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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung
Nr. 2003-35603, angemeldet beim koreanischen Patentamt am 3. Juni
2003, deren Inhalt hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommen
wird.
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1. Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement
mit einer Messstruktur und auf ein Verfahren zum Messen des Halbleiterbauelements
unter Verwendung der Messstruktur.
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2. Diskussion
des Standes der Technik
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Ein
bekannter Fertigungsprozess für
einen integrierten Halbleiterschaltkreis bildet einen integrierten Halbleiterschaltkreis
mit gewünschten
Funktionen durch Aufbringen und Ätzen
von leitfähigen
und isolierenden Schichten in einer Mehrschichtform gemäß einer
Auslegungsvorschrift. Es ist wichtig, die Dicke jeder Schicht zu überwachen,
die in dem Fertigungsprozess aufgebracht wird, um so in der Lage
zu sein, Eigenschaften eines Halbleiterbauelements vorauszusehen
oder die Ioneninjektionsenergie in einem nachfolgenden Ioneninjektionsprozess
oder ein Ätztarget
zu bestimmen.
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Ein
bekanntes Verfahren misst die Dicke von isolierenden Schichten,
die auf einer leitfähigen
Verdrahtungsstruktur ausgebildet sind, unter Verwendung eines optischen
und Kapazitätsmessinstruments.
Die Dicke der isolierten Schichten kann von der Dichte der Verdrahtungsstruktur
mit den darauf ausgebildeten isolierenden Schichten abhängig sein.
Außerdem
kann, wenn eine Breite der Verdrahtungsstruktur gering ist, eine
exakte Messung aufgrund des Auftretens eines Messfehlers unmöglich sein,
der aus einem schmalen Oberflächengebiet
der Verdrahtungsstruktur resultiert. Daher wird eine Technologie
bereitgestellt, um die Dicke der auf der Verdrahtungsstruktur ausgebildeten
Isolationsschichten zuverlässig
zu messen, selbst in einem Gebiet der Verdrahtungsstruktur mit geringer
Dichte, indem Korrelationen zwischen dem elektrischen Widerstand
einer Verdrahtungsstruktur und der Dicke der Isolationsschichten
verwendet werden.
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Ein
Messgebiet wird innerhalb eines Anreißgebiets eingerichtet, das
ein Chipgebiet umgibt, in dem der integrierte Halbleiterschaltkreis
ausgebildet wird, und während
des Schaltkreisfertigungsprozesses wird eine optische Messung jeder
Schicht in dem Schaltkreis in dem Anreißgebiet durchgeführt.
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1 ist ein schematisches
Diagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen einem Chip- und einem
Messstrukturgebiet darstellt. Bezugnehmend auf 1 sind Chipgebiete 10, in denen
der integrierte Halbleiterschaltkreis ausgebildet wird, auf einem
Halbleiterwafer zum Bei spiel in einer Matrix in vertikaler und horizontaler
Richtung hergestellt. Ein Zwischenraum zwischen den Chipgebieten 10 wird
als Anreißgebiet 20 bezeichnet.
Jedes Chipgebiet 10 ist entlang des Anreißgebiets 20 in
einen Einheitschip separiert. Wenn der Schaltkreisfertigungsprozess
in jedem Chipgebiet 10 beendet ist, wird jeder Einheitschip
in einem nachfolgenden Packungsprozess gepackt.
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Ein
Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Messstruktur, die in einem
Messgebiet innerhalb des Anreißgebiets 20 ausgebildet
ist. Die Messstruktur 22 wird in dem gleichen Schritt wie
die Bildung einer Schaltkreisstruktur des integrierten Halbleiterschaltkreises
gebildet. Somit wird eine optische Messung auf einer Materialschicht
des Chipgebiets 10 mit der Schaltkreisstruktur auf der
Messstruktur 22 statt auf der Schaltkreisstruktur des Chipgebiets 10 durchgeführt.
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2 ist ein schematisches
Diagramm, das eine Positionsbeziehung einer herkömmlichen Messstruktur und eines
Messstrahlgebiets darstellt und demgemäß eine vergrößerte Ansicht
der Messstruktur 22 von 1 bereitstellt.
