微缺陷测量结构及其形成方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种微缺陷测量结构及其形成方法。


背景技术：

2.晶圆经过工艺制程后，需要对晶圆表面进行缺陷检测，通过缺陷检测晶圆判断工艺制程是否正常。另外，根据缺陷检测对改善制程也具有非常重要的意义。
3.现有半导体制程中，通常采用光学检测仪器来表征缺陷，测试速度快。然而，光学检测仪器通常基于光学图像对比的方法，对于尺寸较小或与衬底高度差不够的缺陷，由于光学对比度不够，仪器难以检测到。
4.随着半导体制造技术的飞速发展，即使是很微小的缺陷也会对器件产生很大的影响。例如，在外延生长工艺中，微缺陷很容易破坏表面外延层的单晶结构，产生位错等缺陷；在选择性外延生长中，微缺陷会影响不同衬底的生长速度选择比，破坏选择性生长的外延薄膜。
5.因此，现有的微缺陷检测手段有待进一步优化。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是提供一种微缺陷测量结构及其形成方法，以提高微缺陷的检测手段。
7.为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种微缺陷测量结构，包括：衬底，所述衬底表面具有待测微缺陷结构；位于所述衬底和所述待测微缺陷结构表面的第一放大层，位于待测微缺陷结构表面的第一放大层厚度与位于衬底表面的所述第一放大层厚度不同；位于所述第一放大层表面的第二放大层，位于待测微缺陷结构表面的第二放大层具有第一厚度，位于所述衬底表面的第二放大层具有第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度具有第一比值，所述第一比值与所述第二放大层的折射率的乘积大于检测环境的折射率，所述第二放大层的透光率大于30％。
8.可选的，所述检测环境包括空气，所述第一比值大于70％，所述第二放大层的折射率范围为大于1.4。
9.可选的，所述第二放大层的厚度范围为小于1/4检测光波长；所述检测光波长范围为可见光波段。
10.可选的，所述第二放大层的厚度范围为20埃至2000埃。
11.可选的，所述第一放大层包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅；所述第二放大层包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
12.可选的，所述第一放大层为外延层，所述外延层具有与所述衬底相同的晶体结构和材料。
13.可选的，还包括：位于所述第一放大层和所述第二放大层之间的缓冲层。
14.可选的，所述缓冲层的材料包括硅元素与碳元素、氧元素和氮元素中的一者或多者组成的化合物。
15.相应的，本发明的技术方案还提供一种微缺陷测量结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面具有待测微缺陷结构；在所述衬底表面和所述待测微缺陷结构表面形成第一放大层，所述第一放大层的材料在所述待测微缺陷结构表面的生长速率与在所述衬底表面的生长速率不同，使待测微缺陷结构表面的第一放大层厚度与所述衬底表面的所述第一放大层厚度不同；采用保形性材料生长工艺，在所述第一放大层表面形成第二放大层，使待测微缺陷结构表面的第二放大层具有第一厚度，所述衬底表面的第二放大层具有第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度具有第一比值，所述第一比值与所述第二放大层的折射率的乘积大于检测环境的折射率，所述第二放大层的透光率大于30％。
16.可选的，所述检测环境包括空气，所述第一比值大于70％，所述第二放大层的折射率范围为大于1.4。
17.可选的，所述第二放大层的厚度范围为小于1/4检测光波长；所述检测光波长范围为可见光波段。
18.可选的，所述第二放大层的厚度范围为20埃至2000埃。
19.可选的，所述第一放大层包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅；所述第二放大层包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
20.可选的，所述第一放大层的材料与所述衬底的材料相同；所述第一放大层的形成工艺包括外延层生长工艺。
21.可选的，所述第二放大层的形成工艺包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。
22.可选的，在形成所述第一放大层之后，且在形成所述第二放大层之前，还在所述第一放大层上形成缓冲层。
