一种硅湿法腐蚀深度的监控结构及监控方法技术

本发明专利技术公开了一种硅湿法腐蚀深度的监控结构及相关监控方法。该监控结构包括形成在单晶硅材料上的至少两个顶面为矩形的湿法腐蚀凹槽；且至少有两个湿法腐蚀凹槽的顶面宽度分别为Wu和Wl，Wu＝du/0.71，Wl＝dl/0.71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，dl为所要监控的湿法腐蚀深度最小值。所述监控方法根据具有监控图形的版图对单晶硅片进行各向异性的湿法腐蚀，形成所需监控的腐蚀槽以及用于监控该腐蚀槽深度的监控结构，然后对所得监控结构进行监视，从而实现对湿法腐蚀深度的监控。本发明专利技术可以直观、便捷地监控产品腐蚀槽的腐蚀深度，成本较低，并可达到较高的监控精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及湿法腐蚀工艺，尤其涉及一种湿法腐蚀工艺中硅腐蚀深度的监控结构和相关监控方法，属于半导体制造领域。
技术介绍
刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法腐蚀两种，由于干法刻蚀可能会对硅片上的敏感器件带来等离子体损伤，目前湿法腐蚀工艺仍然在半导体制造领域起着重要的作用。在湿法腐蚀工艺中，硅的各向异性湿法腐蚀工艺的使用已经非常普遍，通常各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW(乙二胺，邻苯二酚和水)、联胺、TMAH等，另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液，如KOH、NaOH, NH40H等。在进行硅的各向异性湿法腐蚀工艺时，硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率，也即腐蚀速率与单晶硅的晶向密切相关，另外硅的各向异性腐蚀速率还与腐蚀液的类型、配比、反应的温度等各个参数有关。所以腐蚀速率的波动可能较大，这就为腐蚀深度的控制带来了困难。在半导体器件中，器件结构尺寸的微小差异会对器件性能产生影响，因此，采用有效手段对硅的湿法腐蚀深度进行监控尤为重要。目前，硅湿法腐蚀深度的监控通常有如下几种手段:1、使用带有深度(Z轴)测量的显微镜进行测量；2、使用3D轮廓仪或扫描仪来进行测量。其中，手段I的精度比较低，误差通常在IOum以上，尤其是腐蚀深度非常深的时候(比如几百um)，准确率更低。并且带有深度(Z轴)测量的显微镜的价格也比较高。手段2的测量精度很高，但是需要购买专用的测量设备，这些专用设备往往相当昂贵。而且，以上两种测量手段都需要在腐蚀过程中多次将腐蚀片取出，然后对所腐蚀的区域进行测量，从而监控腐蚀深度，每次测量的操作步骤都需耗费大量时间、人力，严重影 响生产效率。鉴于此，实有必要提出一种成本较低的监测手段，对硅的湿法腐蚀深度进行控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种硅湿法腐蚀深度的监控结构及相关监控方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:一种硅湿法腐蚀深度的监控结构，包括:形成在单晶硅材料上的至少两个湿法腐蚀凹槽；所述湿法腐蚀凹槽顶面为矩形，其中至少有两个湿法腐蚀凹槽的顶面宽度分别为Wu和W1, Wu = du/0.71，W1 = V0.71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，Cl1为所要监控的湿法腐蚀深度最小值。也就是说，该监控结构对湿法腐蚀深度的监控范围要求在du与Cl1之间，即du彡湿法腐蚀深度d彡屯。作为本专利技术的优选方案，所述单晶硅材料的腐蚀面为(100)晶面。作为本专利技术的优选方案，所述湿法腐蚀凹槽数量为η个，η > 3。进一步优选的，η个所述湿法腐蚀凹槽的顶面宽度均在小于等于Wu并大于等于W1的范围内。更进一步优选的，η个所述湿法腐蚀凹槽按照顶面宽度由W1到Wu依次递增的顺序排列。更进一步优选的，η个所述湿法腐蚀凹槽相互紧密排列。