[发明专利]测量半球形颗粒多晶硅层厚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的测量，尤其涉及测量半球形颗粒多晶硅层厚度的方法。

背景技术

随着集成电路制作工艺中半导体器件的集成度不断增加，随机存储器存储单元的密度也越来越高，电容器在随机存储器存储单元所能利用的面积就越小。为了在电容器的面积减小的同时，仍能维持可靠的性能，因此在电容器所占的面积缩小的同时，仍能维持每个电容器的电容量是很重要的。为了提高电容器的电容量，理论上可从以下几个方向着手：(1)增加储存电极的表面积，(2)提高介电层的介电常数，(3)减小介电层的厚度。近来，还发展出三维空间的电容器结构用以增加存储单元电容量，例如：双叠式结构，鳍状结构，分散堆叠式结构或皇冠型结构等。此外，在使用多晶硅存储节点时，借助于在此多晶硅层之上形成半球形颗粒多晶硅层(HSG)，也可以增加电容量。

半球形颗粒多晶硅层的生长原理为：在半导体衬底上生长厚度为800埃～1200埃的氧化硅层；然后在氧化硅层上依次生长磷掺杂的非晶硅层和非掺杂的非晶硅层；然后，在非掺杂的非晶硅层表面植入多晶硅晶粒；进行退火步骤，多晶硅晶粒消耗掉部分非掺杂的非晶硅层，聚积形成半球形颗粒多晶硅层。

现有在随机存储器单元中形成半球形颗粒多晶硅层的制作工艺，如图1所示，在半导体衬底21上依次形成隔离沟槽22、栅介质层23、栅极结构24、位于半导体衬底21中的栅极结构24两侧的源极26a和漏极26b，其中栅极结构24、源极26a和漏极26b构成MOS晶体管；在隔离沟槽22、栅介质层23及MOS晶体管上形成第一层间介电层27，用于半导体器件的纵向隔离。

如图2所示，在第一层间介电层27和栅介质层23中对着MOS晶体管的源极26a或者漏极26b位置形成通孔27a；在第一层间介电层27上形成导电层28，且导电层28填充满通孔27a；对导电层28进行平坦化至露出第一层间介电层27。

如图3所示，在第一层间介电层27上形成第二层间介电层29，在对着第一层间介电层27中的通孔27a位置形成第一开口29a，所述第一开口29a暴露出第一层间介电层27的通孔27a及通孔27a中填充的导电层28。

参照图4，在第一开口29a内侧形成半球形颗粒多晶硅层30b和多晶硅层30a，作为电容器的第一电极。所述多晶硅层30a通过通孔27a中填充的导电层28与MOS晶体管的源极26a相电连接。形成所述半球形颗粒多晶硅层30b的目的为增大电容器的第一电极与后续形成的介质层之间的接触面积，增大电容器的电容。

参照图5，将带有半球形颗粒多晶硅层30b的半导体衬底21放入膜层反射率测量仪中，通过测量光线在半球形颗粒多晶硅层30b入射表面34的入射角θ₁以及光线经过入射表面34后，进入半球形颗粒多晶硅层30b内的折射角θ₂；然后通过公式：