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    EinHalbleiterbauelement mit einer Messstruktur, welche die Messzuverlässigkeitsteigert, und ein Verfahren zum Messen des Halbleiterbauelements unterVerwendung der Messstruktur werden bereitgestellt. Das Halbleiterbauelementbeinhaltet ein Halbleitersubstrat mit einem Chipgebiet, in dem einintegrierter Schaltkreis ausgebildet ist, und einem Anreißgebiet,welches das Chipgebiet umgibt. Das Halbleiterbauelement beinhaltetaußerdemeine Messstruktur, die in dem Anreißgebiet ausgebildet ist undein Oberflächenabschnittsgebietaufweist, um ein Strahlgebiet zu beinhalten, in das Messstrahlenprojiziert werden, sowie eine in der Messstruktur ausgebildete Dummystruktur,um das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur zu reduzieren. Das Oberflächenabschnittsgebiet der Dummystrukturbelegt ungefähr5% bis ungefähr 15%eines Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets.
    公开号:DE102004028425A1
    申请号:DE200410028425
    申请日:2004-06-02
    公开日:2005-01-27
    发明作者:Dai-geun Suwon Kim；Jin-woo Suwon Kim；Joo-chan Seocho Kim；Kook-min Suwon Kim；Yong-hee Suwon Kim；Chul-Soon Kwon；Don-woo Hwaseong Lee；Jae-hyun Yongin Park；Sang-Wook Park；Eui-youl Yongin Ryu；Jae-Min Yu
    申请人:Samsung Electronics Co Ltd；
    IPC主号:H01L21-66
    专利说明:
    [0001] DieseAnmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen PatentanmeldungNr. 2003-35603, angemeldet beim koreanischen Patentamt am 3. Juni2003, deren Inhalt hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommenwird.
    [0002] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelementmit einer Messstruktur und auf ein Verfahren zum Messen des Halbleiterbauelementsunter Verwendung der Messstruktur.
    [0003] Einbekannter Fertigungsprozess füreinen integrierten Halbleiterschaltkreis bildet einen integrierten Halbleiterschaltkreismit gewünschtenFunktionen durch Aufbringen und Ätzenvon leitfähigenund isolierenden Schichten in einer Mehrschichtform gemäß einerAuslegungsvorschrift. Es ist wichtig, die Dicke jeder Schicht zu überwachen,die in dem Fertigungsprozess aufgebracht wird, um so in der Lagezu sein, Eigenschaften eines Halbleiterbauelements vorauszusehenoder die Ioneninjektionsenergie in einem nachfolgenden Ioneninjektionsprozessoder ein Ätztargetzu bestimmen.
    [0004] Einbekanntes Verfahren misst die Dicke von isolierenden Schichten,die auf einer leitfähigenVerdrahtungsstruktur ausgebildet sind, unter Verwendung eines optischenund Kapazitätsmessinstruments.Die Dicke der isolierten Schichten kann von der Dichte der Verdrahtungsstrukturmit den darauf ausgebildeten isolierenden Schichten abhängig sein.Außerdemkann, wenn eine Breite der Verdrahtungsstruktur gering ist, eineexakte Messung aufgrund des Auftretens eines Messfehlers unmöglich sein,der aus einem schmalen Oberflächengebietder Verdrahtungsstruktur resultiert. Daher wird eine Technologiebereitgestellt, um die Dicke der auf der Verdrahtungsstruktur ausgebildetenIsolationsschichten zuverlässigzu messen, selbst in einem Gebiet der Verdrahtungsstruktur mit geringerDichte, indem Korrelationen zwischen dem elektrischen Widerstandeiner Verdrahtungsstruktur und der Dicke der Isolationsschichtenverwendet werden.
    [0005] EinMessgebiet wird innerhalb eines Anreißgebiets eingerichtet, dasein Chipgebiet umgibt, in dem der integrierte Halbleiterschaltkreisausgebildet wird, und währenddes Schaltkreisfertigungsprozesses wird eine optische Messung jederSchicht in dem Schaltkreis in dem Anreißgebiet durchgeführt.
    [0006] 1 ist ein schematischesDiagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen einem Chip- und einemMessstrukturgebiet darstellt. Bezugnehmend auf 1 sind Chipgebiete 10, in denender integrierte Halbleiterschaltkreis ausgebildet wird, auf einemHalbleiterwafer zum Bei spiel in einer Matrix in vertikaler und horizontalerRichtung hergestellt. Ein Zwischenraum zwischen den Chipgebieten 10 wirdals Anreißgebiet 20 bezeichnet.Jedes Chipgebiet 10 ist entlang des Anreißgebiets 20 ineinen Einheitschip separiert. Wenn der Schaltkreisfertigungsprozessin jedem Chipgebiet 10 beendet ist, wird jeder Einheitschipin einem nachfolgenden Packungsprozess gepackt.
    [0007] EinBezugszeichen 22 bezeichnet eine Messstruktur, die in einemMessgebiet innerhalb des Anreißgebiets 20 ausgebildetist. Die Messstruktur 22 wird in dem gleichen Schritt wiedie Bildung einer Schaltkreisstruktur des integrierten Halbleiterschaltkreisesgebildet. Somit wird eine optische Messung auf einer Materialschichtdes Chipgebiets 10 mit der Schaltkreisstruktur auf derMessstruktur 22 statt auf der Schaltkreisstruktur des Chipgebiets 10 durchgeführt.
