一种测量数据模型的建立方法、测量方法及工艺控制方法与流程

    专利查询2025-06-13  29


    本发明属于半导体集成电路制造,特别是涉及一种测量数据模型的建立方法、测量方法及工艺控制方法。


    背景技术:

    1、现有技术中,测量半导体结构中深槽结构的形貌特征时主要采用tem(transmission electron microscope,透射电子显微镜)或者hvsem(high-voltagescanning electron microscopy,高压扫描电子显微镜)进行测量。

    2、然而使用tem进行测量时,需要对待测量晶圆进行破坏性切片后通过透射电镜扫描得到测试图像,然后再进行人工分析测量才能得到深槽结构的形貌特征参数,导致该过程周期长,并且只能对单一极小区域的实际图像进行测量,图像分析也会引入人工误差,造成测量精度低;而使用hvsem进行对深槽结构的测量时,是通过对待测量晶圆进行高能电子散射成像得到的俯视图像进行分析测量,俯视图像导致其无法测量深槽的侧壁与顶面夹角大于90°或形貌异常点过大时的深槽结构形貌特征,同时其量测数据是对单一较小区域的高能电子散射图像,量测时间较长,量测效率低、成本高,且数据全面性差。

    3、因此,亟待一种新的测量深槽结构形貌特征的方法,能够提高深槽结构的形貌特征测量效率和测量准确度并降低测量成本。

    4、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的,不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


    技术实现思路

    1、鉴于以上现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种测量数据模型的建立方法、测量方法及工艺控制方法,用于解决现有技术中深槽结构形貌特征的测量效率低、准确度差的问题。

    2、为实现上述目的,本发明提供一种测量数据模型的建立方法,所述方法包括:

    3、步骤a1:提供工艺晶圆,所述工艺晶圆上通过预设的工艺条件设置有第一半导体结构;于预设刻蚀条件下通过所述第一半导体结构对所述工艺晶圆进行刻蚀工艺得到完整的深槽结构;对得到深槽结构的所述工艺晶圆进行切片后利用透射电镜扫描所述深槽结构以获取所述深槽结构的预设形貌特征;

    4、步骤a2:提供m种不同的预设刻蚀条件、n种不同的第一半导体结构、k种不同的设置所述第一半导体结构的所述工艺条件,m、n、k均为大于等于1的整数;根据不同的所述预设刻蚀条件、所述第一半导体结构和所述工艺条件的组合确定一种以上的测量条件,在每种测量条件下重复步骤a1,获取每种测量条件对应得到的所述深槽结构的预设形貌特征;

    5、步骤a3:提供参考控片,所述参考控片上设置有经过与所述第一半导体结构相同的所述工艺条件得到的与所述第一半导体结构相同的第二半导体结构;于与所述工艺晶圆相同的所述预设刻蚀条件下对所述参考控片进行与所述工艺晶圆相同的刻蚀工艺,至所述参考控片上得到的沟槽结构达到第一预设深度后停止;对所述沟槽结构进行光学散射测量以获取所述沟槽结构的光谱特征;所述第一预设深度为使所述沟槽结构可通过光学散射测量方法测量到与所述深槽结构对应的所述预设形貌特征的深度;

    6、步骤a4:在步骤a2中的每种测量条件下重复进行步骤a3,以获取每种测量条件对应得到的所述沟槽结构的光谱特征;

    7、步骤a5:根据每种测量条件对应的所述深槽结构的预设形貌特征和对应的所述沟槽结构的光谱特征建立所述测量数据模型。

    8、可选地,所述方法还包括:进行步骤a3时,对得到所述沟槽结构的所述参考控片进行切片后利用透射电镜扫描以获取所述沟槽结构的所述预设形貌特征;检验步骤a4中每种测量条件对应得到的所述沟槽结构的所述预设形貌特征与步骤a2中每种测量条件对应得到的所述深槽结构的所述预设形貌特征之间的相关性;当所述相关性处于强相关范围内时,判断所述测量数据模型可靠;当相关性处于强相关范围外时,增大所述第一预设深度,重复步骤a3到步骤a5,更新所述测量数据模型。

    9、可选地,所述方法还包括:

    10、采用与所述测量条件中所述预设刻蚀条件、所述第一半导体结构和所述工艺条件不同的检验刻蚀条件、检验第一半导体结构和/或检验工艺条件,于所述检验刻蚀条件下通过所述检验第一半导体结构在工艺晶圆上进行所述刻蚀工艺得到深槽结构,所述检验第一半导体结构通过所述检验工艺条件制备在所述工艺晶圆上;

