專利名稱：測試樣片及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種測試樣片及其使用方法。
背景技術(shù)：
由于集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，縮小器件結(jié)構(gòu)與提高集成度是一個(gè)普遍趨勢。在制造集成電路的過程中，光刻工藝對(duì)于制作器件結(jié)構(gòu)的基本操作特性有決定性的影響。當(dāng)集成度持續(xù)提高時(shí)，器件結(jié)構(gòu)的尺寸以及器件結(jié)構(gòu)之間間隔的距離會(huì)同步縮短。因此，會(huì)導(dǎo)致利用光刻工藝在晶片上形成的器件結(jié)構(gòu)有些偏差。例如，柵極的尾端被回拉(縮短)或柵極的尖角處被圓弧化。當(dāng)柵極相對(duì)較小或集成度相對(duì)較高時(shí)，上述的偏差對(duì)集成電路會(huì)有重大的負(fù)面影響。對(duì)于柵極的上述偏差通常用線路末端縮短(Line End Siortness，LES)來表示。 LES表現(xiàn)為柵極的實(shí)際圖案和預(yù)定(設(shè)計(jì))圖案之間的差異。下面結(jié)合圖1來說明LES，圖1 為柵極的預(yù)定圖案與轉(zhuǎn)移至晶片的實(shí)際圖案的示意圖。柵極的預(yù)定圖案101為矩形，其寬度和長度分別為X和Y。由于刻蝕效應(yīng)和回拉效應(yīng)，刻蝕后實(shí)際圖案102的尺寸縮小并且實(shí)際圖案102的尖角處被圓弧化，其寬度和長度分別為\和A。LES可以被定義為(Y-Y1) / (X-&)。目前，在實(shí)際操作中，通常利用掃描電子顯微鏡(SEM)來拍攝柵極的實(shí)際圖案和預(yù)定圖案的SEM圖，然后手動(dòng)測量長度方向和寬度方向上實(shí)際圖案與預(yù)定圖案的尺寸差異， 最后計(jì)算得到LES。根據(jù)測得的LES可以檢驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的光刻工藝得到的產(chǎn)品是否合格，或者通過預(yù)先測定樣片的LES，來調(diào)整所對(duì)應(yīng)的光刻工藝的工藝參數(shù)。圖2為柵極的實(shí)際圖案的SEM圖。如圖2所示，201為柵極，202為有源區(qū)。在半導(dǎo)體工藝中，LES越小越好。如果LES過大，表明沿長度方向上柵極201尺寸的偏差較大， 即柵極201在長度方向上縮短嚴(yán)重。這樣可能會(huì)使柵極201不能與有源區(qū)202搭接，導(dǎo)致器件中出現(xiàn)泄漏、關(guān)鍵尺寸限制等問題。然而，由于檢測噪音的影響，柵極201以及有源區(qū) 202的邊緣模糊，所呈現(xiàn)出來的邊緣線條較寬。在這種情況下，手動(dòng)測量的結(jié)果的誤差較大、 可靠性較低。并且，由于SEM是選擇視場內(nèi)的部分區(qū)域進(jìn)行拍攝，因此上述檢測方法僅能逐個(gè)測量SEM圖中的幾個(gè)或者十幾個(gè)柵極的LES，效率低。此外，利用SEM測量LES時(shí)，需將待測樣品從生產(chǎn)線移至SEM中進(jìn)行檢測，因此，該種檢測方式不能與生產(chǎn)同步進(jìn)行，影響生產(chǎn)效率。因此，需要提供一種準(zhǔn)確、高效地測定柵極LES的方法，特別是準(zhǔn)確、高效地測定以矩陣形式排列的柵極的LES的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無法對(duì)以矩陣形式排列的柵極的LES進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的測定的問題，本發(fā)明提出了一種測試樣片，所述測試樣片包括基片、形成在所述基片上的測試材料層和形成在所述測試材料層上的具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層，其中，所述測試圖案均為矩形凸起，且所述測試圖案以矩陣形式排列。優(yōu)選地，所述柵極是通過在前端器件結(jié)構(gòu)上依次形成柵極材料層和具有柵極圖案的光刻膠層，并以所述具有柵極圖案的光刻膠層為掩膜對(duì)所述柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成的，所述測試圖案的長度均與所述柵極圖案的長度相同，且所述測試圖案的寬度均與所述柵極圖案的寬度相同。優(yōu)選地，所述測試圖案之間寬度方向上的距離均與所述柵極圖案之間寬度方向上的距離相等，所述測試圖案之間長度方向上的距離均與所述柵極圖案之間長度方向上的距離相等。 優(yōu)選地，所述測試材料層與所述柵極材料層的材料相同。優(yōu)選地，所述測試材料層的材料為多晶硅。優(yōu)選地，所述測試材料層與所述柵極材料層的厚度相同。優(yōu)選地，所述測試材料層的厚度為300-1000埃。優(yōu)選地，所述柵極為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的功能區(qū)中的柵極。本發(fā)明還提出一種測試樣片的使用方法，包括提供上述測試樣片，所述測試樣片的測試圖案的平均寬度為X且平均長度為Y;在相同的工藝條件下，對(duì)所述柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成所述柵極，對(duì)所述測試材料層進(jìn)行刻蝕而形成測試單元；采用光學(xué)特征尺寸度量，測量所述測試單元的平均寬度&和平均長度Y1 ；通過以下公式計(jì)算并獲得所述測試單元的線路末端縮短LES:LES= (Y-Y1)/ (X-X1)；以及以所述測試單元的線路末端縮短來評(píng)價(jià)所述柵極的線路末端縮短。