    [0008] 2 ist ein schematischesDiagramm, das eine Positionsbeziehung einer herkömmlichen Messstruktur und einesMessstrahlgebiets darstellt und demgemäß eine vergrößerte Ansichtder Messstruktur 22 von 1 bereitstellt.
    [0009] Bezugnehmendauf 2 ist ein Strahlgebiet 24,das ein Reflektionsgebiet von Messstrahlen bezeichnet, die von einemMessinstrument herrühren,innerhalb der Messstruktur 22 platziert. Das Messinstrument kanneine Dicke einer gemessenen Materialschicht durch Projizieren vonLicht auf ein Target oder die gemessene Materialschicht messen.Das Messinstrument kann zum Beispiel ein Spektrometer oder ein Ellipsometer sein.Eine Abmessung des Strahlgebiets 24, das auf die gemesseneMaterialschicht von dem Messinstrument projiziert wird, beträgt etwa40μm × 40μm. Die Abmessungder Messstruktur 22 beträgt etwa 80μm bis ungefähr 10μm × etwa 80 μm bis ungefähr 100μm.
    [0010] 3 ist ein Querschnitt, derdie herkömmlicheMessstruktur von 2 schematischdarstellt. Bezugnehmend auf 3 sindAbschnitte des Chipgebiets 10, in dem der integrierte Halbleiterschaltkreisausgebildet wird, und ein Anreißgebiet 20,welches das Chipgebiet 10 umgibt, benachbart dargestellt.Eine integrierte Schaltkreisstruktur 26 und die Messstruktur 22 sindjeweils in einer ersten Materialschicht 30 ausgebildet,die aus einer isolierenden oder leitfähigen Materialschicht besteht,die in einem Schritt der Herstellung eines einkristallinen Siliciumsubstratsoder der Herstellung des integrierten Halbleiterschaltkreises indem Chipgebiet 10 gebildet wird.
    [0011] Dieintegrierte Schaltkreisstruktur 26, die in Form von Gräben miteinem bestimmten Intervall in dem Chipgebiet 10 ausgebildetist, umfasst mehrere Teile dicht nebeneinander, wenn der Integrationsgraddes integrierten Halbleiterschaltkreises zunimmt. Die Messstruktur 22,die in Form eines einzelnen Grabens innerhalb des Anreißgebiets 20 hergestelltist, ist so gebildet, dass sie größer als jene des Strahlgebiets 24 in 2 ist, um einen Messfehleraufgrund einer Fehljustierung des Messinstruments zu verhindern.Die integrierte Schaltkreisstruktur 26 und die Messstruktur 22 können gleichzeitiggebildet werden.
    [0012] Danachwird eine zweite Materialschicht 32 auf der gesamten Oberfläche derersten Materialschicht 30, in der die integrierte Schaltkreisstruktur 26 unddie Messstruktur 22 gebildet sind, und in den Gräben aufgebracht,die durch den integrierten Schaltkreis und die Messstrukturen 26 und 22 gebildetsind. Dann wird ein Teil der zweiten Materialschicht 32 durcheinen chemisch-mechanischen Polierprozess (CMP) entfernt, um die Oberfläche derersten Materialschicht 30 freizulegen. Somit verbleibtdie zweite Materialschicht 32 innerhalb der grabenförmigen integriertenSchaltkreisstruktur 26 und der Messstruktur 22.
    [0013] Abhängig vonder Dichte einer Struktur, die auf dem Substrat gebildet wird, trittein Unterschied bei einem Depositions- oder Ätzprozess für den integrierten Halbleiterschaltkreisauf. Außerdemunterscheidet sich die Entfernungsgeschwindigkeit, insbesonderebei dem CMP-Prozess, abhängigvon der Abmessung der Struktur. Die Dicke H1 der zweiten Materialschicht 32,die in der integrierten Schaltkreisstruktur 26 ausgebildet ist,unterscheidet sich z.B. von der Dicke H2 der zweiten Materialschicht 32,die in der Messstruktur 22 ausgebildet ist. Während inder zweiten Materialschicht 32, die in der integriertenSchaltkreisstruktur 26 mit einer hohen Dichte ausgebildetist, nahezu keine Dellenbildung auftritt, tritt eine beträchtlicheDellenbildung in der zweiten Materialschicht 32 auf, diein der Messstruktur 22 mit einer relativ großen Abmessungausgebildet ist. Das heißt,der Unterschied tritt zwischen H1, der tatsächlichen Dicke der zweitenMaterialschicht 32 in dem Chipgebiet 10, und H2auf, der gemessenen Dicke der zweiten Materialschicht 32 indem Anreißgebiet 20.Dadurch wird die Zuverlässigkeitder Messung verringert.
    [0014] Daherwird die Dicke der zweiten Materialschicht 32 in der Messstruktur 22 gemessen,um die Dicke der zweiten Materialschicht 32 in der integriertenSchaltkreisstruktur 26 innerhalb des Chipgebiets 10 zumessen. Um den Unterschied zwischen H1 und H2 aufgrund der Dellenbildungzu korrigieren, wird die tatsächliche Dickeder in der integrierten Schaltkreisstruktur 26 ausgebildetenzweiten Materialschicht 32 mittels eines Transmissionselektronenmikroskops(TEM) oder eines vertikalen Rasterelektronenmikroskops (VSEM) überprüft. Dannwird unter Verwendung dieser tatsächlichen Dicke ein Kompensationswertfür diein der Messstruktur 22 ausgebildete zweite Materialschicht 32 bestimmt.
