[新启航]白光干涉仪在超高深宽比沟槽填充 CVD 的 3D 轮廓测量

摘要：本文研究白光干涉仪在超高深宽比沟槽填充 CVD 后的 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及适配该结构的技术优势，通过实际案例验证其测量精度，为超高深宽比沟槽填充工艺的质量控制与性能优化提供技术支持。

关键词：白光干涉仪；超高深宽比沟槽；CVD 填充；3D 轮廓测量

一、引言

超高深宽比沟槽（深宽比＞50:1）的化学气相沉积（CVD）填充是先进半导体制造中的关键工艺，广泛应用于三维集成、储能器件等领域。填充后的 3D 轮廓（如填充深度、台阶覆盖率、底部空洞率）直接影响器件的电学连通性与结构稳定性。由于沟槽深度大（通常＞50μm）、开口窄（＜1μm），传统测量方法难以穿透沟槽底部获取完整轮廓。白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及深结构探测能力，成为该场景下 3D 轮廓测量的核心技术手段。

二、白光干涉仪工作原理

白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。其工作过程为：宽带白光经分光后形成参考光与测量光，测量光投射至 CVD 填充后的超高深宽比沟槽表面，填充层顶部、侧壁及底部的反射光与参考光在探测器处产生干涉条纹。通过高精度纵向扫描系统（扫描步长 0.05nm）调节光程差，仅当光程差接近零时形成清晰干涉信号，结合深度增强算法对多层反射信号进行解析，可精确计算填充层各点的高度值，重建出纳米级纵向分辨率（≤0.3nm）的 3D 轮廓，完整呈现沟槽内部的填充形态，包括侧壁覆盖均匀性与底部空洞缺陷。

三、技术优势

3.1 超深结构探测能力

针对超高深宽比沟槽的深窄特征，白光干涉仪通过优化激光光源波长（采用 1310nm 近红外光）与聚焦系统，减少光在沟槽内的散射损耗，使探测深度突破 100μm，同时利用侧壁信号增强算法，将侧壁轮廓的测量误差控制在＜0.5°，底部填充平整度的分辨率达≤50nm，有效解决传统光学测量的 “深槽盲区” 问题。

3.2 填充缺陷识别精度

CVD 填充易产生顶部过填、侧壁空洞等缺陷，白光干涉仪通过相位对比分析技术，可识别最小直径＜500nm 的底部空洞，并量化顶部过填高度（精度 ±2nm）与侧壁覆盖厚度偏差（＜10nm），满足超高深宽比沟槽对填充完整性的严苛要求（空洞率需＜0.1%）。

3.3 全域快速检测

支持 0.5mm×0.5mm 的单次扫描范围，结合智能拼接算法，可在 10 分钟内完成 6 英寸晶圆上超高深宽比沟槽阵列的全域测量，同步获取填充深度均匀性、台阶覆盖率（测量误差＜1%）等关键参数，检测效率较透射电子显微镜（TEM）提升 50 倍以上，适配量产阶段的快速工艺验证需求。

四、应用实例

某半导体企业对深宽比 60:1 的硅基沟槽（深度 60μm、宽度 1μm）进行 CVD 钨填充后检测，采用白光干涉仪配置 10× 物镜（视场 1mm×1mm）与深槽填充测量模式。结果显示：实际填充深度 59.8±0.2μm，顶部过填高度 350±5nm，局部区域因气体扩散不均出现直径 800nm 的底部空洞。基于测量数据调整 CVD 反应室压力与气体流量后，填充深度一致性提升至 99.7%，空洞率降至 0.05%，器件导电通路电阻稳定性提高 20%。

五、结语

白光干涉仪在超高深宽比沟槽填充 CVD 的 3D 轮廓测量中展现出显著优势，其超深结构探测能力、填充缺陷高精度识别特性及全域快速检测能力，为超高深宽比沟槽填充工艺的优化与质量管控提供了可靠技术支撑，助力提升先进半导体器件的制造可靠性与性能指标。

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（以上数据为新启航实测结果）

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