531，多个第五测试条531周期性排列，第五测试条531设置在第四测试条431上，第五测试条531沿第二方向D2在第三子量测区23连续延伸，第五测试条531在第二方向D2上的关键尺寸大于栅极结构60在第二方向D1上的关键尺寸，第五测试条531的其余的关键尺寸和栅极结构60的其余的关键尺寸相同。

在步骤S45中，参照图18、图19，采用光学关键尺寸测量方法量测第四测试条431和第三隔离结构351的高度差，以第四测试条431和第三隔离结构351的高度差表征形成栅极结构之后，有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度。

本实施例的关键尺寸的量测方法，在第三子量测区形成第四测试条表征有源区的排列规则，然后在第四测试条之间形成第三隔离结构，再在第四测试条上形成第五测试条，第五测试条和栅极结构高度相似，第四测试条和第五测试条在第三子量测区形成周期性排列的结构，可以采用光学关键尺寸测量方法量测第四测试条和第三隔离结构的高度差，真实高效的获得量测结果，收集到的光谱信息能更加准确的反映出有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度。

本实施例的关键尺寸的量测方法，可以在形成浅沟槽隔离结构之后，栅极结构形成之前对有源区和浅沟槽隔离结构的台阶高度实现多站实时监测。

根据一示例性的实施例，如图5所示，本实施例的关键尺寸的量测方法，还包括以下步骤：

步骤S51：在量测区设置第四子量测区。

步骤S52：在第四子量测区上形成第六测试层。

步骤S53：在形成栅极结构的同时，刻蚀第六测试层形成第六测试条，第六测试条暴露出第四子量测区的部分衬底。

步骤S54：采用光学关键尺寸测量方法量测第六测试条的底部的衬底和第四子量测区暴露的衬底的高度差，量测结果用于表征形成栅极结构之后，栅极结构周围的衬底和栅极结构的底面的台阶高度。

在步骤S51中，如图6所示，在量测区A2设置第四子量测区24，第一子量测区21、第二子量测区22、第三子量测区23和第四子量测区24独立设置。

如图20所示，在功能区A1形成隔离沟槽40和浅沟槽隔离结构50的制程中，采用掩膜覆盖第四子量测区24的衬底10。

在步骤S52中，如图21所示，参照图20，在形成栅极结构60之前，形成第六测试层630，第六测试层630覆盖第四子量测区24的衬底10，第六测试层630可以为单晶硅层或多晶硅层。

在步骤S53中，如图22、图23所示，参照图21，本实施例中在形成栅极结构60的栅极侧壁62的过程中，对第六测试层630进行光刻曝光，刻蚀第六测试层630形成第六测试条631，第六测试条631暴露出第四子量测区24的部分衬底10。

在形成栅极结构60的栅极侧壁62的过程中，可能出现过刻蚀去除栅极结构60的周围的部分衬底10，导致栅极结构60周围的衬底10和栅极结构60的底面存在台阶高度。如图22、图23所示，参照图21，在形成栅极侧壁62的同时，在第四子量测区24形成第六测试条631，过刻蚀去除在第四子量测区24的部分衬底10，第六测试条631的底部的衬底10和第四子量测区24暴露的衬底10形成的高度差。

在步骤S54中，参照图22、图23所示，采用光学关键尺寸测量方法量测第六测试条631下方的衬底10和第四子量测区24的暴露的衬底10的高度差，表征形成栅极结构60之后，栅极结构60周围的衬底10和和栅极侧壁62的台阶高度，也即表征功能区A1形成栅极结构60的过程中，对有源区30过刻蚀的深度。

本实施例的关键尺寸的量测方法，在第四子量测区不设置隔离结构，通过在第四子量测区形成第六测试条表征形成栅极结构的过程，第四子量测区的图形结构简单，能够降低量测第四子量测区的衬底的高度差的光谱复杂程度，有效提升实际量测结果的准确度，有效提升量测效率，能够更加快速的进行量测，缩短量测时间，提高效益。本实施例的关键尺寸的量测方法，可以在形成浅沟槽隔离结构之后，栅极结构形成之前对第四子量测区的衬底的高度差实现多站实时监测。