    [0015] Diein der Messstruktur 22 ausgebildete zweite Materialschicht 32,die breiter als jene in der integrierten Schaltkreisstruktur 26 ausgebildeteist, kann jedoch abhängigvon einem Wafer in verschiedenen Losen oder sogar im gleichen Loseine unterschiedliche Dicke aufweisen. Somit ist es schwierig, zueinem adäquaten Kompensationswertfür dasgesamte Los zu kommen, wenn auf Aufnahmen vertraut wird, die einebegrenzte Anzahl von Punkten zeigen, die durch das TEM oder VSEMaufgenommen wurden.
    [0016] Außerdem resultiertein Verlust an Wafer-, menschlichen und Materialressourcen aus derVerwendung des TEM oder VSEM. Zudem ist eine beträchtlicheZeit zum Aufnehmen der Bilder mit dem TEM oder VSEM erforderlich.Demgemäß wird einewesentlichen Zeit zum Erzielen und Anwenden eines adäquaten Kompensationswertsin einem nachfolgenden Prozess verbraucht.
    [0017] EinHalbleiterbauelement gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleitersubstrat miteinem Chipgebiet, in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildetist, und ein Anreißgebiet,welches das Chipgebiet umgibt, eine Messstruktur, die in dem Anreißgebietausgebildet ist und ein Oberflächenabschnittsgebietmit einem Strahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziertwerden, sowie eine Dummystruktur, die in der Messstruktur ausgebildetist, um das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur zu reduzieren.
    [0018] DieDummystruktur kann aus einem Teil des Halbleitersubstrats gebildetsein, der nach einer unvollständigenEntfernung des Halbleitersubstrats von der Messstruktur verbleibt.Die Messstruktur kann des Weiteren eine Materialschicht beinhalten,wobei die Materialschicht aus einem Messtarget eines Messinstruments besteht,das die Messstrahlen abgibt, und das Chipgebiet kann die Materialschichtbeinhalten, die durch den gleichen Fertigungsprozess wie die Materialschichtder Messstruk tur gebildet wird. Das Halbleitersubstrat kann einkristallinesSilicium beinhalten, und die Materialschicht kann Siliciumoxid beinhalten.
    [0019] Außerdem kanndas Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur wenigstens viermal größer als ein Oberflächenabschnittsgebietdes Strahlgebiets sein, und das Oberflächenabschnittsgebiet der Dummystruktur kannungefähr5% bis ungefähr15% eines Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets belegen.
    [0020] DesWeiteren kann die Dummystruktur in verschiedenen Formen, wie einemStreifentyp, einem Inseltyp und einem Gittertyp, in einer vorgegebenenRichtung in der Messstruktur angeordnet sein.
    [0021] EinHalbleiter beinhaltet gemäß einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ein Halbleitersubstrat mit einem Chipgebiet,in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildet ist, einem Anreißgebiet,welches das Chipgebiet umgibt, einer ersten Materialschicht, dieauf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, einer Messstruktur,die in der ersten Materialschicht in dem Anreißgebiet ausgebildet ist undein Oberflächenabschnittsgebietmit einem Strahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziertwerden, und einer Dummystruktur zur Reduzierung des Oberflächenabschnittsgebietsder Messstruktur.
    [0022] DieDummystruktur kann aus einem Teil der ersten Materialschicht gebildetsein, die nach einer unvollständigenEntfernung der ersten Materialschicht von der Messstruktur verbleibt.Die Messstruktur kann des Weiteren eine zweite Materialschicht beinhalten,wobei die zweite Materialschicht aus einem Messtarget von Messinstrumentenbesteht, welche die Messstrahlen abgeben, und das Chipgebiet kanndie zweite Materialschicht beinhalten, die in dem gleichen Fertigungsprozesswie die zweite Materialschicht der Messstruktur gebildet wird.
    [0023] Dieerste und die zweite Materialschicht können verschiedene optischeEigenschaften aufweisen, die erste Materialschicht kann eine leitfähige Materialschichtsein, und die zweite Materialschicht kann eine isolierende Materialschichtsein, und die erste und die zweite Materialschicht können verschiedeneisolierende Materialschichten sein.
    [0024] EinVerfahren zum Messen eines Halbleiterbauelements gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bilden eines Chipgebiets,in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildet wird, und einesAnreißgebiets,welches das Chipgebiet umgibt, auf einem Halbleitersubstrat; dasBilden einer integrierten Schaltkreisstruktur in dem Chipgebietdurch Ätzeneines Teils einer Oberflächedes Halbleitersubstrats, das Bilden einer Messstruktur in dem Anreißgebiet,wobei die Messstruktur ein Oberflächenabschnittsgebiet mit einemStrahlgebiet beinhaltet, in das Messstrahlen projiziert werden,das Bilden einer Dummystruktur in der Messstruktur zur Reduzierungdes Oberflächenabschnittsgebietsder Messstruktur, das Bilden einer Materialschicht auf dem Halbleitersubstratmit der integrierten Schaltkreisstruktur, der Messstruktur und derDummystruktur, das Ätzender Materialschicht um eine vorgegebene Dicke und das Messen derin der Messstruktur ausgebildeten Materialschicht.