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Bezugnehmend
auf 2 ist ein Strahlgebiet 24,
das ein Reflektionsgebiet von Messstrahlen bezeichnet, die von einem
Messinstrument herrühren,
innerhalb der Messstruktur 22 platziert. Das Messinstrument kann
eine Dicke einer gemessenen Materialschicht durch Projizieren von
Licht auf ein Target oder die gemessene Materialschicht messen.
Das Messinstrument kann zum Beispiel ein Spektrometer oder ein Ellipsometer sein.
Eine Abmessung des Strahlgebiets 24, das auf die gemessene
Materialschicht von dem Messinstrument projiziert wird, beträgt etwa
40μm × 40μm. Die Abmessung
der Messstruktur 22 beträgt etwa 80μm bis ungefähr 10μm × etwa 80 μm bis ungefähr 100μm.
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3 ist ein Querschnitt, der
die herkömmliche
Messstruktur von 2 schematisch
darstellt. Bezugnehmend auf 3 sind
Abschnitte des Chipgebiets 10, in dem der integrierte Halbleiterschaltkreis
ausgebildet wird, und ein Anreißgebiet 20,
welches das Chipgebiet 10 umgibt, benachbart dargestellt.
Eine integrierte Schaltkreisstruktur 26 und die Messstruktur 22 sind
jeweils in einer ersten Materialschicht 30 ausgebildet,
die aus einer isolierenden oder leitfähigen Materialschicht besteht,
die in einem Schritt der Herstellung eines einkristallinen Siliciumsubstrats
oder der Herstellung des integrierten Halbleiterschaltkreises in
dem Chipgebiet 10 gebildet wird.
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Die
integrierte Schaltkreisstruktur 26, die in Form von Gräben mit
einem bestimmten Intervall in dem Chipgebiet 10 ausgebildet
ist, umfasst mehrere Teile dicht nebeneinander, wenn der Integrationsgrad
des integrierten Halbleiterschaltkreises zunimmt. Die Messstruktur 22,
die in Form eines einzelnen Grabens innerhalb des Anreißgebiets 20 hergestellt
ist, ist so gebildet, dass sie größer als jene des Strahlgebiets 24 in 2 ist, um einen Messfehler
aufgrund einer Fehljustierung des Messinstruments zu verhindern.
Die integrierte Schaltkreisstruktur 26 und die Messstruktur 22 können gleichzeitig
gebildet werden.
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Danach
wird eine zweite Materialschicht 32 auf der gesamten Oberfläche der
ersten Materialschicht 30, in der die integrierte Schaltkreisstruktur 26 und
die Messstruktur 22 gebildet sind, und in den Gräben aufgebracht,
die durch den integrierten Schaltkreis und die Messstrukturen 26 und 22 gebildet
sind. Dann wird ein Teil der zweiten Materialschicht 32 durch
einen chemisch-mechanischen Polierprozess (CMP) entfernt, um die Oberfläche der
ersten Materialschicht 30 freizulegen. Somit verbleibt
die zweite Materialschicht 32 innerhalb der grabenförmigen integrierten
Schaltkreisstruktur 26 und der Messstruktur 22.
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Abhängig von
der Dichte einer Struktur, die auf dem Substrat gebildet wird, tritt
ein Unterschied bei einem Depositions- oder Ätzprozess für den integrierten Halbleiterschaltkreis
auf. Außerdem
unterscheidet sich die Entfernungsgeschwindigkeit, insbesondere
bei dem CMP-Prozess, abhängig
von der Abmessung der Struktur. Die Dicke H1 der zweiten Materialschicht 32,
die in der integrierten Schaltkreisstruktur 26 ausgebildet ist,
unterscheidet sich z.B. von der Dicke H2 der zweiten Materialschicht 32,
die in der Messstruktur 22 ausgebildet ist. Während in
der zweiten Materialschicht 32, die in der integrierten
Schaltkreisstruktur 26 mit einer hohen Dichte ausgebildet
ist, nahezu keine Dellenbildung auftritt, tritt eine beträchtliche
Dellenbildung in der zweiten Materialschicht 32 auf, die
in der Messstruktur 22 mit einer relativ großen Abmessung
ausgebildet ist. Das heißt,
der Unterschied tritt zwischen H1, der tatsächlichen Dicke der zweiten
Materialschicht 32 in dem Chipgebiet 10, und H2
auf, der gemessenen Dicke der zweiten Materialschicht 32 in
dem Anreißgebiet 20.