根据一示例性实施例，本实施例的关键尺寸的量测方法，如图6所示，在对衬底10进行制程之前，在衬底10的量测区A2定义独立设置的第一子量测区21、第二子量测区22、第三子量测区23和第四子量测区24，采用掩膜覆盖第四子量测区24的衬底10。

参照图8，在功能区A1形成隔离沟槽40将衬底10划分成有源区30的同时，对第一子量测区21进行光照曝光，刻蚀形成第一沟槽141和第一测试条131，第一测试条131周期性排列；参照图12，同时对第二子量测区22进行光照曝光，刻蚀后形成第二沟槽241和第三测试条331，第三测试条331周期性排列；参照图16，同时对第三子量测区23进行光照曝光，刻蚀后形成第三沟槽341和第四测试条431，第四测试条431周期性排列。

参照图9，在功能区A1形成浅沟槽隔离结构50，参照图13，同时在第一子量测区21形成第一隔离结构151，在第二子量测区22形成第二隔离结构251，参照图17，在第三子量测区23形成第三隔离结构351。然后，采用掩膜覆盖第二子量测区22。

参照图20、图21，去除第四子量测区24上的掩膜，在第四子量测区24的衬底10上形成第六测试层630。

参照图10，在功能区A1形成栅极结构60，同时在第一子量测区21形成第二测试条231，第二测试条231周期性排列；参照图18，在第三子量测区23形成第五测试条531，第五测试条531周期性排列；参照图22，刻蚀第六测试层630在第四子量测区24形成第六测试条631，第六测试条631周期性排列。

参照图10、图11，在栅极结构60两侧的有源区30中形成西格玛沟槽70，同时在第二测试条231两侧的第一测试条131中形成测试沟槽170。

采用光学关键尺寸测量方法量测测试沟槽170的关键尺寸，得到的量测结果用于表征西格玛沟槽70的关键尺寸；量测第三测试条331和第二隔离结构251的高度差，得到的量测结果用于表征形成栅极结构60之前，有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度；量测第四测试条431和第三隔离结构351的高度差，得到的量测结果用于表征形成栅极结构60之后，有源区30和浅沟槽隔离结构50的台阶高度；量测第六测试条631的底部的衬底10和第四子量测区24暴露的衬底10的高度差，量测结果用于表征形成栅极结构60之后，栅极结构60周围的衬底10和栅极结构60的底面的台阶高度。

根据一示例性实施例，本实施例提供了一种关键尺寸的量测结构，参照图6所示，关键尺寸的量测结构设置在衬底10的量测区A2，参照图6、图24所示，关键尺寸的量测结构包括第一量测图形100，第一量测图形100设置在量测区A2的第一子量测区21，第一量测图形100包括第一测试条131、第二测试条231和测试沟槽170（参照图11），第一测试条131沿第一方向D1在第一子量测区21连续延伸，第二测试条231沿第二方向D2在第一测试条131上延伸，测试沟槽170设置在第二测试条231的两侧的第一测试条131中。

在一些实施例中，参照图6、图10、图11，衬底10还包括功能区A1，第一测试条131和功能区A1的有源区30同层设置，第二测试条231和功能区A1的栅极结构60同层设置，测试沟槽170和功能区A1的西格玛沟槽70同层设置。有源区30沿第一方向D1延伸，沿第一方向D1，第一测试条131的关键尺寸大于有源区30关键尺寸，第一测试条131的其余的关键尺寸和有源区30的其余的关键尺寸相同。栅极结构60沿第二方向D2延伸，沿第二方向D2，第二测试条231的关键尺寸大于栅极结构60关键尺寸，第二测试条231的其余的关键尺寸和栅极结构60的其余的关键尺寸相同。

其中，本实施例中的“同层设置”是指在同一制程步骤中形成。

在一些实施例中，参照图6、图24所示，关键尺寸的量测结构还包括第二量测图形200，设置在量测区A2的第二子量测区22，第二量测图形200包括在第二子量测区22周期性排布的第三测试条331以及设置在第三测试条331之间的第二隔离结构251，第三测试条331和有源区30同层设置，第二隔离结构251和功能区A1的浅沟槽隔离结构50同层设置。