    [0025] DasMessen der in der Messstruktur ausgebildeten Materialschicht kannvor dem Ätzender Materialschicht um die vorgegebene Dicke durchgeführt werden.Das Verfahren kann des Weiteren das Ätzen der Materialschicht zurFreilegung einer Oberflächeder Dummystruktur beinhalten. Das Messen der Materialschicht kanndas Messen einer Dicke, des Schichtwiderstands oder eines Brechungsindexder Materialschicht bedeuten.
    [0026] EinVerfahren zum Messen eines Halbleiterbauelements gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bilden eines Chipgebiets,in dem ein integrierter Schaltkreis gebildet wird, und eines Anreißgebiets,welches das Chipgebiet umgibt, auf einem Halbleitersubstrat, dasBilden einer ersten Materialschicht auf dem Halbleitersubstrat,das Bilden einer integrierten Schaltkreisstruktur in dem Chipgebiet durch Ätzen einesTeils der ersten Materialschicht, das Bilden einer Messstrukturin der ersten Materialschicht in dem Anreißgebiet, wobei ein Oberflächenabschnittsgebietein Strahlgebiet beinhaltet, in das Messstrahlen projiziert werden,das Bilden einer Dummystruktur in der Messstruktur zur Reduzierungdes Oberflächenabschnittsgebietsder Messstruktur, das Bilden einer zweiten Materialschicht auf demHalbleitersubstrat mit der ersten Materialschicht, der integriertenHalbleiterschaltkreisstruktur, der Messstruktur und der Dummystruktur, das Ätzen derzweiten Materialschicht um eine vorgegebene Dicke und das Messender in der Messstruktur ausgebildeten zweiten Materialschicht.
    [0027] AlsErgebnis kann eine Dellenbildung der Messstruktur verhindert werden,und es kann eine zuverlässigereMessung durch Bilden einer Dummystruktur erzielt werden, die ineinem bestimmten Maß indem Strahlgebiet freigelegt ist, das ins Innere der Messstrukturprojiziert ist.
    [0028] BevorzugteAusführungsformender Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen in Verbindungmit den begleitenden Zeichnungen detaillierter verständlich,in denen
    [0029] 1 eine schematische Darstellungist, die eine Positionsbeziehung eines Chipgebiets und eines herkömmlichenMessstrukturgebiets darstellt,
    [0030] 2 eine schematische Darstellungist, die eine Positionsbeziehung einer herkömmlichen Messstruktur und einesMessstrahlgebiets darstellt,
    [0031] 3 ein Querschnitt ist, dereine herkömmlicheMessstruktur schematisch darstellt,
    [0032] 4 eine schematische Darstellungist, die eine Positionsbeziehung einer Messstruktur und eines Messstrahlgebietsgemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt,
    [0033] 5 ein Querschnitt einerMessstruktur gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung ist,
    [0034] 6A eine graphische Darstellungist, die ein tanθ-Spektrumgemäß einemWellenlängenbereich darstellt,der füreinen üblichenSiliciumoxidfilm angewendet wird,
    [0035] 6B eine graphische Darstellungist, die ein tanθ-Spektrumgemäß einemWellenlängenbereich darstellt,der füreine Probe einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung angewendet wird,
    [0036] 7A eine graphische Darstellungist, die ein cosΔ-Spektrumgemäß einemWellenlängenbereich darstellt,der füreinen üblichenSiliciumoxidfilm angewendet wird,
    [0037] 7B eine graphische Darstellungist, die ein cosΔ-Spektrumgemäß einemWellenlängenbereich darstellt,der füreine Probe einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung angewendet wird, und
    [0038] 8 eine graphische Darstellungist, die eine Messung eines Dellenbildungswertes und eines Anpassungsgütewertes(GOF) basierend auf einem Dummystrukturverhältnis gemäß einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt.
    [0039] BevorzugteAusführungsformender vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter unter Bezugnahmeauf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Diese Erfindung kannjedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nichtauf die hierin dargelegten Ausführungsformenbeschränkt angesehenwerden; stattdessen sind diese Ausführungsformen dazu bereitgestellt,dass diese Offenbarung ausführlichund vollständigist und dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig übermittelt.
    [0040] 4 ist eine schematischeDarstellung, die eine Positionsbeziehung einer Messstruktur undeines Messstrahlgebiets gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt. 5 istein Querschnitt einer Messstruktur gemäß einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
    [0041] Bezugnehmendauf die 4 und 5 ist eine Messstruktur 42 inForm eines Grabens mit quadratischem Querschnitt in einer erstenMaterialschicht 40 innerhalb eines Anreißgebiets 20 ausgebildet,wobei sie in ihrer Form der in den 1 bis 3 gezeigten Messstruktur 22 ähnlich ist.Anders als bei der in den 1 bis 3 gezeigten Messstruktur 22 istjedoch des Weiteren in der Messstruktur 42 eine Mehrzahlvon Dummystrukturen 46 ausgebildet, die mit einem bestimmtenIntervall angeordnet sind und eine Streifenform aufweisen.
    [0042] Dieerste Materialschicht 40 kann ein einkristallines Siliciumsubstrat,eine isolierte Materialschicht mit einer Oxid- oder Nitridsubstanzoder eine leitfähigeSchicht mit Metall oder Polysilicium sein, die in einem Schritteines Prozesses zur Herstellung eines integrierten Halbleiterschaltkreisesauf einem einkristallinen Siliciumwafer gebildet wird.