本發(fā)明還提出一種測試樣片的使用方法，包括提供上述測試樣片，所述測試樣片的測試圖案的平均寬度為X且平均長度為Y ；以所述具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層為掩膜， 對(duì)所述測試材料層進(jìn)行刻蝕，以形成測試單元；采用光學(xué)特征尺寸度量，測量所述測試單元的平均寬度X1和平均長度Y1 ；以及通過以下公式計(jì)算并獲得所述測試單元的線路末端縮短 LES LES= (Y-Y1) / (X-X》。使用根據(jù)本發(fā)明的測試樣片，并結(jié)合OCD測量技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地測量以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短。由于OCD可以自動(dòng)測量待測樣品上某一區(qū)域的器件結(jié)構(gòu)的尺寸的平均值，因此不但提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，還縮短了測量周期。此外，根據(jù)本發(fā)明的測量方法可以實(shí)現(xiàn)在線測量，因此具有較高的效率。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1為柵極的預(yù)定圖案與轉(zhuǎn)移至晶片的實(shí)際圖案的示意圖； 圖2為柵極的實(shí)際圖案的SEM圖3A和圖:3B分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測試樣片的剖視圖和頂視圖； 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的使用方法流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的測試材料層刻蝕后的測試單元的SEM圖； 圖6為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的使用方法流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其它的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和步驟，以便說明本發(fā)明的測試樣片及其使用方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其它實(shí)施方式。圖3A和圖:3B分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測試樣片的剖視圖和頂視圖。如圖3A所示，測試樣片300包括基片301、形成在基片301上的測試材料層302和形成在測試材料層302上的具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層303。基片301可以是由包含半導(dǎo)體元素的硅材料組成，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，也可以是絕緣體上硅(S0I)?；?01還可以是由其上形成有其它材料層的包含半導(dǎo)體元素的硅材料組成，其中其它材料層可以是氧化物或者是氮化物等。此外，基片301還可以是由非半導(dǎo)體的材料組成，舉例來說，所述非半導(dǎo)體的材料可以是石英(SiO2) 或藍(lán)寶石(Al2O3)等。根據(jù)本發(fā)明的測試樣片主要用于測量以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短。該柵極可以是通過在前端器件結(jié)構(gòu)上依次形成柵極材料層和具有柵極圖案的光刻膠層，并以該具有柵極圖案的光刻膠層為掩膜對(duì)柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成的。因此，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，測試材料層302的材料可以與柵極材料層的材料相同，測試材料層302的厚度可以與柵極材料層的厚度相同，以便能準(zhǔn)確地測出待形成的柵極的線路末端縮短。舉例來說，測試材料層302的材料可以為多晶硅，測試材料層302的厚度可以為300-1000埃。具有多個(gè)測試圖案310的光刻膠層303可以是通過例如曝光、顯影的方法獲得的。 如圖3A和圖;3B所示，測試圖案310均為矩形凸起，且測試圖案310以矩陣形式排列。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖3A和圖;3B中所示的測試圖案310的數(shù)量僅為示范性的，因此并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，測試圖案310的長度均與柵極圖案的長度相同，且測試圖案310的寬度均與柵極圖案的寬度相同。進(jìn)一步，測試圖案310之間寬度方向上的距離均與柵極圖案之間寬度方向上的距離相等，測試圖案310之間長度方向上的距離均與柵極圖案之間長度方向上的距離相等。將測試圖案310的尺寸和間距與柵極圖案相同，可更準(zhǔn)確地測出以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短。由于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)的功能區(qū)中所形成多個(gè)柵極以矩陣形式排列。因此， 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，待形成的柵極為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的功能區(qū)中待形成的柵極。使用根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施方式的測試樣片能夠快速、準(zhǔn)確地獲得以矩陣形式排列的柵極的LES。優(yōu)選的是，結(jié)合光學(xué)特征尺寸(OCD)度量來測量以具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層為掩膜刻蝕測試材料層所形成的測試單元的平均寬度和平均長度。