[发明专利]一种小面积图形刻蚀深度的测量方法

说明书

本发明公开了一种小面积图形刻蚀深度的测量方法，包括：提供一参考样品，设置多个面积不同的刻蚀参考区并进行刻蚀，测量刻蚀参考区的刻蚀面积与刻蚀速度，建立刻蚀面积与刻蚀速度的模型；提供一刻蚀衬底，设置第一刻蚀图形和第二刻蚀图形；其中，第一刻蚀图形的面积大于第二刻蚀图形的面积；以相同的刻蚀工艺分别在第一刻蚀图形和第二刻蚀图形内刻蚀所述衬底；测量第一刻蚀图形的刻蚀深度并计算第一刻蚀图形的刻蚀速度；根据第一刻蚀图形的刻蚀速度及其面积前述的模型进行校正；根据校正后的刻蚀面积与刻蚀速度的模型计算第二刻蚀图形的刻蚀速度，并进一步计算得到第二刻蚀图形刻蚀深度。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件加工技术领域，特别涉及一种小面积图形刻蚀深度的测量方法。

背景技术

刻蚀工艺是半导体器件制造中通常使用的工艺步骤。随着半导体制造技术向着小尺寸发展，在刻蚀过程中，通常不同面积的刻蚀图形其刻蚀深度也有所影响。目前对于刻蚀深度的测量，通用采用如下的仪器设备进行测量：台阶仪、原子力显微镜、扫描电镜、激光共聚焦显微镜、光学显微镜、光学轮廓仪、光学膜厚仪等，由于仪器分辨率的限制，其对小尺寸图形(小于5um)的刻蚀台阶深度的测量能力受到了限制。

现有技术中对解决上述问题提出了一些方法，最常见的测量方法是将样品划开，对样品的侧面进行测量，测量其台阶高度，但这种方法将破坏样品，无法进行后续的器件制造。J.Kiihamaki等(Sensors and Actuators,82,2000,234-238)针对这个问题提出干法与湿法相结合的方式，解决不同宽度结构刻蚀深度不一致的问题。该方案将大图形区域划分成直径相同的小图形，不同面积图形由不同数量的相同直径小图形构成，经过刻蚀之后，不同区域图形形成相同刻蚀高度，最后利用碱性溶液去除小图形之间的残留结构，使刻蚀面平整化。但是，这种方法适用范围较窄，主要针对晶向为(111)硅衬底，在刻蚀深度比较深时才可适用，对于其他III-V族等材料不适用。并且，该方法仍然没有解决小图形结构刻蚀深度的测量问题。

发明内容

针对上述提到的现有技术的不足，本发明提出了一种小面积图形刻蚀深度的测量方法，该方法操作简单，易于实现，解决了小图形结构刻蚀深度的测量问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种小面积图形刻蚀深度的测量方法，其中，包括：

提供一参考样品，在所述参考样品上设置多个面积不同的刻蚀参考区，对所述多个刻蚀参考区进行刻蚀，测量每一刻蚀参考区的刻蚀面积与刻蚀速度，建立刻蚀面积与刻蚀速度的模型；

提供一刻蚀衬底，在所述刻蚀衬底上设置第一刻蚀图形和第二刻蚀图形；其中，第一刻蚀图形的面积大于第二刻蚀图形的面积；

以相同的刻蚀工艺分别在第一刻蚀图形和第二刻蚀图形内刻蚀所述衬底；

测量第一刻蚀图形的刻蚀深度，根据刻蚀时间与刻蚀深度计算第一刻蚀图形的刻蚀速度；根据第一刻蚀图形的刻蚀速度及其面积，对所述刻蚀面积与刻蚀速度的模型进行校正；

根据校正后的刻蚀面积与刻蚀速度的模型以及第二刻蚀图形的刻蚀面积，计算第二刻蚀图形的刻蚀速度；

根据第二刻蚀图形的刻蚀速度以及刻蚀时间，计算第二刻蚀图形刻蚀深度。

优选地，所述刻蚀参考区面积为25nm²～10000μm²，所述第一刻蚀图形的面积为2μm²～10000μm²，所述第二刻蚀图形的面积为25nm²～25μm²。

优选地，所述刻蚀面积与刻蚀速度的模型的表达式为：E＝a+b*lgS，其中，E为刻蚀速度，S为刻蚀面积，a、b为常数；其中，根据第一刻蚀图形的刻蚀速度及其面积，对该表达式的常数a、b进行校正。