    [0043] DieDummystruktur 46 wird übereinen vorgegebenen Photoätzprozessim gleichen Schritt wie die Bildung des integrierten Halbleiterschaltkreisesinnerhalb des Chipgebiets gebildet. Nach dem Aufbringen einer zweitenMaterialschicht 44, die aus einem Material wie Siliciumoxidbesteht und andere optische Charakteristika wie die erste Materialschicht 40 aufweist,auf der gesamten Oberflächeeines Substrats und in diesem, in dem die Dummystruktur 46 ausgebildetist, wird eine Oberflächeder ersten Materialschicht 40 durch einen Rückätzprozessfreigelegt. Der Rückätzprozessgemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung wird durch ein chemisch-mechanischesPolierverfahren (CMP) durchgeführt.Wie in 5 gezeigt, trittDellenbildung der zweiten Materialschicht 44 anders alsbei der zweiten Materialschicht 32 in 3 nicht auf, da die Dummystruktur 46 inder Messstruktur 42 enthalten ist.
    [0044] EinOberflächenabschnittsgebietder Messstruktur 42 in 4 istso ausgebildet, dass es eine ausreichende Toleranz aufweist, sodass in dem Strahlgebiet 24, in das Strahlen von dem Messinstrumentaufgrund einer Fehljustierung des Messinstruments reflektiert werden,kein Messfehler auftritt. Selbst wenn zum Beispiel das Maß an Integrationdes in dem Chipgebiet ausgebildeten integrierten Halbleiterschaltkreiseserhöhtwird und eine Auslegungsvorschrift verringert wird, wird das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur 42 wenigstens viermal größer alsjenes des Strahlgebiets 24 gemacht, das eine Messgrenzedes Messinstruments ist. Gemäß der vorliegendenAusführungsformist die Abmessung des Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets 24 des Messinstruments mit etwa 40μm × 40μm realisiert,und die Abmessung des Oberflächenabschnittsgebietsder Messstruktur 42 ist mit etwa 80μm bis ungefähr 100μm × etwa 80μm bis ungefähr 100μm gebildet. In diesem Fall istdas Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur 42 um den Faktor 4 bis 6,25 größer alsjenes des Strahlgebiets 24.
    [0045] Diezweite Materialschicht 44 oder die gemessene Materialschichtund die Dummystruktur 46 werden zusammen in dem in 4 gezeigten Strahlgebiet 24 freigelegt,in das Strahlen von dem Messinstrument reflektiert werden. Somitbeinhaltet ein tatsächlichergemessener Wert nicht nur einen Wert, der von einer Oberfläche derzweiten Materialschicht 44 gemessen ist, sondern auch einenWert, der von der Oberflächeder Dummystruktur 46 gemessen ist. Das Dickenmessinstrument,das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Spektrometer,das die Dicke der gemessenen Materialschicht durch ein Intensitätsverhältnis eines reflektiertenStrahls zu einem projizierten Strahl misst. Mit diesem InstrumentkönnenzuverlässigeDaten erzielt werden, wenn ein Verhältnis des Oberflächenabschnittsgebietsder Dummystruktur 46 zu dem gesamten Oberflächenabschnittsgebietdes Strahlgebiets 24 ("Dummystrukturverhältnis") auf einem bestimmtenNiveau gehalten wird, so dass ein Intensitätsverhältnis eines reflektierten Strahlszu einem projizierten Strahl bezüglichder Oberflächeder Dummystruktur 46 ignoriert werden kann.
    [0046] EinErgebnis der Dickenmessung der zweiten Materialschicht 44 istin Tabelle 1 nachstehend gemäß dem Verhältnis desOberflächenabschnittsgebietsder Dummystruktur 46 zu dem Strahlgebiet 24 dargestellt.
    [0047] DieDicke der zweiten Materialschicht 44, die tatsächlich indem Chipgebiet gemessen wird, beträgt ungefähr 440nm. In einem Fall, indem die herkömmlicheMessstruktur 22 keine Dummystruktur aufweist (oder wenndas Dummystrukturverhältnis0% ist), wie in 2 dargestellt,beträgtdie gemessene Dicke ungefähr 300nmbis ungefähr350nm, und in einem Fall, in dem das Dummystrukturverhältnis etwa6,80% bis ungefähr 11,25%ist, nähertsich die gemessene Dicke 440nm, wie in Tabelle 1 gezeigt. In einemFall, in dem das Dummystrukturverhältnis etwa 27,50% ist, istes unmöglich,die Dicke zu messen, da sie nicht im messbaren Bereich des Messinstrumentsliegt. Diese Nichtmessbarkeit wird durch einen Einfluss der vonder Oberflächeder Dummystruktur 46 reflektierten Strahlen verursacht.
