[发明专利]一种监控回刻深度的结构和监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制作领域，具体地说，是一种回刻工艺中监控回刻深度的结构和监控方法。

背景技术

DMOS(双扩散型MOS)晶体管是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)型的晶体管，其使用在相同边缘上对准的两个序列扩散步骤来形成晶体管的沟道区域。DMOS晶体管通常是高电压高电流的器件，在功率集成电路中用作分立的晶体管或元件。DMOS晶体管对于每个具有低前向压降的单元面积可以提供高电流。

DMOS晶体管的一个具体型号是所谓的沟槽DMOS晶体管，其中沟道出现在从源极向漏极延伸的沟槽的内壁上，且栅极形成在沟槽内。与薄氧化物层形成一条直线且填充有多晶硅的沟槽比垂直DMOS晶体管结构允许有较少的受限电流流动，从而提供了较低的特定导通电阻值。沟槽DMOS晶体管的例子在美国专利5,072,266、5,541,425和5,866,931中公开。

现有的沟槽DMOS器件制作工艺中，在栅极多晶硅沉底到沟槽之后，需要对表面多余的多晶硅进行回刻。请参见图1A-1C和图2A-2C，分别是沟槽DMOS器件制作栅极多晶硅时对应的结构俯视图和剖面图。当沟槽11被制作完成后，对衬底10进行多晶硅的沉积工艺。沉积时，多晶硅12会在衬底的水平表面上呈现竖直方向的生长，而在沟槽11的沟槽壁上呈现水平方向的生长。当沟槽壁上的多晶硅厚度达到1/2个沟槽宽度时，沟槽11恰好被填满。此时，由于沟槽和衬底表面存在拐角，使得沟槽上方的多晶硅高度低于器件表面其它区域的高度，且以沟槽的中央为最低处，使得衬底表面的多晶硅会在沟槽的中央处出现一条下陷的细纹，如图1B和2B所示。对上述器件进行多晶硅回刻工艺后，沟槽处的多晶硅与衬底表面之间存在一个高度差h，该高度差h即回刻深度，如图1C和2C所示。对于该高度差h，如果太深的话，会导致器件的栅极异常甚至引起器件的电性能失效。因此对该h的监控是非常有必要的。

目前的监控手段，一种是通过在线切片的方式进行，另外一种是使用台阶仪进行。对于第一种方式，由于需要对器件做破坏性测试，一方面加大了测试成本，另外一方面，测试所花费的时间较长，效率较低。对于第二种方式，随着器件关键尺寸的减小，对于台阶仪的探针要求也越来越高，而精确度高的台阶仪价格及其昂贵，这无疑加大了测试的初始成本，而且也需要较大的维护成本。

因此，降低目前对沟槽DMOS器件多晶硅回刻深度的监控成本已经成为业界广泛关注的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种监控回刻深度上的结构及使用该监控结构进行回刻深度监控的方法，能够减少监控成本，并且具有较高的监控效率，适合在线监控。

根据本发明的目的提出的一种回刻深度的监控结构，设置在晶圆衬底的非元件区，所述监控结构为表面截面为等腰梯形的沟槽，该沟槽在等腰梯形的上底边长度为1倍至2倍之间的沉积物厚度，下底边长度为大于2倍的沉积物厚度，所述沉积物厚度为所述晶圆衬底经过该沉积物的沉积工艺之后，覆盖在该晶圆衬底表面的沉积物的厚度。

优选的，所述晶圆衬底为裸晶衬底或者为裸晶衬底上制作了其它层次材料的衬底，所述其它层次为介质材料层或金属材料层。

优选的，所述沉积物为多晶硅。

根据本发明同一目的提出的另一种回刻深度的监控结构，设置在晶圆衬底的非元件区，包括表面截面为等腰梯形的沟槽以及沉积在该沟槽中的沉积物，所述沟槽在等腰梯形的上底边长度为1倍至2倍之间的沉积物厚度，下底边长度为大于2倍的沉积物厚度，所述沉积物厚度为所述晶圆衬底经过该沉积物的沉积工艺之后，覆盖在该晶圆衬底表面的沉积物的厚度，该沉积物在所述沟槽中的分布分为填充区和空白区，并且在所述填充区和空白区的交界处设有拐点。

根据本发明同一目的提出的一种回刻深度的监控方法，运用如上所述的监控结构进行，包括步骤：

确定拐点在标定轴上位置的标准值；

随机抽取待测晶圆进行拐点位置检测，并将检测结果与所述标准值进行比对，如果检测结果与标准值差异落在一个可容区间内时，则认为该批次产品的回刻深度合格；如果检测结果与标准值差异超出上述可容区间，则判断该批次产品的回刻深度不合格。

优选的，所述标定轴为梯形沟槽的上底边到下底边的距离。

优选的，所述可容区间的范围为工艺要求的实际回刻深度可容范围对应的表面标尺指示区间。