對(duì)于多個(gè)重復(fù)、密集、規(guī)則排列的圖形，OCD能夠快速、準(zhǔn)確地測量其各個(gè)方向上的尺寸。OCD是一種相對(duì)較新的整體測量形式，應(yīng)用于生產(chǎn)過程中的先進(jìn)工藝控制(APC)。該技術(shù)利用柵格結(jié)構(gòu)形成的衍射光對(duì)膜厚、特征尺寸以及剖面結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量。這種測量技術(shù)是非破壞性的，不但測量快速、結(jié)果準(zhǔn)確，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)在線測量，因此具有較高的準(zhǔn)確度和較高的生產(chǎn)效率。根據(jù)本發(fā)明的測試樣片主要可以用于同步監(jiān)測以矩陣形式排列的柵極的LES以保證所形成的芯片的可靠性，以及在量產(chǎn)前用于模擬以矩陣形式排列的柵極的LES以調(diào)試光刻工藝的工藝參數(shù)。下面將詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明的測試樣片的使用方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，測試樣片用于同步監(jiān)測以矩陣形式排列的柵極的 LES，其中，該柵極可以是通過在前端器件結(jié)構(gòu)上依次形成柵極材料層和具有柵極圖案的光刻膠層，并以該具有柵極圖案的光刻膠層為掩膜對(duì)柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成的。圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的使用方法流程圖。執(zhí)行步驟401，提供測試樣片，該測試樣片上的測試圖案的平均寬度為X且平均長度為Y。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，測試樣片上測試材料層的厚度和材料與柵極材料層相同。測試圖案的長度均與柵極圖案的長度相同，且測試圖案的寬度均與柵極圖案的寬度相同。進(jìn)一步，測試圖案之間寬度方向上的距離均與柵極圖案之間寬度方向上的距離相等， 測試圖案之間長度方向上的距離均與柵極圖案之間長度方向上的距離相等。執(zhí)行步驟402，在相同的工藝條件下，對(duì)柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成柵極，對(duì)測試材料層進(jìn)行刻蝕而形成測試單元(如圖5中所示的500)。所述相同的工藝條件可以通過以下方式來滿足將測試樣片和前端器件結(jié)構(gòu)放入相同的刻蝕腔室進(jìn)行刻蝕，或者使對(duì)柵極材料層的刻蝕和對(duì)測試材料層的刻蝕具有相同的工藝參數(shù)。在相同的工藝條件下刻蝕可以避免由于刻蝕工藝本身的差異而造成測試單元的LES和柵極的LES的不同，從而確保測試單元的LES能準(zhǔn)確地反映柵極的LES。執(zhí)行步驟403，采用光學(xué)特征尺寸度量，測量測試單元的平均寬度&和平均長度 Y1O對(duì)于測量尺寸的常用方法，例如掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)，是將待測樣品放入電鏡的真空檢測腔內(nèi)進(jìn)行測量，因此需將待測樣品從生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移至真空檢測腔，此外，由于真空檢測腔尺寸的限制和檢測技術(shù)本身的限制，還需采用切割等破壞性方式對(duì)待測樣品進(jìn)行調(diào)整。而OCD這種測量技術(shù)是非破壞性的，并且可以無需將待測樣品從生產(chǎn)線移除，能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測待測樣品上器件結(jié)構(gòu)的尺寸，因此具有較高的效率。此外，OCD可以自動(dòng)測量待測樣品上某一區(qū)域的器件結(jié)構(gòu)的尺寸的平均值，因此其測量結(jié)果能準(zhǔn)確地反映該區(qū)域的整體狀態(tài)。執(zhí)行步驟404，通過以下公式計(jì)算并獲得測試單元的線路末端縮短 LES= (Y-Y1)/ (X-X1)0執(zhí)行步驟405，以測試單元的線路末端縮短來評(píng)價(jià)柵極的線路末端縮短。通過上述步驟得到的測試單元的線路末端縮短與柵極的線路末端縮短基本相同，因此可以以測試單元的線路末端縮短來評(píng)價(jià)以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，測試樣片用于在量產(chǎn)前模擬以矩陣形式排列的柵極的LES，其中，該柵極將通過在前端器件結(jié)構(gòu)上依次形成柵極材料層和具有柵極圖案的光刻膠層，并以該具有柵極圖案的光刻膠層為掩膜對(duì)柵極材料層進(jìn)行刻蝕來形成。圖6為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的使用方法流程圖。執(zhí)行步驟601，提供測試樣片，該測試樣片的測試圖案的平均寬度為X且平均長度為Y。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，測試樣片上測試材料層的厚度和材料與柵極材料層相同。測試圖案的長度均與柵極圖案的長度相同，且測試圖案的寬度均與柵極圖案的寬度相同。進(jìn)一步，測試圖案之間寬度方向上的距離均與柵極圖案之間寬度方向上的距離相等，測試圖案之間長度方向上的距離均與柵極圖案之間長度方向上的距離相等。執(zhí)行步驟602，以所述具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層為掩膜，對(duì)測試材料層進(jìn)行刻蝕，以形成測試單元。采用預(yù)定工藝參數(shù)對(duì)測試材料層進(jìn)行刻蝕，所述預(yù)定工藝參數(shù)為預(yù)計(jì)刻蝕形成以矩陣形式排列的柵極所采用的工藝參數(shù)。執(zhí)行步驟603，采用光學(xué)特征尺寸度量，測量測試單元的平均寬度&和平均長度 Y1O執(zhí)行步驟604，通過以下公式計(jì)算并獲得測試單元的LES LES= (Y-Y1)/ (X-X1)0根據(jù)上述計(jì)算得到的測試單元的LES來調(diào)整用于形成以矩陣形式排列的柵極的