    [0048] Dergemessene Dickenwert in Tabelle 1 wird in dem Strahlgebiet 24 innerhalbder Messstruktur 42 gemessen, und die Strukturabmessungwird mit A × Bausgedrückt,wobei "A" eine Breite (μm) der zweitenMaterialschicht 44 bezeichnet, die zwischen einer Mehrzahlvon Dummystrukturen platziert ist, und "B" eineBreite (μm)jeder Dummystruktur 46 bezeichnet. Bezüglich der Strukturabmessungwird diese "horizontal" genannt, wenn diestreifenartige Dummystruktur 46 horizontal ausgebildetist, wenn sie hingegen vertikal ausgebildet ist, wird diese "vertikal" genannt. Die Anpassungsgüte (GOF),die einen Parameter anzeigt, der einen Zuverlässigkeitspegel gemessener Datenbeeinflussen kann, wird von 0 bis 1 durch Analysieren eines Wellenlängenspektrumsausgedrückt,das auf die gemessene Materialschicht angewendet wird. Wenn sichdieser Wert 1 nähert,nimmt der Datenzuverlässigkeitspegelzu. Wenn der GOF-Wert 0,6 oder kleiner ist, können die gemessenen Daten alsnicht zuverlässigangesehen werden. Wie oben erwähnt,zeigt das Dummystrukturverhältnisdas Verhältnisdes Oberflächenabschnittsgebietsder Dummystruktur 46 zu dem gesamten Oberflächenabschnittsgebietdes Strahlgebiets 24 an.
    [0049] 8 ist eine graphische Darstellung,die einen Dellenbildungswert und eine Anpassungsgüte (GOF) basierendauf einem Dummystrukturverhältnisgemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung misst. Bezugnehmend auf 8 zeigt eine horizontale Achse das Dummystrukturverhältnis, einevertikale Achse auf der rechten Seite zeigt den GOF-Wert an, undeine vertikale Achse auf der linken Seite zeigt einen Dellenbildungswert.Der Dellenbildungswert ist der Unterschied zwischen der in dem Chipgebiet 10 gemessenenDicke und jener in dem Strahlgebiet 24. Wenn der Dellenbildungswert20nm oder mehr ist, wie wenn die herkömmliche Messstruktur ohne dieDummystruktur verwendet wird, kann die in dem Strahlgebiet 24 gemesseneDicke nicht fürdie tatsächlicheDicke in dem Chipgebiet 10 stehen. Wie in 8 gezeigt, entspricht das Dummystrukturverhältnis miteinem Wert im Bereich von ungefähr5% bis ungefähr15% einem GOF-Wert von 0,6 oder mehr und einem Dellenbildungswertvon 20nm oder weniger.
    [0050] 6A ist eine graphische Darstellung,die ein tanθ-Spektrumentsprechend einem Wellenlängenbereichdarstellt, der auf einen üblichenOxidfilm angewendet wird, und 6B isteine graphische Darstellung, die ein tanθ-Spektrum entsprechend einemWellenlängenbereichdarstellt, der auf eine Probe einer Ausführungsform der vorliegendenErfindung angewendet wird. Außerdemist 7A eine graphischeDarstellung, die ein cosΔ-Spektrumentsprechend einem Wellenlängenbereichdarstellt, der auf einen üblichenOxidfilm angewendet wird, und 7B isteine graphische Darstellung, die ein cosΔ-Spektrum entsprechend einemWellenlängenbereichdarstellt, der auf eine Probe einer Ausführungsform der vorliegendenErfindung angewendet wird.
    [0051] Einspektroskopisches Ellipsometer (SE), ein Dickenmessinstrument, projiziertund reflektiert polarisiertes Licht mit mehreren Wellenlängen inFächerformdurch einen rotierenden Polarisator auf einen Wafer. Dann trittdas projizierte und reflektierte Licht durch einen festen Polarisatorin ein Prisma ein. Wenn das fächerförmige polarisierteLicht durch den Wafer reflektiert wird, nimmt es üblicherweiseeine ovale Form an. Der projizierte Strahl kann in einen p-Strahl,der parallel zu einer durch den projizierten und den reflektiertenStrahl gebildeten Ebene polarisiert ist, und einen s-Strahl unterteiltwerden, der senkrecht zu der Ebene polarisiert ist. Diese Elementeweisen komplexe und wechselseitig unterschiedliche Intensitäten undPhasenunterschiede auf. Der Ausdruck tanθ ist als ein Intensitätsverhältnis derreflektierten p- und s-Elemente definiert, und Δ ist als der Phasenunterschiedder p- und s-Elemente definiert. CosΔ bedeutet exp(iΔ), und tanθ und cosΔ zeigen Filmcharakteristikaentlang eines Spektrums an.
    [0052] Die 6A und 7A repräsentieren jeweils tanθ und cosΔ entsprechendeinem Wellenlängenbereich, derauf einen üblichenSiliciumoxidfilm angewendet wird, und die 6B und 7B zeigenjeweils tanθ undcosΔ entsprechendeinem Wellenlängenbereichan, der auf Probe Nr. 3 von Tabelle 1 oben angewendet wird. Wie ausTabelle 1 ersichtlich, wies Probe Nr. 3 die höchste Zuverlässigkeitauf. Die 6A und 6B und die 7A und 7B stellen ähnlicheSpektrumprofile dar. Trotz der Existenz der Dummystruktur 46 zeigendie ähnlichen Spektrumprofile,dass die Dicke des gemessenen Materials innerhalb des Chipgebiets 10 durchMessen der Messstruktur 42 zuverlässig erhalten wird, wenn dasOberflächenabschnittsgebietder Dummystruktur 46 auf einem bestimmten Niveau gehaltenwird.