23.可选的，所述缓冲层的材料包括硅元素与碳元素、氧元素和氮元素中的一者或多者组成的化合物。
24.可选的，所述缓冲层的形成工艺包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。
25.可选的，所述第一放大层的材料在所述待测微缺陷结构表面的具有第一生长速率，所述第一放大层在所述衬底表面具有第二生长速率，所述第一生长速率大于所述第二生长速率的五倍，或者所述第二生长速率大于所述第一生长速率的五倍。
26.可选的，在形成所述第一放大层之前，还包括：对所述衬底进行表面清洗处理。
27.现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
28.本发明技术方案提供的一种微缺陷测量结构的形成方法中，在所述衬底表面和所述待测微缺陷结构表面形成第一放大层，所述第一放大层的材料在所述待测微缺陷结构表面的生长速率与在所述衬底表面的生长速率不同，使待测微缺陷结构表面的第一放大层厚度与所述衬底表面的所述第一放大层厚度不同，即在所述第一放大层内形成位于所述待测微缺陷结构上的凹坑或凸起，所述凹坑或所述凸起的尺寸大于所述待测微缺陷结构的尺寸，所述凹坑(或凸起)增加了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，从而增加了光学检测仪器对待测微缺陷结构的辨识能力，提高微缺陷的检测能力；另外，采用保
形性材料生长工艺，在所述第一放大层表面形成第二放大层，使待测微缺陷结构表面的第二放大层具有第一厚度，所述衬底表面的第二放大层具有第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度具有第一比值，所述第一比值与所述第二放大层的折射率的乘积大于所述检测环境的折射率，所述第二放大层的透光率大于30％，所述第二放大层的保形性不仅在尺寸上使待测微缺陷结构处的凹坑或凸起更明显，同时改变了检测光的光程路径，提高了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，进一步提高微缺陷的检测能力；另外，在实际生产过程中，可以通过检测样片的微缺陷情况来监控产线工艺(如清洗工艺)，并根据检测结果对产线工艺进行及时调整。
29.本发明技术方案提供的一种微缺陷测量结构中，待测微缺陷结构表面的第一放大层厚度与所述衬底表面的所述第一放大层厚度不同，即所述第一放大层内具有位于所述待测微缺陷结构上的凹坑或凸起，所述凹坑或所述凸起的尺寸大于所述待测微缺陷结构的尺寸，所述凹坑(或凸起)增加了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，从而增加了光学检测仪器对待测微缺陷结构的辨识能力，提高微缺陷的检测能力；另外，所述第二放大层的保形性不仅在尺寸上使待测微缺陷结构处的凹坑或凸起更明显，同时改变了检测光的光程路径，提高了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，进一步提高微缺陷的检测能力。
附图说明
30.图1至图3是本发明实施例的微缺陷测量结构形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
31.需要注意的是，本说明书中的“表面”、“上”，用于描述空间的相对位置关系，并不限定于是否直接接触。
32.如背景技术所述，现有的微缺陷检测手段有待进一步优化。
33.为了解决上述问题，本发明提供的一种微缺陷测量结构及其形成方法中，在所述衬底表面和所述待测微缺陷结构表面形成第一放大层，所述第一放大层的材料在所述待测微缺陷结构表面的生长速率与在所述衬底表面的生长速率不同，使待测微缺陷结构表面的第一放大层厚度与所述衬底表面的所述第一放大层厚度不同，即在所述第一放大层内形成位于所述待测微缺陷结构上的凹坑或凸起，所述凹坑或所述凸起的尺寸大于所述待测微缺陷结构的尺寸，所述凹坑(或凸起)增加了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，从而增加了光学检测仪器对待测微缺陷结构的辨识能力，提高微缺陷的检测能力；另外，采用保形性材料生长工艺，在所述第一放大层表面形成第二放大层，使待测微缺陷结构表面的第二放大层具有第一厚度，所述衬底表面的第二放大层具有第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度具有第一比值，所述第一比值与所述第二放大层的折射率的乘积大于所述检测环境的折射率，所述第二放大层的透光率大于30％，所述第二放大层的保形性不仅在尺寸上使待测微缺陷结构处的凹坑或凸起更明显，同时改变了检测光的光程路径，提高了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，进一步提高微缺陷的检测能力；另外，在实际生产过程中，可以通过检测样片的微缺陷情况来监控产线工艺(如清洗工艺)，