Dadurch wird die Zuverlässigkeit
der Messung verringert.
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Daher
wird die Dicke der zweiten Materialschicht 32 in der Messstruktur 22 gemessen,
um die Dicke der zweiten Materialschicht 32 in der integrierten
Schaltkreisstruktur 26 innerhalb des Chipgebiets 10 zu
messen. Um den Unterschied zwischen H1 und H2 aufgrund der Dellenbildung
zu korrigieren, wird die tatsächliche Dicke
der in der integrierten Schaltkreisstruktur 26 ausgebildeten
zweiten Materialschicht 32 mittels eines Transmissionselektronenmikroskops
(TEM) oder eines vertikalen Rasterelektronenmikroskops (VSEM) überprüft. Dann
wird unter Verwendung dieser tatsächlichen Dicke ein Kompensationswert
für die
in der Messstruktur 22 ausgebildete zweite Materialschicht 32 bestimmt.
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Die
in der Messstruktur 22 ausgebildete zweite Materialschicht 32,
die breiter als jene in der integrierten Schaltkreisstruktur 26 ausgebildete
ist, kann jedoch abhängig
von einem Wafer in verschiedenen Losen oder sogar im gleichen Los
eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Somit ist es schwierig, zu
einem adäquaten Kompensationswert
für das
gesamte Los zu kommen, wenn auf Aufnahmen vertraut wird, die eine
begrenzte Anzahl von Punkten zeigen, die durch das TEM oder VSEM
aufgenommen wurden.
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Außerdem resultiert
ein Verlust an Wafer-, menschlichen und Materialressourcen aus der
Verwendung des TEM oder VSEM. Zudem ist eine beträchtliche
Zeit zum Aufnehmen der Bilder mit dem TEM oder VSEM erforderlich.
Demgemäß wird eine
wesentlichen Zeit zum Erzielen und Anwenden eines adäquaten Kompensationswerts
in einem nachfolgenden Prozess verbraucht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Halbleiterbauelement gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleitersubstrat mit
einem Chipgebiet, in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildet
ist, und ein Anreißgebiet,
welches das Chipgebiet umgibt, eine Messstruktur, die in dem Anreißgebiet
ausgebildet ist und ein Oberflächenabschnittsgebiet
mit einem Strahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziert
werden, sowie eine Dummystruktur, die in der Messstruktur ausgebildet
ist, um das Oberflächenabschnittsgebiet
der Messstruktur zu reduzieren.
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Die
Dummystruktur kann aus einem Teil des Halbleitersubstrats gebildet
sein, der nach einer unvollständigen
Entfernung des Halbleitersubstrats von der Messstruktur verbleibt.
Die Messstruktur kann des Weiteren eine Materialschicht beinhalten,
wobei die Materialschicht aus einem Messtarget eines Messinstruments besteht,
das die Messstrahlen abgibt, und das Chipgebiet kann die Materialschicht
beinhalten, die durch den gleichen Fertigungsprozess wie die Materialschicht
der Messstruk tur gebildet wird. Das Halbleitersubstrat kann einkristallines
Silicium beinhalten, und die Materialschicht kann Siliciumoxid beinhalten.
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Außerdem kann
das Oberflächenabschnittsgebiet
der Messstruktur wenigstens viermal größer als ein Oberflächenabschnittsgebiet
des Strahlgebiets sein, und das Oberflächenabschnittsgebiet der Dummystruktur kann
ungefähr
5% bis ungefähr
15% eines Oberflächenabschnittsgebiets
des Strahlgebiets belegen.
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Des
Weiteren kann die Dummystruktur in verschiedenen Formen, wie einem
Streifentyp, einem Inseltyp und einem Gittertyp, in einer vorgegebenen
Richtung in der Messstruktur angeordnet sein.
