一种监控外延图形偏移的方法与流程

1.本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种监控外延图形偏移的方法。


背景技术：

2.外延工艺广泛应用于多功能半导体领域，如bcd，功率半导体等，用于提高产品的耐高压性能。外延图形的偏移是指在外延生长之前，硅片表面可能存在凹陷图形，外延生长之后，本该在外延表面相应位置出现完全相同的图形却发生了图形的水平漂移、畸变，甚至消失的现象。如图1所示，外延工艺在有图形的衬底上通常会产生图形偏移(patternshift)。为保证外延产品的稳定性，监测外延后图形偏移的稳定性具有关键的作用。
3.目前测量和监控外延图形偏移通常通过切片、染结方法来实现。但切片方法属于破坏性测量，无法实现在线监控，且每次都需要破片，成本较高；染结方法由于衬底、外延都是si材料，无法区别其下底面，实际需要通过掺杂不同杂质，然后通过特定化学药液进行染结，才能利用不同掺杂化学反应不同显示其界面，看到底下原先的图形位置，过程复杂。
4.因此，亟需提出一种新的监控外延图形偏移的方法。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种监控外延图形偏移的方法，用以解决现有技术无法通过直观的方式去监控外延后图形的偏移的发生的问题，并且在线监控外延图形的偏移。
6.本发明提供一种监控外延图形偏移的方法，包括以下步骤：
7.步骤一、提供衬底，对所述衬底进行外延前的工艺，形成测试图形；所述测试图形至少有两组，一组只有主图形，另一组包括主图形和位于所述主图形周围的定标图形；
8.步骤二、对形成有所述测试图形的所述衬底进行外延工艺；
9.步骤三、外延生长完成，测量所述测试图形外延后的尺寸与外延前所述测试图形的尺寸差异得出外延图形偏移。
10.优选地，步骤一中所述主图形在坐标系中沿坐标轴对称或者不对称，所述标尺图形在所述主图形一个坐标轴方向，沿主图形对称分布或者不对称分布。
11.优选地，步骤一中的所述定标图形为连续的矩形、三角形、圆形，或者是一组沿主图形边界分散分布的图形。
12.优选地，步骤三中测量所述测试图形外延后的尺寸与外延前所述测试图形的尺寸差异包括：
13.测量外延前所述主图形在x-y坐标系下的尺寸wx1、wy2，所述定标图形的尺寸wx2、wy2，所述定标图形和所述主图形在x方向和y方向的距离lx1、ly1；
14.测量外延后所述主图形在x-y坐标系下的尺寸wxa、wya，所述定标图形的尺寸wxb、wyb。
15.优选地，步骤三中通过建立wx1、wy1、wx2、wy2、lx1、lx2与wxa、wyb、wxb、wyb的映射关系来表征外延后图形偏移。
16.优选地，步骤一中所述主图形若为具有内外两个边界的环形结构，则步骤三中通过测量内外边界尺寸的差异，或者图形的非对称性来确定映射关系。
17.优选地，所述方法可用于在线监控外延图形偏移。
18.本发明在衬底上形成测试图形，该测试图形至少有两组，一组只有主图形，另一组包括主图形和位于主图形周围的定标图形。通过测量外延生长前后测试图形的尺寸差异建立映射关系来实现对外延工艺的外延图形偏移的在线监控。
附图说明
19.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
20.图1显示为外延工艺产生图形偏移的示意图；
21.图2显示为本发明实施例的监控外延图形偏移的方法的流程图；
22.图3显示为本发明实施例的具有定标图形的测试图形外延的示意图；
23.图4显示为本发明实施例的没有定标图形的测试图形外延的示意图；
24.图5和图6显示为本发明实施例的当主图形为具有内外两个边界的环形结构时测量外延图形偏移的示意图。
具体实施方式
25.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
26.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
27.除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.图2显示为本发明实施例的监控外延图形偏移的方法的流程图。如图2所示，本发明实施例的监控外延图形偏移的方法包括以下步骤：
30.步骤一、提供衬底，对衬底进行外延前的工艺，形成测试图形。
31.本发明实施例中，测试图形至少有两组，一组只有主图形，另一组包括主图形和位于主图形周围的定标图形。两组测试图形中主图形一致，唯一不同的就是其中一组边上放dummy定标图形。主图形在坐标系中沿坐标轴对称或者不对称，标尺图形在主图形一个坐标轴方向，沿主图形对称分布或者不对称分布。定标图形可以为连续的矩形、三角形、圆形，或者是一组沿主图形边界分散分布的图形。
32.衬底的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。作为示例，在本发明实施例中，衬底为硅衬底。上述的测试图形可以直接在硅衬底上制作，或者在其他的一定膜层上制作。本发明实施例的测试图形用来监控外延生长工艺中图形的偏移。