    [0053] DieDummystruktur 46 ist gemäß einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung streifenförmig ausgebildet; die Dummystruktur 46 kannjedoch in verschiedenen Konfigurationen ausgebildet sein, wie einem Inseltyp,einem Gittertyp, einem kreuzförmigenTyp oder einem geschlossenen Kurventyp. Außerdem erläutert eine Ausführungsformder vorliegenden Erfindung das Messen des Siliciumoxidfilms in einemFall, in dem die Messstruktur in der einkristallinen Siliciumschichtausgebildet ist und der Siliciumoxidfilm in der gemessenen Strukturausgebildet ist. Das Material der Messstruktur einschließlich derDummystruktur, und der gemessenen Materialschicht, die durch dasMessinstrument zu messen ist, kann auf verschiedene Fälle entsprechenddem Herstellungsprozess des integrierten Halbleiterschaltkreisesangewendet werden. Das Verfahren zum Messen der Dicke der gemessenenMaterialschicht kann außerdemauf eine Messung des Schichtwiderstands oder eines Brechungsindexder gemessenen Materialschicht angewendet werden.
    [0054] AlsErgebnis wird ungeachtet einer Abnahme der Auslegungsvorschriftdie Messstruktur, die der Strahlabmessung in dem Messinstrumententspricht, so gebildet, dass sie eine ausreichende Abmessung in demAnreißgebietaufweist und von dem Chipgebiet getrennt ist, und die Messzuverlässigkeitwird durch Verhindern der Dellenbildung in der Messstruktur unterVerwendung der Dummystruktur gesteigert.
    [0055] Wenngleichdie illustrativen Ausführungsformenhierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschriebenwurden, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht aufjene genauen Ausführungsformenbeschränktist und dass verschiedene andere Änderungen und Modifikationendurch einen Fachmann darin vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder Umfangder Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Änderungen und Modifikationensind so gedacht, dass sie in dem Umfang der Erfindung enthalten sind,wie er durch die beigefügtenAnsprüchedefiniert ist.
    权利要求:
    Claims (40)
    [1] Halbleiterbauelement mit – einemHalbleitersubstrat mit einem Chipgebiet, in dem ein integrierterSchaltkreis ausgebildet ist, und einem Anreißgebiet, welches das Chipgebietumgibt, – einerMessstruktur, die in dem Anreißgebietausgebildet ist und ein Oberflächenabschnittsgebietmit einem Strahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziertwerden, und – einerDummystruktur, die zur Reduzierung des Oberflächenabschnittsgebiets der Messstrukturin der Messstruktur ausgebildet ist.
    [2] Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Dummystruktur aus einem Teil des Halbleitersubstrats gebildetist, der nach einer unvollständigenEntfernung des Halbleitersubstrats von der Messstruktur verbleibt.
    [3] Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Messstruktur des Weiteren eine Materialschichtbeinhaltet, wobei die Materialschicht ein Messtarget eines Messinstrumentsist, das Messstrahlen abgibt, und das Chipgebiet die Materialschichtbeinhaltet, die durch den gleichen Fertigungsprozess wie die Materialschichtder Messstruktur gebildet wird.
    [4] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat einkristallinesSilicium beinhaltet und die Materialschicht Siliciumoxid beinhaltet.
    [5] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenabschnitts gebiet der Messstrukturwenigstens viermal größer alsein Oberflächenabschnittsgebiet desStrahlgebiets ist.
    [6] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Dummystruktur in dem Strahlgebietenthalten ist.
    [7] Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass ein Oberflächenabschnittsgebiet derDummystruktur ungefähr5% bis ungefähr15% eines Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets belegt.
    [8] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Dummystruktur in Streifenform ineiner vorgegebenen Richtung in der Messstruktur angeordnet ist.
    [9] Halbleiterbauelement mit – einem Halbleitersubstrat,das ein Chipgebiet, in dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildetist, und ein Anreißgebietbeinhaltet, welches das Chipgebiet umgibt, – einer ersten Materialschicht,die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, – einerMessstruktur, die in der ersten Materialschicht in dem Anreißgebietausgebildet ist und ein Oberflächenabschnittsgebietmit einem Strahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziertwerden, und – einerDummystruktur zum Reduzieren des Oberflächenabschnittsgebiets der Messstruktur.
    [10] Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Dummystruktur aus einem Teil der ersten Materialschicht gebildetist, der nach einer unvollständigenEntfernung der ersten Materialschicht von der Messstruktur verbleibt.
    [11] Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurchgekennzeichnet, dass die Messstruktur des Weiteren eine zweite Materialschichtbeinhaltet, wobei die zweite Materialschicht ein Messtarget vonMessinstrumenten ist, die Messstrahlen abgeben, und das Chipgebietdie zweite Materialschicht beinhaltet, die in dem gleichen Fertigungsprozesswie die zweite Materialschicht der Messstruktur gebildet wird.
    [12] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialschicht und diezweite Materialschicht unterschiedliche optische Charakteristikaaufweisen.
    [13] Halbleiterbauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Materialschicht eine leitfähige Materialschichtist und die zweite Materialschicht eine isolierende Materialschichtist.
    [14] Halbleiterbauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Materialschicht und die zweite Materialschichtverschiedene isolierende Materialschichten sind.
    [15] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis14, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenabschnittsgebiet der Messstrukturwenigstens viermal größer alsein Oberflächenabschnittsgebietdes Strahlgebiets ist.
    [16] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Dummystruktur in demStrahlgebiet enthalten ist.