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Ein
Halbleiter beinhaltet gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Halbleitersubstrat mit einem Chipgebiet,
in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildet ist, einem Anreißgebiet,
welches das Chipgebiet umgibt, einer ersten Materialschicht, die
auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, einer Messstruktur,
die in der ersten Materialschicht in dem Anreißgebiet ausgebildet ist und
ein Oberflächenabschnittsgebiet
mit einem Strahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziert
werden, und einer Dummystruktur zur Reduzierung des Oberflächenabschnittsgebiets
der Messstruktur.
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Die
Dummystruktur kann aus einem Teil der ersten Materialschicht gebildet
sein, die nach einer unvollständigen
Entfernung der ersten Materialschicht von der Messstruktur verbleibt.
Die Messstruktur kann des Weiteren eine zweite Materialschicht beinhalten,
wobei die zweite Materialschicht aus einem Messtarget von Messinstrumenten
besteht, welche die Messstrahlen abgeben, und das Chipgebiet kann
die zweite Materialschicht beinhalten, die in dem gleichen Fertigungsprozess
wie die zweite Materialschicht der Messstruktur gebildet wird.
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Die
erste und die zweite Materialschicht können verschiedene optische
Eigenschaften aufweisen, die erste Materialschicht kann eine leitfähige Materialschicht
sein, und die zweite Materialschicht kann eine isolierende Materialschicht
sein, und die erste und die zweite Materialschicht können verschiedene
isolierende Materialschichten sein.
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Ein
Verfahren zum Messen eines Halbleiterbauelements gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bilden eines Chipgebiets,
in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildet wird, und eines
Anreißgebiets,
welches das Chipgebiet umgibt, auf einem Halbleitersubstrat; das
Bilden einer integrierten Schaltkreisstruktur in dem Chipgebiet
durch Ätzen
eines Teils einer Oberfläche
des Halbleitersubstrats, das Bilden einer Messstruktur in dem Anreißgebiet,
wobei die Messstruktur ein Oberflächenabschnittsgebiet mit einem
Strahlgebiet beinhaltet, in das Messstrahlen projiziert werden,
das Bilden einer Dummystruktur in der Messstruktur zur Reduzierung
des Oberflächenabschnittsgebiets
der Messstruktur, das Bilden einer Materialschicht auf dem Halbleitersubstrat
mit der integrierten Schaltkreisstruktur, der Messstruktur und der
Dummystruktur, das Ätzen
der Materialschicht um eine vorgegebene Dicke und das Messen der
in der Messstruktur ausgebildeten Materialschicht.
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Das
Messen der in der Messstruktur ausgebildeten Materialschicht kann
vor dem Ätzen
der Materialschicht um die vorgegebene Dicke durchgeführt werden.
Das Verfahren kann des Weiteren das Ätzen der Materialschicht zur
Freilegung einer Oberfläche
der Dummystruktur beinhalten. Das Messen der Materialschicht kann
das Messen einer Dicke, des Schichtwiderstands oder eines Brechungsindex
der Materialschicht bedeuten.
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Ein
Verfahren zum Messen eines Halbleiterbauelements gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bilden eines Chipgebiets,
in dem ein integrierter Schaltkreis gebildet wird, und eines Anreißgebiets,
welches das Chipgebiet umgibt, auf einem Halbleitersubstrat, das
Bilden einer ersten Materialschicht auf dem Halbleitersubstrat,
das Bilden einer integrierten Schaltkreisstruktur in dem Chipgebiet durch Ätzen eines
Teils der ersten Materialschicht, das Bilden einer Messstruktur
in der ersten Materialschicht in dem Anreißgebiet, wobei ein Oberflächenabschnittsgebiet
ein Strahlgebiet beinhaltet, in das Messstrahlen projiziert werden,
das Bilden einer Dummystruktur in der Messstruktur zur Reduzierung
des Oberflächenabschnittsgebiets
der Messstruktur, das Bilden einer zweiten Materialschicht auf dem
Halbleitersubstrat mit der ersten Materialschicht, der integrierten
Halbleiterschaltkreisstruktur, der Messstruktur und der Dummystruktur, das Ätzen der
zweiten Materialschicht um eine vorgegebene Dicke und das Messen
der in der Messstruktur ausgebildeten zweiten Materialschicht.
