[發明專利]一種監控回刻深度的結構和監控方法

有效

• 申請號: 201210501487.2
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103855046A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 卞錚
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐靈;常亮

技術領域

本發明涉及半導體器件制作領域，具體地說，是一種回刻工藝中監控回刻深度的結構和監控方法。

背景技術

DMOS(雙擴散型MOS)晶體管是MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)型的晶體管，其使用在相同邊緣上對準的兩個序列擴散步驟來形成晶體管的溝道區域。DMOS晶體管通常是高電壓高電流的器件，在功率集成電路中用作分立的晶體管或元件。DMOS晶體管對于每個具有低前向壓降的單元面積可以提供高電流。

DMOS晶體管的一個具體型號是所謂的溝槽DMOS晶體管，其中溝道出現在從源極向漏極延伸的溝槽的內壁上，且柵極形成在溝槽內。與薄氧化物層形成一條直線且填充有多晶硅的溝槽比垂直DMOS晶體管結構允許有較少的受限電流流動，從而提供了較低的特定導通電阻值。溝槽DMOS晶體管的例子在美國專利5,072,266、5,541,425和5,866,931中公開。

現有的溝槽DMOS器件制作工藝中，在柵極多晶硅沉底到溝槽之后，需要對表面多余的多晶硅進行回刻。請參見圖1A-1C和圖2A-2C，分別是溝槽DMOS器件制作柵極多晶硅時對應的結構俯視圖和剖面圖。當溝槽11被制作完成后，對襯底10進行多晶硅的沉積工藝。沉積時，多晶硅12會在襯底的水平表面上呈現豎直方向的生長，而在溝槽11的溝槽壁上呈現水平方向的生長。當溝槽壁上的多晶硅厚度達到1/2個溝槽寬度時，溝槽11恰好被填滿。此時，由于溝槽和襯底表面存在拐角，使得溝槽上方的多晶硅高度低于器件表面其它區域的高度，且以溝槽的中央為最低處，使得襯底表面的多晶硅會在溝槽的中央處出現一條下陷的細紋，如圖1B和2B所示。對上述器件進行多晶硅回刻工藝后，溝槽處的多晶硅與襯底表面之間存在一個高度差h，該高度差h即回刻深度，如圖1C和2C所示。對于該高度差h，如果太深的話，會導致器件的柵極異常甚至引起器件的電性能失效。因此對該h的監控是非常有必要的。

目前的監控手段，一種是通過在線切片的方式進行，另外一種是使用臺階儀進行。對于第一種方式，由于需要對器件做破壞性測試，一方面加大了測試成本，另外一方面，測試所花費的時間較長，效率較低。對于第二種方式，隨著器件關鍵尺寸的減小，對于臺階儀的探針要求也越來越高，而精確度高的臺階儀價格及其昂貴，這無疑加大了測試的初始成本，而且也需要較大的維護成本。

因此，降低目前對溝槽DMOS器件多晶硅回刻深度的監控成本已經成為業界廣泛關注的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種監控回刻深度上的結構及使用該監控結構進行回刻深度監控的方法，能夠減少監控成本，并且具有較高的監控效率，適合在線監控。

根據本發明的目的提出的一種回刻深度的監控結構，設置在晶圓襯底的非元件區，所述監控結構為表面截面為等腰梯形的溝槽，該溝槽在等腰梯形的上底邊長度為1倍至2倍之間的沉積物厚度，下底邊長度為大于2倍的沉積物厚度，所述沉積物厚度為所述晶圓襯底經過該沉積物的沉積工藝之后，覆蓋在該晶圓襯底表面的沉積物的厚度。

優選的，所述晶圓襯底為裸晶襯底或者為裸晶襯底上制作了其它層次材料的襯底，所述其它層次為介質材料層或金屬材料層。

優選的，所述沉積物為多晶硅。

根據本發明同一目的提出的另一種回刻深度的監控結構，設置在晶圓襯底的非元件區，包括表面截面為等腰梯形的溝槽以及沉積在該溝槽中的沉積物，所述溝槽在等腰梯形的上底邊長度為1倍至2倍之間的沉積物厚度，下底邊長度為大于2倍的沉積物厚度，所述沉積物厚度為所述晶圓襯底經過該沉積物的沉積工藝之后，覆蓋在該晶圓襯底表面的沉積物的厚度，該沉積物在所述溝槽中的分布分為填充區和空白區，并且在所述填充區和空白區的交界處設有拐點。

根據本發明同一目的提出的一種回刻深度的監控方法，運用如上所述的監控結構進行，包括步驟：

確定拐點在標定軸上位置的標準值；

隨機抽取待測晶圓進行拐點位置檢測，并將檢測結果與所述標準值進行比對，如果檢測結果與標準值差異落在一個可容區間內時，則認為該批次產品的回刻深度合格；如果檢測結果與標準值差異超出上述可容區間，則判斷該批次產品的回刻深度不合格。

優選的，所述標定軸為梯形溝槽的上底邊到下底邊的距離。

優選的，所述可容區間的范圍為工藝要求的實際回刻深度可容范圍對應的表面標尺指示區間。