并根据检测结果对产线工艺进行及时调整。
34.为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
35.图1至图3是本发明实施例的微缺陷测量结构形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图。
36.请参考图1，提供衬底100，所述衬底100表面具有待测微缺陷结构101。
37.所述衬底100可以为裸晶圆或已形成有半导体结构的晶圆。
38.本实施例中，所述衬底100的材料包括硅。
39.本实施例中，所述待测微缺陷结构101为杂质颗粒。在另一实施例中，所述待测微缺陷结构包括所述衬底的本征缺陷。在后续第一放大层的形成过程中，所述本征缺陷(例如层错)可以造成所述第一放大层材料在所述待测微缺陷结构表面和所述衬底表面的生长速率的不同，进而在所述第一放大层内形成位于所述待测微缺陷结构上的凹坑或凸起。所述待测微缺陷结构可以不限于杂质颗粒和可能引起外延层晶体生长形貌缺陷的本征缺陷。
40.后续，在所述衬底100表面和所述待测微缺陷结构101表面形成第一放大层和位于所述第一放大层上的第二放大层。
41.本实施例中，在形成所述第一放大层之前，还对所述衬底100进行表面清洗处理。所述清洗处理工艺可以为产线的清洗工艺，可以通过检测样片的微缺陷情况来监控产线工艺(如清洗工艺)，并根据检测结果对产线工艺进行及时调整。
42.具体的，可以对一整个批次的硅片进行抽检，通过对抽检样片的缺陷检测，来确定该批次是否存在本征缺陷超标，或者监控清洗设备和工艺是否有变化，清洗能力下降导致微缺陷清洗不彻底的情况。
43.请参考图2，在所述衬底100表面和所述待测微缺陷结构101表面形成第一放大层102，所述第一放大层102的材料在所述待测微缺陷结构101表面的生长速率与在所述衬底100表面的生长速率不同，使待测微缺陷结构101表面的第一放大层102厚度与所述衬底100表面的所述第一放大层102厚度不同。
44.使待测微缺陷结构101表面的第一放大层102厚度与所述衬底100表面的所述第一放大层102厚度不同，即在所述第一放大层102内形成位于所述待测微缺陷结构101上的凹坑或凸起，所述凹坑或所述凸起的尺寸大于所述待测微缺陷结构101的尺寸，所述凹坑(或凸起)增加了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，从而增加了光学检测仪器对待测微缺陷结构的辨识能力，提高微缺陷的检测能力。
45.所述第一放大层102的材料在所述待测微缺陷结构101表面的具有第一生长速率，所述第一放大层102在所述衬底100表面具有第二生长速率，所述第一生长速率大于所述第二生长速率的五倍，或者所述第二生长速率大于所述第一生长速率的五倍。
46.本实施例中，所述第一放大层102的材料在所述待测微缺陷结构101表面的具有第一生长速率，所述第一放大层102在所述衬底100表面具有第二生长速率，所述第一生长速率大于所述第二生长速率的五倍。具体的，在所述第一放大层102内形成位于所述待测微缺陷结构101上的凸起。在另一实施例中，在所述第一放大层内形成位于所述待测微缺陷结构上的凹坑。
47.所述第一放大层102包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括硅、氧
化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。本实施例中，所述第一放大层102为硅材料的单层膜。
48.本实施例中，所述第一放大层102的材料与所述衬底100的材料相同。
49.本实施例中，所述第一放大层102的形成工艺包括外延层生长工艺。
50.请参考图3，采用保形性材料生长工艺，在所述第一放大层102表面形成第二放大层103，使待测微缺陷结构101表面的第二放大层103具有第一厚度，所述衬底100表面的第二放大层103具有第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度具有第一比值，所述第一比值与所述第二放大层的折射率的乘积大于检测环境的折射率，所述第二放大层103的透光率大于30％。