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Als
Ergebnis kann eine Dellenbildung der Messstruktur verhindert werden,
und es kann eine zuverlässigere
Messung durch Bilden einer Dummystruktur erzielt werden, die in
einem bestimmten Maß in
dem Strahlgebiet freigelegt ist, das ins Innere der Messstruktur
projiziert ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen detaillierter verständlich,
in denen
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1 eine schematische Darstellung
ist, die eine Positionsbeziehung eines Chipgebiets und eines herkömmlichen
Messstrukturgebiets darstellt,
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2 eine schematische Darstellung
ist, die eine Positionsbeziehung einer herkömmlichen Messstruktur und eines
Messstrahlgebiets darstellt,
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3 ein Querschnitt ist, der
eine herkömmliche
Messstruktur schematisch darstellt,
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4 eine schematische Darstellung
ist, die eine Positionsbeziehung einer Messstruktur und eines Messstrahlgebiets
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt,
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5 ein Querschnitt einer
Messstruktur gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist,
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6A eine graphische Darstellung
ist, die ein tanθ-Spektrum
gemäß einem
Wellenlängenbereich darstellt,
der für
einen üblichen
Siliciumoxidfilm angewendet wird,
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6B eine graphische Darstellung
ist, die ein tanθ-Spektrum
gemäß einem
Wellenlängenbereich darstellt,
der für
eine Probe einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
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7A eine graphische Darstellung
ist, die ein cosΔ-Spektrum
gemäß einem
Wellenlängenbereich darstellt,
der für
einen üblichen
Siliciumoxidfilm angewendet wird,
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7B eine graphische Darstellung
ist, die ein cosΔ-Spektrum
gemäß einem
Wellenlängenbereich darstellt,
der für
eine Probe einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewendet wird, und
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8 eine graphische Darstellung
ist, die eine Messung eines Dellenbildungswertes und eines Anpassungsgütewertes
(GOF) basierend auf einem Dummystrukturverhältnis gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Diese Erfindung kann
jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht
auf die hierin dargelegten Ausführungsformen
beschränkt angesehen
werden; stattdessen sind diese Ausführungsformen dazu bereitgestellt,
dass diese Offenbarung ausführlich
und vollständig
ist und dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig übermittelt.
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4 ist eine schematische
Darstellung, die eine Positionsbeziehung einer Messstruktur und
eines Messstrahlgebiets gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. 5 ist
ein Querschnitt einer Messstruktur gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend
auf die 4 und 5 ist eine Messstruktur 42 in
Form eines Grabens mit quadratischem Querschnitt in einer ersten
Materialschicht 40 innerhalb eines Anreißgebiets 20 ausgebildet,
wobei sie in ihrer Form der in den 1 bis 3 gezeigten Messstruktur 22 ähnlich ist.
Anders als bei der in den 1 bis 3 gezeigten Messstruktur 22 ist
jedoch des Weiteren in der Messstruktur 42 eine Mehrzahl
von Dummystrukturen 46 ausgebildet, die mit einem bestimmten
Intervall angeordnet sind und eine Streifenform aufweisen.
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Die
erste Materialschicht 40 kann ein einkristallines Siliciumsubstrat,
eine isolierte Materialschicht mit einer Oxid- oder Nitridsubstanz
oder eine leitfähige
Schicht mit Metall oder Polysilicium sein, die in einem Schritt
eines Prozesses zur Herstellung eines integrierten Halbleiterschaltkreises
auf einem einkristallinen Siliciumwafer gebildet wird.