此外，本专利技术还提供一种具有硅湿法腐蚀深度监控图形的掩模板，所述掩模板上设有监控图形，所述监控图形包括至少两个用于湿法腐蚀的矩形的窗口 ；其中至少有两个窗口的宽度分别为Wu和W1, Wu = du/0.71，W1 =屯/0.71, du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，Cl1为所要监控的湿法腐蚀深度最小值。作为本专利技术的优选方案，所述窗口数量为η个，η > 3。进一步优选的，η个所述窗口的宽度均在小于等于Wu并大于等于W1的范围内。更进一步优选的，η个所述窗口按照宽度由W1到Wu依次递增的顺序排列。更进一步优选的，η个所述窗口相互紧密排列。另外，本专利技术还提供一种硅湿法腐蚀深度的监控方法，所述监控方法包括以下步骤:步骤一、在版图中加入监控图形，所述监控图形包括:至少两个用于湿法腐蚀的矩形的窗口，其中至少有两个窗口的宽度分别为Wu和WpWu= du/0.TLff1 = di/0.71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，Cl1为所要监控的湿法腐蚀深度最小值；步骤二、根据具有监控图形的版图对单晶硅片进行各向异性的湿法腐蚀，在单晶硅片上形成所需监控的腐蚀槽以及用于监控该腐蚀槽深度的监控结构；其中，所述监控结构是根据所述监控图形腐蚀而成，包括至少两个顶面宽度分别为Wu和W1的湿法腐蚀凹槽；步骤三、在步骤二 所述湿法腐蚀过程中或过程后，对监控结构进行监视，根据监视结果确定所需监控的腐蚀槽的实际腐蚀深度范围，从而实现对湿法腐蚀深度的监控；其中，根据监视结果确定所需监控的腐蚀槽的实际腐蚀深度范围的方法为:当顶面宽度为W1^PW1的湿法腐蚀凹槽的底部均为平面结构时，则确定所需监控的腐蚀槽的实际腐蚀深度Cl1 ;当顶面宽度为Wu的湿法腐蚀凹槽的底部为平面结构，而顶面宽度为W1的湿法腐蚀凹槽的底部为线型结构时,则确定所需监控的腐蚀槽的实际腐蚀深度满足du > Cl1 ;当顶面宽度为Wu和W1的湿法腐蚀凹槽的底部均为线型结构时，则确定所需监控的腐蚀槽的实际腐蚀深度彡du。作为本专利技术的优选方案，所述监控图形中的窗口数量为η个，η > 3。进一步优选的，η个所述窗口的宽度均在小于等于Wu并大于等于W1的范围内。更进一步优选的，η个所述窗口按照宽度由W1到Wu依次递增的顺序排列。更进一步优选的，η个所述窗口相互紧密排列。更进一步优选的，当所述监控图形中的窗口数量为η个，n ^ 3时，若其中顶面宽&为\的湿法腐蚀凹槽的底部为平面结构，而顶面宽度为Wy的湿法腐蚀凹槽的底部为线型结构时，则确定所需监控的腐蚀槽的实际腐蚀深度足dx > Clip^ dy，dx = 0.7Iffx, dy=0.71Wy。作为本专利技术的优选方案，所述单晶硅片的腐蚀面为(100)晶面。作为本专利技术的优选方案，所述湿法腐蚀采用腐蚀速率在硅(100)晶面上快于在硅(111)晶面上的各向异性腐蚀剂，例如KOH溶液、TMAH溶液等腐蚀剂。作为本专利技术的优选方案，步骤三可采用显微镜对监控结构进行监视。本专利技术的有益效果在于:本专利技术的技术方案巧妙利用了硅各向异性湿法腐蚀的特点，可以根据产品腐蚀深度的要求，设计出相应的监控图形，在形成产品腐蚀槽的同时形成监控结构，通过监视监控结构，从而直观、便捷地监控产品腐蚀槽的腐蚀深度。对监控结构可使用普通常用显微镜进行监视，操作方便，且成本较低，并可达到较高的监控精度。附图说明图1a-1b为本专利技术具体实施方式中梯型腐蚀槽的示意图；其中，图1a为俯视图，图1b为剖视图；图2a_2b为本专利技术具体实施方式中V型槽的示意图；其中，图2a为俯视图，图2b为剖视图；图3a为本专利技术实施例一产品版图中的监控图形示意图；图3b为本专利技术实施例一广品版图中的广品图形不意图；图4为本专利技术实施例一中所述情况一的监控结构示意图；图5为本专利技术实施例一中所述情况二的监控结构示意图；图6为本专利技术实施例一中所述情况三的监控结构示意图；图7为本专利技术实施例二中的监控结构示意图。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施步骤，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。