    11、于所述检验刻蚀条件下通过与所述检验第一半导体结构相同的检验第二半导体结构在所述参考控片上进行所述刻蚀工艺,至所述参考控片上得到的沟槽结构达到所述第一预设深度后停止,所述检验第二半导体结构通过所述检验工艺条件制备在所述参考控片上;

    12、对得到沟槽结构的所述参考控片和得到深槽结构的所述工艺晶圆进行切片后利用透射电镜扫描以获取所述沟槽结构和所述深槽结构的所述预设形貌特征测量值;

    13、将得到的沟槽结构的所述预设形貌特征测量值代入所述测量数据模型,得到对应的所述深槽结构的预设形貌特征计算值,比较所述深槽结构的预设形貌特征计算值与预设形貌特征测量值;

    14、当所述深槽结构的预设形貌特征计算值与预设形貌特征测量值的差值未超过第一预设差值时,判断所述测量数据模型的精度满足要求;当所述深槽结构的预设形貌特征计算值与预设形貌特征测量值的差值超过第一预设差值时,结合每种测量条件对应的所述深槽结构的预设形貌特征和对应的所述沟槽结构的光谱特征以及检验刻蚀条件、检验第一半导体结构、检验工艺条件对应得到的所述沟槽结构的光谱特征与所述深槽结构的所述预设形貌特征,根据所述深槽结构的预设形貌特征和对应的所述沟槽结构的光谱特征更新所述测量数据模型;

    15、或当所述深槽结构的预设形貌特征计算值与预设形貌特征测量值的差值和所述深槽结构的预设形貌特征计算值的比值未超过第一预设比值时,判断所述测量数据模型的精度满足要求;当所述深槽结构的预设形貌特征计算值与预设形貌特征测量值的差值和所述深槽结构的预设形貌特征计算值的比值超过第一预设比值时,结合每种测量条件对应的所述深槽结构的预设形貌特征和对应的所述沟槽结构的光谱特征以及检验刻蚀条件、检验第一半导体结构、检验工艺条件对应得到的所述沟槽结构的光谱特征与所述深槽结构的所述预设形貌特征,根据所述深槽结构的预设形貌特征和对应的所述沟槽结构的光谱特征更新所述测量数据模型。

    16、可选地,所述深槽结构的深宽比大于等于10且所述深槽结构的深度大于等于1微米。

    17、可选地,所述第一预设深度为100纳米-500纳米。

    18、可选地,所述参考控片的厚度大于等于所述工艺晶圆的厚度。

    19、可选地,所述深槽结构的所述预设形貌特征包括所述深槽结构开口处的关键尺寸、所述深槽结构的第二预设深度的关键尺寸、所述深槽结构开口处的侧壁与顶面之间的夹角或所述深槽结构侧面的形貌异常点的位置或大小中的一种或一种以上的任意组合,所述第二预设深度小于所述第一预设深度。

    20、可选地,所述第一半导体结构包括光刻层;所述刻蚀工艺中通过对所述光刻层进行曝光显影得到图形化的所述光刻层;通过图形化的所述光刻层刻蚀所述工艺晶圆,在所述工艺晶圆形成所述深槽结构。

    21、本发明还提供一种测量方法,所述测量方法包括:

    22、采用相同的工艺,在待测量晶圆上设置第一半导体结构,在参考控片上设置与所述第一半导体结构相同的第二半导体结构;

    23、通过所述第一半导体结构对所述待测量晶圆进行刻蚀工艺得到完整的深槽结构;在与所述待测量晶圆相同的刻蚀条件下通过所述第二半导体结构对所述参考控片进行与所述待测量晶圆相同的刻蚀工艺,至所述参考控片得到的沟槽结构达到第一预设深度后停止;

    24、对得到的沟槽结构进行光学散射测量以获取所述沟槽结构的光谱特征的测量值;

    25、根据上述任意一种所述的测量数据模型的建立方法得到的测量数据模型,将得到的所述沟槽结构的光谱特征的测量值代入所述测量数据模型,得到所述深槽结构的预设形貌特征的测量值。

    26、本发明还提供一种工艺控制方法,所述工艺控制方法包括:

    27、获取上述的测量方法测量得到待测量晶圆上所述深槽结构的预设形貌特征的测量值,并与所述深槽结构的预设形貌特征的目标值进行比较;

    28、当检测到所述深槽结构的预设形貌特征的测量值与所述深槽结构的预设形貌特征的目标值的差值超过第二预设差值时,停止对所述待测量晶圆的工艺或对所述待测量晶圆的工艺进行预设调整;或当检测到所述深槽结构的预设形貌特征的测量值与所述深槽结构的预设形貌特征的目标值的差值和所述深槽结构的预设形貌特征的测量值的比值超过第二预设比值时,停止对所述待测量晶圆的工艺或对所述待测量晶圆的工艺进行预设调整。

    29、如上,本发明的测量数据模型的建立方法、测量方法及工艺控制方法,具有以下有益效果:

    30、本发明通过参考控片进行与工艺晶圆相同的刻蚀工艺前部分,得到与深槽结构形貌特征接近的沟槽结构,根据不同测量条件的沟槽结构光谱特征与深槽结构形貌特征建立测量数据模型,使应用中无需测量深槽结构即可获得深槽结构的形貌特征,大大提高测量深槽结构形貌特征的效率,并降低测量成本。


    技术特征:

    1.一种测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述方法包括:

    2.根据权利要求1所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述方法还包括:进行步骤a3时,对得到所述沟槽结构的所述参考控片进行切片后利用透射电镜扫描以获取所述沟槽结构的所述预设形貌特征;检验步骤a4中每种测量条件对应得到的所述沟槽结构的所述预设形貌特征与步骤a2中每种测量条件对应得到的所述深槽结构的所述预设形貌特征之间的相关性;当所述相关性处于强相关范围内时,判断所述测量数据模型可靠;当相关性处于强相关范围外时,增大所述第一预设深度,重复步骤a3到步骤a5,更新所述测量数据模型。

    3.根据权利要求1或2所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述方法还包括:采用与所述测量条件中所述预设刻蚀条件、所述第一半导体结构和所述工艺条件不同的检验刻蚀条件、检验第一半导体结构和/或检验工艺条件,于所述检验刻蚀条件下通过所述检验第一半导体结构在工艺晶圆上进行所述刻蚀工艺得到深槽结构,所述检验第一半导体结构通过所述检验工艺条件制备在所述工艺晶圆上;

    4.根据权利要求1所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述深槽结构的深宽比大于等于10且所述深槽结构的深度大于等于1微米。

    5.根据权利要求4所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述第一预设深度为100纳米-500纳米。

    6.根据权利要求1所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述参考控片的厚度大于等于所述工艺晶圆的厚度。

    7.根据权利要求1所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述深槽结构的所述预设形貌特征包括所述深槽结构开口处的关键尺寸、所述深槽结构的第二预设深度的关键尺寸、所述深槽结构开口处的侧壁与顶面之间的夹角或所述深槽结构侧面的形貌异常点的位置或大小中的一种或一种以上的任意组合,所述第二预设深度小于所述第一预设深度。

    8.根据权利要求1所述的测量数据模型的建立方法,其特征在于,所述第一半导体结构包括光刻层;所述刻蚀工艺中通过对所述光刻层进行曝光显影得到图形化的所述光刻层;

    9.一种测量方法,其特征在于,所述测量方法包括:

    10.一种工艺控制方法,其特征在于,所述工艺控制方法包括:


    技术总结
    本发明提供一种测量数据模型的建立方法、测量方法及工艺控制方法,方法包括:在工艺晶圆得到深槽结构,利用透射电镜扫描测量深槽结构形貌特征;相同刻蚀条件下在参考控片进行与工艺晶圆相同的刻蚀工艺至参考控片上沟槽结构达第一预设深度;光学散射测量沟槽结构的光谱特征;建立不同测量条件下得到的沟槽结构光谱特征与深槽结构预设形貌特征的测量数据模型。本发明通过参考控片进行与工艺晶圆相同的刻蚀工艺前部分,得到与深槽结构形貌特征接近的沟槽结构,根据不同测量条件的沟槽结构光谱特征与深槽结构形貌特征建立测量数据模型,使应用中无需测量深槽结构即可获得深槽结构的形貌特征,大大提高测量深槽结构形貌特征的效率,并降低测量成本。

    技术研发人员:李刚
    受保护的技术使用者:重庆芯联微电子有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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