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Die
Dummystruktur 46 wird über
einen vorgegebenen Photoätzprozess
im gleichen Schritt wie die Bildung des integrierten Halbleiterschaltkreises
innerhalb des Chipgebiets gebildet. Nach dem Aufbringen einer zweiten
Materialschicht 44, die aus einem Material wie Siliciumoxid
besteht und andere optische Charakteristika wie die erste Materialschicht 40 aufweist,
auf der gesamten Oberfläche
eines Substrats und in diesem, in dem die Dummystruktur 46 ausgebildet
ist, wird eine Oberfläche
der ersten Materialschicht 40 durch einen Rückätzprozess
freigelegt. Der Rückätzprozess
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird durch ein chemisch-mechanisches
Polierverfahren (CMP) durchgeführt.
Wie in 5 gezeigt, tritt
Dellenbildung der zweiten Materialschicht 44 anders als
bei der zweiten Materialschicht 32 in 3 nicht auf, da die Dummystruktur 46 in
der Messstruktur 42 enthalten ist.
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Ein
Oberflächenabschnittsgebiet
der Messstruktur 42 in 4 ist
so ausgebildet, dass es eine ausreichende Toleranz aufweist, so
dass in dem Strahlgebiet 24, in das Strahlen von dem Messinstrument
aufgrund einer Fehljustierung des Messinstruments reflektiert werden,
kein Messfehler auftritt. Selbst wenn zum Beispiel das Maß an Integration
des in dem Chipgebiet ausgebildeten integrierten Halbleiterschaltkreises
erhöht
wird und eine Auslegungsvorschrift verringert wird, wird das Oberflächenabschnittsgebiet
der Messstruktur 42 wenigstens viermal größer als
jenes des Strahlgebiets 24 gemacht, das eine Messgrenze
des Messinstruments ist. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Abmessung des Oberflächenabschnittsgebiets
des Strahlgebiets 24 des Messinstruments mit etwa 40μm × 40μm realisiert,
und die Abmessung des Oberflächenabschnittsgebiets
der Messstruktur 42 ist mit etwa 80μm bis ungefähr 100μm × etwa 80μm bis ungefähr 100μm gebildet. In diesem Fall ist
das Oberflächenabschnittsgebiet
der Messstruktur 42 um den Faktor 4 bis 6,25 größer als
jenes des Strahlgebiets 24.
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Die
zweite Materialschicht 44 oder die gemessene Materialschicht
und die Dummystruktur 46 werden zusammen in dem in 4 gezeigten Strahlgebiet 24 freigelegt,
in das Strahlen von dem Messinstrument reflektiert werden. Somit
beinhaltet ein tatsächlicher
gemessener Wert nicht nur einen Wert, der von einer Oberfläche der
zweiten Materialschicht 44 gemessen ist, sondern auch einen
Wert, der von der Oberfläche
der Dummystruktur 46 gemessen ist. Das Dickenmessinstrument,
das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Spektrometer,
das die Dicke der gemessenen Materialschicht durch ein Intensitätsverhältnis eines reflektierten
Strahls zu einem projizierten Strahl misst. Mit diesem Instrument
können
zuverlässige
Daten erzielt werden, wenn ein Verhältnis des Oberflächenabschnittsgebiets
der Dummystruktur 46 zu dem gesamten Oberflächenabschnittsgebiet
des Strahlgebiets 24 ("Dummystrukturverhältnis") auf einem bestimmten
Niveau gehalten wird, so dass ein Intensitätsverhältnis eines reflektierten Strahls
zu einem projizierten Strahl bezüglich
der Oberfläche
der Dummystruktur 46 ignoriert werden kann.
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Ein
Ergebnis der Dickenmessung der zweiten Materialschicht 44 ist
in Tabelle 1 nachstehend gemäß dem Verhältnis des
Oberflächenabschnittsgebiets
der Dummystruktur 46 zu dem Strahlgebiet 24 dargestellt.