工藝參數(shù)。使用根據(jù)本發(fā)明的測試樣片，并結(jié)合OCD測量技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地測量以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短。由于OCD可以自動(dòng)測量待測樣品上某一區(qū)域的器件結(jié)構(gòu)的尺寸的平均值，因此不但提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，還縮短了測量周期。此外，根據(jù)本發(fā)明的測量方法可以實(shí)現(xiàn)在線測量，因此具有較高的效率。此外，因此測量結(jié)果準(zhǔn)確。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種測試樣片，用于測量以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短，其特征在于，所述測試樣片包括基片、形成在所述基片上的測試材料層和形成在所述測試材料層上的具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層，其中，所述測試圖案均為矩形凸起，且所述測試圖案以矩陣形式排列。
2.如權(quán)利要求1所述的測試樣片，其特征在于，所述柵極是通過在前端器件結(jié)構(gòu)上依次形成柵極材料層和具有柵極圖案的光刻膠層，并以所述具有柵極圖案的光刻膠層為掩膜對(duì)所述柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成的，所述測試圖案的長度均與所述柵極圖案的長度相同，且所述測試圖案的寬度均與所述柵極圖案的寬度相同。
3.如權(quán)利要求2所述的測試樣片，其特征在于，所述測試圖案之間寬度方向上的距離均與所述柵極圖案之間寬度方向上的距離相等，所述測試圖案之間長度方向上的距離均與所述柵極圖案之間長度方向上的距離相等。
4.如權(quán)利要求2所述的測試樣片，其特征在于，所述測試材料層與所述柵極材料層的材料相同。
5.如權(quán)利要求4所述的測試樣片，其特征在于，所述測試材料層的材料為多晶硅。
6.如權(quán)利要求2所述的測試樣片，其特征在于，所述測試材料層與所述柵極材料層的厚度相同。
7.如權(quán)利要求6所述的測試樣片，其特征在于，所述測試材料層的厚度為300-1000埃。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的測試樣片，所述柵極為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的功能區(qū)中的柵極。
9.權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的測試樣片的使用方法，包括提供權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的測試樣片，所述測試樣片的測試圖案的平均寬度為 X且平均長度為Y ；在相同的工藝條件下，對(duì)所述柵極材料層進(jìn)行刻蝕而形成所述柵極，對(duì)所述測試材料層進(jìn)行刻蝕而形成測試單元；采用光學(xué)特征尺寸度量，測量所述測試單元的平均寬度&和平均長度Y1 ；通過以下公式計(jì)算并獲得所述測試單元的線路末端縮短LES LES= (Y-Y1)/ (XI1)；以及以所述測試單元的線路末端縮短來評(píng)價(jià)所述柵極的線路末端縮短。
10.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的測試樣片的使用方法，包括提供權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的測試樣片，所述測試樣片的測試圖案的平均寬度為 X且平均長度為Y ；以所述具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層為掩膜，對(duì)所述測試材料層進(jìn)行刻蝕，以形成測試單元；采用光學(xué)特征尺寸度量，測量所述測試單元的平均寬度&和平均長度Y1 ；以及通過以下公式計(jì)算并獲得所述測試單元的線路末端縮短LES LES= (Y-Y1)/ (X-X1)0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測試樣片，用于測量以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短，該測試樣片包括基片、形成在基片上的測試材料層和形成在測試材料層上的具有多個(gè)測試圖案的光刻膠層，其中，測試圖案均為矩形凸起，且測試圖案以矩陣形式排列。使用根據(jù)本發(fā)明的測試樣片，并結(jié)合OCD測量技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地測量以矩陣形式排列的柵極的線路末端縮短。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102456591SQ20101050982
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者張海洋, 杜珊珊, 黃怡 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司