    [17] Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass ein Oberflächenabschnittsgebietder Dummystruktur ungefähr5% bis ungefähr15% eines Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets belegt.
    [18] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dummystruktur in einer vorgegebenenRichtung in der Messstruktur angeordnet ist.
    [19] Verfahren zum Messen eines Halbleiterbauelements,gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bilden eines Chipgebiets,in dem ein integrierter Schaltkreis gebildet wird, und eines Anreißgebiets,welches das Chipgebiet umgibt, auf einem Halbleitersubstrat, – Bildeneiner integrierten Schaltkreisstruktur in dem Chipgebiet durch Ätzen einesTeils einer Oberflächedes Halbleitersubstrats, – Bildeneiner Messstruktur in dem Anreißgebiet,wobei die Messstruktur ein Oberflächenabschnittsgebiet mit einemStrahlgebiet aufweist, in das Messstrahlen projiziert werden, – Bildeneiner Dummystruktur in der Messstruktur, um das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur zu reduzieren, – Bilden einer Materialschichtauf dem Halbleitersubstrat, welche die integrierte Schaltkreisstruktur,die Messstruktur und die Dummystruktur beinhaltet, – Ätzen derMaterialschicht um eine vorgegeben Dicke und – Messender in der Messstruktur ausgebildeten Materialschicht.
    [20] Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,dass das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur wenigstens viermal größer als ein Oberflächenabschnittsgebietdes Strahlgebiets ist.
    [21] Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,dass ein Teil der Dummystruktur in dem Strahlgebiet enthalten ist.
    [22] Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass ein Oberflächenabschnittsgebietder Dummystruktur ungefähr5% bis ungefähr15% eines Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets belegt.
    [23] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet,dass die Dummystruktur in Streifenform in einer vorgegebenen Richtungin der Messstruktur angeordnet ist.
    [24] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet,dass das Halbleitersubstrat einkristallines Silicium beinhaltetund die Materialschicht Siliciumoxid beinhaltet.
    [25] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet,dass das Messen der in der Messstruktur ausgebildeten Materialschichtvor dem Ätzender Materialschicht um die vorgegebene Dicke durchgeführt wird.
    [26] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, weiter gekennzeichnetdurch ein Ätzender Materialschicht zum Freilegen einer Oberfläche der Dummystruktur.
    [27] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet,dass das Messen der Materialschicht ein Messen der Dicke der Materialschichtbedeutet.
    [28] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet,dass das Messen der Materialschicht ein Messen des Schichtwiderstandsoder eines Brechungsindex der Materialschicht bedeutet.
    [29] Verfahren zum Messen eines Halbleiterbauelements,gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bilden eines Chipgebiets,in dem ein integrierter Schaltkreis gebildet wird, und eines Anreißgebiets,welches das Chipgebiet umgibt, auf einem Halbleitersubstrat, – Bildeneiner ersten Materialschicht auf dem Halbleitersubstrat, – Bildeneiner integrierten Schaltkreisstruktur in dem Chipgebiet durch Ätzen einesTeils der ersten Materialschicht, – Bilden einer Messstrukturin der ersten Materialschicht in dem Anreißgebiet, wobei die Messstrukturein Oberflächenabschnittsgebietmit einem Strahlgebiet beinhaltet, in das Messstrahlen projiziertwerden, – Bildeneiner Dummystruktur in der Messstruktur, um das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur zu reduzieren, – Bilden einer zweiten Materialschichtauf dem Halbleitersubstrat mit der ersten Materialschicht, der integriertenHalbleiterschaltkreisstruktur, der Messstruktur und der Dummystruktur, – Ätzen derzweiten Materialschicht um eine vorgegebene Dicke und – Messender in der Messstruktur ausgebildeten zweiten Materialschicht.
    [30] Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,dass das Oberflächenabschnittsgebietder Messstruktur wenigstens viermal größer als ein Oberflächenabschnittsgebietdes Strahlgebiets ist.
    [31] Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet,dass ein Teil der Dummystruktur in dem Strahlgebiet enthalten ist.
    [32] Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,dass ein Oberflächenabschnittsgebietder Dummystruktur ungefähr5% bis ungefähr15% eines Oberflächenabschnittsgebietsdes Strahlgebiets belegt.
    [33] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet,dass die Dummystruktur in Streifenform in einer vorgegebenen Richtungin der Messstruktur angeordnet ist.
    [34] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht unterschiedlicheoptische Charakteristika aufweisen.
    [35] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Materialschicht eine leitfähige Materialschicht ist unddie zweite Materialschicht eine isolierende Materialschicht ist.
    [36] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht unterschiedlicheisolierende Materialschichten sind.
    [37] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet,dass das Messen der zweiten Materialschicht, die in der Messstrukturausgebildet ist, vor dem Ätzender zweiten Materialschicht um die vorgegebene Dicke durchgeführt wird.
    [38] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 37, weiter gekennzeichnetdurch Ätzender zweiten Materialschicht, um eine Oberfläche der Dummystruktur freizulegen.
    [39] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 38, dadurch gekennzeichnet,dass das Messen der zweiten Materialschicht ein Messen der Dickeder zweiten Materialschicht bedeutet.
    [40] Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet,dass das Messen der zweiten Materialschicht ein Messen des Schichtwiderstandsoder des Brechungsindex der zweiten Materialschicht bedeutet.
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