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Die
Dicke der zweiten Materialschicht 44, die tatsächlich in
dem Chipgebiet gemessen wird, beträgt ungefähr 440nm. In einem Fall, in
dem die herkömmliche
Messstruktur 22 keine Dummystruktur aufweist (oder wenn
das Dummystrukturverhältnis
0% ist), wie in 2 dargestellt,
beträgt
die gemessene Dicke ungefähr 300nm
bis ungefähr
350nm, und in einem Fall, in dem das Dummystrukturverhältnis etwa
6,80% bis ungefähr 11,25%
ist, nähert
sich die gemessene Dicke 440nm, wie in Tabelle 1 gezeigt. In einem
Fall, in dem das Dummystrukturverhältnis etwa 27,50% ist, ist
es unmöglich,
die Dicke zu messen, da sie nicht im messbaren Bereich des Messinstruments
liegt. Diese Nichtmessbarkeit wird durch einen Einfluss der von
der Oberfläche
der Dummystruktur 46 reflektierten Strahlen verursacht.
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Der
gemessene Dickenwert in Tabelle 1 wird in dem Strahlgebiet 24 innerhalb
der Messstruktur 42 gemessen, und die Strukturabmessung
wird mit A × B
ausgedrückt,
wobei "A" eine Breite (μm) der zweiten
Materialschicht 44 bezeichnet, die zwischen einer Mehrzahl
von Dummystrukturen platziert ist, und "B" eine
Breite (μm)
jeder Dummystruktur 46 bezeichnet. Bezüglich der Strukturabmessung
wird diese "horizontal" genannt, wenn die
streifenartige Dummystruktur 46 horizontal ausgebildet
ist, wenn sie hingegen vertikal ausgebildet ist, wird diese "vertikal" genannt. Die Anpassungsgüte (GOF),
die einen Parameter anzeigt, der einen Zuverlässigkeitspegel gemessener Daten
beeinflussen kann, wird von 0 bis 1 durch Analysieren eines Wellenlängenspektrums
ausgedrückt,
das auf die gemessene Materialschicht angewendet wird. Wenn sich
dieser Wert 1 nähert,
nimmt der Datenzuverlässigkeitspegel
zu. Wenn der GOF-Wert 0,6 oder kleiner ist, können die gemessenen Daten als
nicht zuverlässig
angesehen werden. Wie oben erwähnt,
zeigt das Dummystrukturverhältnis
das Verhältnis
des Oberflächenabschnittsgebiets
der Dummystruktur 46 zu dem gesamten Oberflächenabschnittsgebiet
des Strahlgebiets 24 an.
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8 ist eine graphische Darstellung,
die einen Dellenbildungswert und eine Anpassungsgüte (GOF) basierend
auf einem Dummystrukturverhältnis
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung misst. Bezugnehmend auf 8 zeigt eine horizontale Achse das Dummystrukturverhältnis, eine
vertikale Achse auf der rechten Seite zeigt den GOF-Wert an, und
eine vertikale Achse auf der linken Seite zeigt einen Dellenbildungswert.
Der Dellenbildungswert ist der Unterschied zwischen der in dem Chipgebiet 10 gemessenen
Dicke und jener in dem Strahlgebiet 24. Wenn der Dellenbildungswert
20nm oder mehr ist, wie wenn die herkömmliche Messstruktur ohne die
Dummystruktur verwendet wird, kann die in dem Strahlgebiet 24 gemessene
Dicke nicht für
die tatsächliche
Dicke in dem Chipgebiet 10 stehen. Wie in 8 gezeigt, entspricht das Dummystrukturverhältnis mit
einem Wert im Bereich von ungefähr
5% bis ungefähr
15% einem GOF-Wert von 0,6 oder mehr und einem Dellenbildungswert
von 20nm oder weniger.
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6A ist eine graphische Darstellung,
die ein tanθ-Spektrum
entsprechend einem Wellenlängenbereich
darstellt, der auf einen üblichen
Oxidfilm angewendet wird, und 6B ist
eine graphische Darstellung, die ein tanθ-Spektrum entsprechend einem
Wellenlängenbereich
darstellt, der auf eine Probe einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angewendet wird. Außerdem
ist 7A eine graphische
Darstellung, die ein cosΔ-Spektrum
entsprechend einem Wellenlängenbereich
darstellt, der auf einen üblichen
Oxidfilm angewendet wird, und 7B ist
eine graphische Darstellung, die ein cosΔ-Spektrum entsprechend einem
Wellenlängenbereich
darstellt, der auf eine Probe einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angewendet wird.