在一些实施例中，参照图6、图24所示，关键尺寸的量测结构还包括第三量测图形300，设置在量测区A2的第三子量测区23，第三量测图形300包括第四测试条431、第三隔离结构351和第五测试条531，第四测试条431沿第一方向D1间隔排列，第四测试条431和有源区30同层设置，第四测试条431和有源区30具有相同的关键尺寸；第三隔离结构351设置在第四测试条431之间，第三隔离结构351和功能区A1的浅沟槽隔离结构50同层设置；第五测试条531沿第二方向D2在第四测试条431上延伸，第五测试条531和栅极结构60同层设置，沿第二方向D2，第五测试条531的关键尺寸大于栅极结构60的关键尺寸，第五测试条531的其余的关键尺寸和栅极结构60的其余的关键尺寸相同。

在一些实施例中，参照图6、图24所示，关键尺寸的量测结构还包括第四量测图形400，第四量测图形400设置在量测区A2的第四子量测区24，第四量测图形400包括设置在第四子量测区24上的第六测试条631，第六测试条631和栅极结构60同层设置。

在一些实施例中，参照图6、图24所示，第一子量测区21、第二子量测区22、第三子量测区23、第四子量测区24独立设置。

本发明意想不到的技术效果是：通过在量测区设置量测图形，采用光学关键尺寸测量方法量测量测图形的关键尺寸，以量测图形的关键尺寸表征器件或结构的关键尺寸，降低了量测难度，降低了量测光谱的复杂程度，有效提升了量测精准度，能够更加快速的进行量测，缩短量测时间，提高效益。

同时，本发明的关键尺寸的量测方法及量测结构，量测精度高，能够用于量测28nm及以下关键尺寸的集成电路中的器件或结构，为集成电路向小型化发展提供技术支持。可以理解的是，本申请的关键尺寸的量测方法及量测结构同样适用于量测28nm及以下关键尺寸的集成电路中的器件或结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种关键尺寸的量测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供衬底，所述衬底包括功能区和量测区，在所述量测区设置第一子量测区；

在所述功能区形成沿第一方向延伸的有源区，同时在所述第一子量测区形成沿所述第一方向连续延伸的第一测试条，沿所述第一方向，所述第一测试条的关键尺寸大于所述有源区的关键尺寸；

在所述有源区上形成沿第二方向延伸的栅极结构，同时在所述第一子量测区形成沿所述第二方向连续延伸的第二测试条，沿所述第二方向，所述第二测试条的关键尺寸大于所述栅极结构的关键尺寸；

在所述栅极结构两侧的所述有源区中形成西格玛沟槽，同时在所述第二测试条两侧的所述第一测试条中形成测试沟槽；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述测试沟槽的关键尺寸，得到的量测结果用于表征所述西格玛沟槽的关键尺寸；

除沿所述第一方向的关键尺寸之外，所述第一测试条的其余的关键尺寸和所述有源区的其余的关键尺寸相同；

除沿所述第二方向的关键尺寸之外，所述第二测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同。

2.根据权利要求1所述的关键尺寸的量测方法，其特征在于，在所述功能区形成沿第一方向延伸的有源区，同时在所述第一子量测区形成沿所述第一方向连续延伸的第一测试条，包括：

在所述功能区形成隔离沟槽，所述隔离沟槽将所述功能区的所述衬底划分成多个独立设置的所述有源区，同时在所述第一子量测区形成独立设置的第一沟槽，所述第一沟槽将所述第一子量测区的所述衬底划分成多个独立设置的所述第一测试条；

在所述隔离沟槽中形成浅沟槽隔离结构，同时在所述第一沟槽中形成第一隔离结构。

3.根据权利要求2所述的关键尺寸的量测方法，其特征在于，形成所述浅沟槽隔离结构之后，所述量测方法还包括：

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第一测试条和所述第一隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成所述栅极结构之前，所述有源区和所述浅沟槽隔离结构的台阶高度。

4.根据权利要求2所述的关键尺寸的量测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述量测区设置第二子量测区；

在形成所述隔离沟槽的同时，在所述第二子量测区形成第二沟槽，所述第二沟槽将所述第二子量测区的所述衬底划分成独立设置的第三测试条；

在所述隔离沟槽中形成所述浅沟槽隔离结构的同时，在所述第二沟槽中形成第二隔离结构；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第三测试条和所述第二隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成所述栅极结构之前，所述有源区和所述浅沟槽隔离结构的台阶高度。