33.步骤二、对形成有测试图形的衬底进行外延工艺。
34.外延生长过程中，测试图形处的外延生长后也具有测试图形的形貌。
35.步骤三、外延生长完成，测量测试图形外延后的尺寸与外延前测试图形的尺寸差异得出外延图形偏移。
36.外延生长完成，具有dummy定标图形的这组测试图形，外延图形会向dummy定标图形方向产生偏移和放大，和原始图形发生差异。如图3所示，为具有定标图形的测试图形外延的示意图，图4为没有定标图形的测试图形外延的示意图。
37.本发明实施例中，通过测量主图形和定标图形的设计尺寸与外延后两个图形尺寸差异来表征和监控外延的图形偏移。具体地，测量测试图形外延后的尺寸与外延前测试图形的尺寸差异包括测量外延前主图形在x-y坐标系下的尺寸wx1、wy2，定标图形的尺寸wx2、wy2，定标图形和所述主图形在x方向和y方向的距离lx1、ly1和测量外延后主图形在x-y坐标系下的尺寸wxa、wya，定标图形的尺寸wxb、wyb。
38.本发明实施例中，主图形在x、y或其他坐标系下，有确定的沿坐标轴方向初始尺寸wx1、wy2。标尺图形具有确定的尺寸wx2、wy2，和主图形有确定的距离lx1、ly1。外延后的测试图形分别形成两组标记，其中一类命名为a标记，另一类命名为b标记。测量主图形外延后尺寸wxa、wya，定标图形外延后尺寸wxb、wyb。
39.通过建立wx1、wy1、wx2、wy2、lx1、lx2与wxa、wyb、wxb、wyb的映射关系来表征外延后图形偏移。这里，如图5和图6所示，主图形若为具有内外两个边界的环形结构，则通过测量内外边界尺寸的差异来确定映射关系。当然也可以通过图形的非对称性。
40.本发明实施例的方法可用于在线监控外延图形偏移。在定期实施或在外延工艺、设备有变更时，可采用本发明实施例的方法进行上述测量，与上述步骤三中确定的映射关系进行对比，进而确定外延设备、工艺是否有变化，以及变化是否在可以接受的范围内，有助于为保证外延产品的稳定性，监测外延后图形偏移的稳定性。
41.本发明在衬底上形成测试图形来监控外延生长工艺中图形的偏移，该测试图形至少有两组，一组只有主图形，另一组包括主图形和位于主图形周围的定标图形，通过测量主图形和定标图形的设计尺寸与外延后两个图形尺寸差异来表征和监控外延的图形偏移，可以用于检测外延生长后图形偏移的方向及程度。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种监控外延图形偏移的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、提供衬底，对所述衬底进行外延前的工艺，形成测试图形；所述测试图形至少有两组，一组只有主图形，另一组包括主图形和位于所述主图形周围的定标图形；步骤二、对形成有所述测试图形的所述衬底进行外延工艺；步骤三、外延生长完成，测量所述测试图形外延后的尺寸与外延前所述测试图形的尺寸差异得出外延图形偏移。2.根据权利要求1所述的监控外延图形偏移的方法，其特征在于，步骤一中所述主图形在坐标系中沿坐标轴对称或者不对称，所述标尺图形在所述主图形一个坐标轴方向，沿主图形对称分布或者不对称分布。3.根据权利要求2所述的监控外延图形偏移的方法，其特征在于，步骤一中的所述定标图形为连续的矩形、三角形、圆形，或者是一组沿主图形边界分散分布的图形。4.根据权利要求1所述的监控外延图形偏移的方法，其特征在于，步骤三中测量所述测试图形外延后的尺寸与外延前所述测试图形的尺寸差异包括：测量外延前所述主图形在x-y坐标系下的尺寸wx1、wy2，所述定标图形的尺寸wx2、wy2，所述定标图形和所述主图形在x方向和y方向的距离lx1、ly1；测量外延后所述主图形在x-y坐标系下的尺寸wxa、wya，所述定标图形的尺寸wxb、wyb。5.根据权利要求4所述的监控外延图形偏移的方法，其特征在于，步骤三中通过建立wx1、wy1、wx2、wy2、lx1、lx2与wxa、wyb、wxb、wyb的映射关系来表征外延后图形偏移。6.根据权利要求5所述的监控外延图形偏移的方法，其特征在于，步骤一中所述主图形若为具有内外两个边界的环形结构，则步骤三中通过测量内外边界尺寸的差异，或者图形的非对称性来确定映射关系。7.根据权利要求1所述的监控外延图形偏移的方法，其特征在于，所述方法可用于在线监控外延图形偏移。

技术总结
本发明提供一种监控外延图形偏移的方法，包括首先对衬底进行外延前的工艺，形成测试图形；该测试图形至少有两组，一组只有主图形，另一组包括主图形和位于主图形周围的定标图形；然后对形成有测试图形的衬底进行外延工艺；最后外延生长完成，测量所述测试图形外延后的尺寸与外延前所述测试图形的尺寸差异得出外延图形偏移。本发明通过测量主图形和定标图形的设计尺寸与外延后两个图形尺寸差异，来表征和监控外延的图形偏移，可以用于在线检测外延生长后图形偏移的方向及程度。长后图形偏移的方向及程度。长后图形偏移的方向及程度。


技术研发人员：王雷
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/28