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Ein
spektroskopisches Ellipsometer (SE), ein Dickenmessinstrument, projiziert
und reflektiert polarisiertes Licht mit mehreren Wellenlängen in
Fächerform
durch einen rotierenden Polarisator auf einen Wafer. Dann tritt
das projizierte und reflektierte Licht durch einen festen Polarisator
in ein Prisma ein. Wenn das fächerförmige polarisierte
Licht durch den Wafer reflektiert wird, nimmt es üblicherweise
eine ovale Form an. Der projizierte Strahl kann in einen p-Strahl,
der parallel zu einer durch den projizierten und den reflektierten
Strahl gebildeten Ebene polarisiert ist, und einen s-Strahl unterteilt
werden, der senkrecht zu der Ebene polarisiert ist. Diese Elemente
weisen komplexe und wechselseitig unterschiedliche Intensitäten und
Phasenunterschiede auf. Der Ausdruck tanθ ist als ein Intensitätsverhältnis der
reflektierten p- und s-Elemente definiert, und Δ ist als der Phasenunterschied
der p- und s-Elemente definiert. CosΔ bedeutet exp(iΔ), und tanθ und cosΔ zeigen Filmcharakteristika
entlang eines Spektrums an.
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Die 6A und 7A repräsentieren jeweils tanθ und cosΔ entsprechend
einem Wellenlängenbereich, der
auf einen üblichen
Siliciumoxidfilm angewendet wird, und die 6B und 7B zeigen
jeweils tanθ und
cosΔ entsprechend
einem Wellenlängenbereich
an, der auf Probe Nr. 3 von Tabelle 1 oben angewendet wird. Wie aus
Tabelle 1 ersichtlich, wies Probe Nr. 3 die höchste Zuverlässigkeit
auf. Die 6A und 6B und die 7A und 7B stellen ähnliche
Spektrumprofile dar. Trotz der Existenz der Dummystruktur 46 zeigen
die ähnlichen Spektrumprofile,
dass die Dicke des gemessenen Materials innerhalb des Chipgebiets 10 durch
Messen der Messstruktur 42 zuverlässig erhalten wird, wenn das
Oberflächenabschnittsgebiet
der Dummystruktur 46 auf einem bestimmten Niveau gehalten
wird.
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Die
Dummystruktur 46 ist gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung streifenförmig ausgebildet; die Dummystruktur 46 kann
jedoch in verschiedenen Konfigurationen ausgebildet sein, wie einem Inseltyp,
einem Gittertyp, einem kreuzförmigen
Typ oder einem geschlossenen Kurventyp. Außerdem erläutert eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Messen des Siliciumoxidfilms in einem
Fall, in dem die Messstruktur in der einkristallinen Siliciumschicht
ausgebildet ist und der Siliciumoxidfilm in der gemessenen Struktur
ausgebildet ist. Das Material der Messstruktur einschließlich der
Dummystruktur, und der gemessenen Materialschicht, die durch das
Messinstrument zu messen ist, kann auf verschiedene Fälle entsprechend
dem Herstellungsprozess des integrierten Halbleiterschaltkreises
angewendet werden. Das Verfahren zum Messen der Dicke der gemessenen
Materialschicht kann außerdem
auf eine Messung des Schichtwiderstands oder eines Brechungsindex
der gemessenen Materialschicht angewendet werden.
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Als
Ergebnis wird ungeachtet einer Abnahme der Auslegungsvorschrift
die Messstruktur, die der Strahlabmessung in dem Messinstrument
entspricht, so gebildet, dass sie eine ausreichende Abmessung in dem
Anreißgebiet
aufweist und von dem Chipgebiet getrennt ist, und die Messzuverlässigkeit
wird durch Verhindern der Dellenbildung in der Messstruktur unter
Verwendung der Dummystruktur gesteigert.
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Wenngleich
die illustrativen Ausführungsformen
hierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
wurden, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
jene genauen Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass verschiedene andere Änderungen und Modifikationen
durch einen Fachmann darin vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder Umfang
der Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Änderungen und Modifikationen
sind so gedacht, dass sie in dem Umfang der Erfindung enthalten sind,
wie er durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.