5.根据权利要求2所述的关键尺寸的量测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述量测区设置第三子量测区；

在形成所述隔离沟槽的同时，在所述第三子量测区形成第三沟槽，所述第三沟槽将所述第三子量测区的所述衬底划分成独立设置的第四测试条，所述第四测试条沿所述第一方向间隔排列，所述第四测试条和所述有源区具有相同的关键尺寸；

在形成所述浅沟槽隔离结构的同时，在所述第三沟槽中形成第三隔离结构；

在所述功能区形成所述栅极结构的同时，在所述第四测试条上形成沿所述第二方向连续延伸的第五测试条，沿所述第二方向，所述第五测试条的关键尺寸大于所述栅极结构的关键尺寸，所述第五测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第四测试条和所述第三隔离结构的高度差，得到的量测结果用于表征形成所述栅极结构之后，所述有源区和所述浅沟槽隔离结构的台阶高度。

6.根据权利要求5所述的关键尺寸的量测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述量测区设置第四子量测区；

在所述第四子量测区上形成第六测试层；

在形成所述栅极结构的同时，刻蚀所述第六测试层形成第六测试条，所述第六测试条暴露出所述第四子量测区的部分所述衬底；

采用光学关键尺寸测量方法量测所述第六测试条的底部的所述衬底和所述四子量测区暴露的所述衬底的高度差，量测结果用于表征形成所述栅极结构之后，所述栅极结构周围的所述衬底和所述栅极结构的底面的台阶高度。

7.一种关键尺寸的量测结构，其特征在于，设置在衬底的量测区，所述关键尺寸的量测结构包括：

第一量测图形，所述第一量测图形设置在所述量测区的第一子量测区，所述第一量测图形包括：

第一测试条，所述第一测试条沿第一方向在所述第一子量测区连续延伸；

第二测试条，所述第二测试条沿第二方向在所述第一测试条上延伸；

测试沟槽，所述测试沟槽设置在所述第二测试条的两侧的所述第一测试条中；

所述衬底还包括功能区，所述第一测试条和所述功能区的有源区同层设置，所述第二测试条和所述功能区的栅极结构同层设置，所述测试沟槽和所述功能区的西格玛沟槽同层设置；

所述有源区沿所述第一方向延伸，沿所述第一方向，所述第一测试条的关键尺寸大于所述有源区关键尺寸，所述第一测试条的其余的关键尺寸和所述有源区的其余的关键尺寸相同；

所述栅极结构沿所述第二方向延伸，沿所述第二方向，所述第二测试条的关键尺寸大于所述栅极结构关键尺寸，所述第二测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同。

8.根据权利要求7所述的关键尺寸的量测结构，其特征在于，所述关键尺寸的量测结构还包括：

第二量测图形，设置在所述量测区的第二子量测区，所述第二量测图形包括在所述第二子量测区周期性排布的第三测试条以及设置在所述第三测试条之间的第二隔离结构，所述第三测试条和所述有源区同层设置，所述第二隔离结构和所述功能区的浅沟槽隔离结构同层设置。

9.根据权利要求7所述的关键尺寸的量测结构，其特征在于，所述关键尺寸的量测结构还包括：

第三量测图形，设置在所述量测区的第三子量测区，所述第三量测图形包括：

第四测试条，所述第四测试条沿所述第一方向间隔排列，所述第四测试条和所述有源区同层设置，所述第四测试条和所述有源区具有相同的关键尺寸；

第三隔离结构，所述第三隔离结构设置在所述第四测试条之间，所述第三隔离结构和所述功能区的浅沟槽隔离结构同层设置；

第五测试条，所述第五测试条沿所述第二方向在所述第四测试条上延伸，所述第五测试条和所述栅极结构同层设置，沿所述第二方向，所述第五测试条的关键尺寸大于所述栅极结构的关键尺寸，所述第五测试条的其余的关键尺寸和所述栅极结构的其余的关键尺寸相同。

10.根据权利要求7所述的关键尺寸的量测结构，其特征在于，所述关键尺寸的量测结构还包括：

第四量测图形，设置在所述量测区的第四子量测区，所述第四量测图形包括设置在所述第四子量测区上的第六测试条，所述第六测试条和所述栅极结构同层设置。