51.所述第二放大层103的保形性不仅在尺寸上使待测微缺陷结构101处的凹坑或凸起更明显，同时改变了检测光的光程路径，提高了待测微缺陷结构101与周边结构之间的检测光反射率差异，进一步提高微缺陷的检测能力。
52.本实施例中，所述检测环境包括空气，所述第一比值大于70％，所述第二放大层103的折射率范围为大于1.4。
53.本实施例中，所述第二放大层103的厚度范围为小于1/4检测光波长。
54.本实施例中，所述检测光波长范围为可见光波段。
55.所述第二放大层103包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。本实施例中，所述第二放大层103为氧化硅的单层膜。
56.本实施例中，所述第二放大层103的厚度范围为20埃至2000埃。选择所述厚度范围的原因在于，确保所述第二放大层103对所述待测微缺陷结构在采用可见光进行测量时的光学放大作用。
57.本实施例中，所述第二放大层103的形成工艺包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。
58.在另一实施例中，在形成所述第一放大层之后，且在形成所述第二放大层之前，还在所述第一放大层上形成缓冲层。所述缓冲层用于减少第一放大层和所述第二放大层之间因材料特性失配、应力失配等造成的额外缺陷产生。
59.在另一实施例中，所述缓冲层的材料包括硅元素与碳元素、氧元素和氮元素中的一者或多者组成的化合物。
60.在另一实施例中，所述缓冲层的形成工艺包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。
61.相应的，本发明实施例还提供一种上述方法所形成的微缺陷测量结构，请继续参考图3，包括：衬底100，所述衬底100表面具有待测微缺陷结构101；位于所述衬底100和所述待测微缺陷结构101表面的第一放大层102，位于待测微缺陷结构101表面的第一放大层102厚度与位于衬底100表面的所述第一放大层102厚度不同；位于所述第一放大层102表面的第二放大层103，位于待测微缺陷结构101表面的第二放大层103具有第一厚度，位于所述衬底100表面的第二放大层103具有第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度具有第一比值，所述第一比值与所述第二放大层103的折射率的乘积大于检测环境的折射率，所述第二放大层103的透光率大于30％。
62.待测微缺陷结构101表面的第一放大层102厚度与所述衬底100表面的所述第一放大层102厚度不同，即所述第一放大层102内具有位于所述待测微缺陷结构101上的凹坑或
凸起，所述凹坑或所述凸起的尺寸大于所述待测微缺陷结构101的尺寸，所述凹坑(或凸起)增加了待测微缺陷结构与周边结构之间的检测光反射率差异，从而增加了光学检测仪器对待测微缺陷结构的辨识能力，提高微缺陷的检测能力；另外，所述第二放大层103的保形性不仅在尺寸上使待测微缺陷结构101处的凹坑或凸起更明显，同时改变了检测光的光程路径，提高了待测微缺陷结构101与周边结构之间的检测光反射率差异，进一步提高微缺陷的检测能力。
63.本实施例中，所述检测环境包括空气，所述第一比值大于70％，所述第二放大层的折射率范围为大于1.4。
64.本实施例中，所述第二放大层103的厚度范围为小于1/4检测光波长。
65.本实施例中，所述检测光波长范围为可见光波段。
66.本实施例中，所述第二放大层103的厚度范围为20埃至2000埃。选择所述厚度范围的原因在于，确保所述第二放大层103对所述待测微缺陷结构在采用可见光进行测量时的光学放大作用。
67.所述第一放大层包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。本实施例中，所述第一放大层为单层的硅材料。本实施例中，所述第一放大层102为硅材料的单层膜。
68.所述第二放大层103包括单层材料膜或多层材料膜，各层材料膜的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。本实施例中，所述第二放大层103为氧化硅材料的单层膜。
69.本实施例中，所述第一放大层102为外延层，所述外延层具有与所述衬底100相同的晶体结构和材料。
70.在另一实施例中，所述微缺陷测量结构还包括：位于所述第一放大层和所述第二放大层之间的缓冲层。所述缓冲层用于减少第一放大层和所述第二放大层之间因材料特性失配、应力失配等造成的额外缺陷产生。
71.在另一实施例中，所述缓冲层的材料包括硅元素与碳元素、氧元素和氮元素中的一者或多者组成的化合物。
72.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。