本专利技术的专利技术人对单晶硅材料的各向异性湿法腐蚀进行了深入地研究，发现由于晶体的物理性质随方向不同而有所不同，因此有的腐蚀剂对单晶硅各个晶面的腐蚀速率是不同的，通常在硅(100)晶面上的腐蚀速率很快，而在(111)晶面的腐蚀速率非常慢。例如采用硅湿法腐蚀工艺中常用的KOH或TMAH腐蚀剂对单晶硅片进行腐蚀，腐蚀了一段时间后，会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于，包括：形成在单晶硅材料上的至少两个湿法腐蚀凹槽；所述湿法腐蚀凹槽顶面为矩形，其中至少有两个湿法腐蚀凹槽的顶面宽度分别为Wu和Wl，Wu＝du/0.71，Wl＝dl/0.71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，dl为所要监控的湿法腐蚀深度最小值。

【技术特征摘要】
1.一种硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于，包括:形成在单晶硅材料上的至少两个湿法腐蚀凹槽；所述湿法腐蚀凹槽顶面为矩形，其中至少有两个湿法腐蚀凹槽的顶面宽度分别为Wu和W1, Wu = du/0.71, W1 = di/0.71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，(I1为所要监控的湿法腐蚀深度最小值。2.根据权利要求1所述的硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于:所述单晶硅材料的腐蚀面为(100)晶面。3.根据权利要求1所述的硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于:所述湿法腐蚀凹槽数量为η个，η≥3。4.根据权利要求3所述的硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于:η个所述湿法腐蚀凹槽的顶面宽度均在小于等于Wu并大于等于W1的范围内。5.根据权利要求4所述的硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于:η个所述湿法腐蚀凹槽按照顶面宽度由W1到Wu依次递增的顺序排列。6.根据权利要求3、4、5中任一项所述的硅湿法腐蚀深度的监控结构，其特征在于:η个所述湿法腐蚀凹槽相互紧密排列。7.一种具有硅湿法腐蚀深度监控图形的掩模板，其特征在于:所述掩模板上包括监控图形，所述监控图形包括至少两个用于湿法腐蚀的矩形的窗口 ；其中至少有两个窗口的宽度分别为Wu和W1, Wu = du/0.71, W1 = Cl1A).71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，Cl1为所要监控的湿法腐蚀深度最小值。8.根据权利 要求7所述的具有硅湿法腐蚀深度监控图形的掩模板，其特征在于:所述窗口数量为η个，η≥3。9.根据权利要求8所述的具有硅湿法腐蚀深度监控图形的掩模板，其特征在于:η个所述窗口的宽度均在小于等于Wu并大于等于W1的范围内。10.根据权利要求9所述的具有硅湿法腐蚀深度监控图形的掩模板，其特征在于:η个所述窗口按照宽度由W1到Wu依次递增的顺序排列。11.根据权利要求8、9、10中任一项所述的具有硅湿法腐蚀深度监控图形的掩模板，其特征在于:η个所述窗口相互紧密排列。12.—种硅湿法腐蚀深度的监控方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、在版图中加入监控图形，所述监控图形包括:至少两个用于湿法腐蚀的矩形的窗口，其中至少有两个窗口的宽度分别为Wu和WpWu= du/0.TLff1 = Cl1ZU 71，du为所要监控的湿法腐蚀深度最大值，Cl1为所要监控的湿法腐蚀深度最小值； 步骤二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新伟，夏长奉，范成建，苏巍，
申请(专利权)人：无锡华润上华半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：