專利名稱：測(cè)量埋入界面深度的非破壞性方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到測(cè)量半導(dǎo)體襯底內(nèi)在其表面下埋入界面的深度的非破壞性方法。更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明的非破壞性方法用傅里葉變換紅外(FTIR)測(cè)量來(lái)測(cè)定半導(dǎo)體襯底內(nèi)在其表面下埋入界面的深度。本發(fā)明非破壞性地測(cè)量確定埋入界面的上表面位置的深度。本發(fā)明也涉及到測(cè)量埋入界面的深度的設(shè)備。
目前可買得到的數(shù)據(jù)處理器的高數(shù)據(jù)處理速度必須靠大量高速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器支撐。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)提供大部分所要求的存儲(chǔ)量，由于減小每個(gè)存儲(chǔ)單元的器件數(shù)，因此在單片集成電路芯片上能夠形成更大數(shù)量的存儲(chǔ)單元。在上述的器件中，當(dāng)每個(gè)電容器的電容必須比字線和位線的電容大以獲得用于確定存儲(chǔ)電荷的存在或不存在的靈敏放大器的足夠的工作范圍時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)電容器的電容完全由于小尺寸而受到限制，所以每個(gè)存儲(chǔ)單元主要包括一個(gè)存儲(chǔ)電容器的存儲(chǔ)單元的密度是非常重要的。因此，使溝道當(dāng)彼此留有非常緊密的間距時(shí)形成比較大的深度。對(duì)于象隔離溝道之類的其他溝道結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這些同樣的幾何形狀也是重要的。
近年來(lái)，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)部形成在其中構(gòu)成有溝道電容器的埋入板也是通常的作法。埋入板是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)單元中圍繞存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)溝道的邊和底的區(qū)域，對(duì)存儲(chǔ)電容器起固定電壓端的作用。埋入板一般在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)溝道的邊下約6微米。埋入板的上表面位置的深度應(yīng)該是例如在半導(dǎo)體襯底表面下面1.5±0.15微米的固定距離。這樣的埋入板深度一般標(biāo)記為DBP。
采用抗蝕劑凹槽工藝方法隨著摻雜劑例如砷從溝道的下面部分向外擴(kuò)散能夠制作埋入板。Goldou等人轉(zhuǎn)讓給國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM公司)的美國(guó)專利5,618,751描述一種象這樣的工藝。抗蝕劑凹槽深度和埋入板的深度是溝道電容器的關(guān)鍵性參數(shù)。
目前，只能破壞性地通過(guò)隨意抽取的樣品的切面和顯微鏡圖象進(jìn)行埋入板的深度測(cè)量以及其他埋入的界面結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量。因此，提供一種測(cè)量確定埋入界面的上表面位置的深度的切實(shí)可行和非破壞的方法將是一種重大的進(jìn)展。
本發(fā)明提供測(cè)量在半導(dǎo)體襯底內(nèi)確定埋入界面的上表面位置的深度的非破壞性方法。根據(jù)本發(fā)明，在沒(méi)有破壞性的取切面的情況下能夠測(cè)定埋入界面的深度。特別是，本發(fā)明涉及到測(cè)量在半導(dǎo)體襯底表面下面的埋入界面上表面的深度的非破壞性方法。本發(fā)明的方法使用傅里葉變換紅外測(cè)量。尤其是，本發(fā)明的方法包括把裝有埋入界面的半導(dǎo)體襯底置于紅外光束之下而后探測(cè)返回信號(hào)的光譜并用傅里葉分析法分析返回信號(hào)的光譜。然后把用傅里葉分析法分析的光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較，從而測(cè)定埋入界面的上表面的深度。
本發(fā)明也涉及到測(cè)定在半導(dǎo)體襯底表面下面的埋入界面的深度的設(shè)備。該設(shè)備包括用紅外輻射光源照射襯底并產(chǎn)生從襯底反射返回信號(hào)的傅里葉變換的FTIR分光光度計(jì)。該設(shè)備還包括測(cè)定埋入界面的深度的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)光譜的數(shù)據(jù)庫(kù)和使傅里葉變換返回信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較的裝置。
根據(jù)下面的詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的，其中，簡(jiǎn)明地通過(guò)對(duì)進(jìn)行本發(fā)明所設(shè)想的最好方式的圖解說(shuō)明，只示出并描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。如將會(huì)認(rèn)識(shí)到的那樣，本發(fā)明能用其他不同的實(shí)施例并且本發(fā)明的一些部分能在許多顯而易見(jiàn)的方面變換而沒(méi)有脫離本發(fā)明。因此，實(shí)質(zhì)上應(yīng)把這種描述看作是說(shuō)明性的而不認(rèn)為是約束性的。


圖1-4是說(shuō)明用于形成埋入界面的在先工藝技術(shù)的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行FTIR測(cè)量使用的設(shè)備的示意圖。
圖6是提供表示具有不同埋入板深度測(cè)量結(jié)果的已知和未知樣品的光譜成分的曲線。
圖7是與截面SEM測(cè)量結(jié)果比較，進(jìn)一步證實(shí)本發(fā)明獲得的測(cè)量結(jié)構(gòu)的曲線圖。
現(xiàn)在參閱附圖，更詳細(xì)地參閱構(gòu)成埋入界面的一般過(guò)程，特別是為了作為背景的目的示出了埋入導(dǎo)電電容器板的圖1-4。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)并為了更便于了解本發(fā)明，下面的討論將對(duì)準(zhǔn)作為埋入界面的埋入導(dǎo)電電容器板，當(dāng)然本發(fā)明能應(yīng)用于測(cè)量在完全不同摻雜劑的區(qū)域之間或在摻雜深度很大差別的區(qū)域之間劃有明顯界線的其他埋入界面結(jié)構(gòu)的深度，這時(shí)不言而喻的。除了埋入導(dǎo)電電容器板外象這樣的埋入界面的一個(gè)例子是在溝道內(nèi)形成縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的源/漏極或柵極的表面下面的硅摻雜區(qū)。在具有象這樣的縱向晶體管的存儲(chǔ)器陣列中能夠用本發(fā)明來(lái)測(cè)定上述的進(jìn)入的摻雜區(qū)域的深度。
圖1說(shuō)明含有溝道2的象硅之類的半導(dǎo)體襯底1。標(biāo)號(hào)3表示被較厚的四乙基原硅酸鹽(TEOS)層4覆蓋的薄的氮化硅襯墊。標(biāo)號(hào)5表示沉積在溝道2內(nèi)的摻砷硅酸鹽玻璃(ASG)層。在溝道2的里面和上面形成光致抗蝕劑6。光致抗蝕劑可以是象這些以酚醛樹(shù)脂為基的光致抗蝕劑之類的正光致抗蝕劑。如圖2所說(shuō)明的那樣，通過(guò)曝光、顯影或干法刻蝕使光致抗蝕劑凹入到襯底表面下面約1.5微米。例如用緩沖氫氟酸(BHF)使薄層5(ASG)向后腐蝕到與抗蝕劑凹槽6一致。一般使薄層5腐蝕到稍低于抗蝕劑凹槽(見(jiàn)圖3)。然后除去在溝道內(nèi)剩留的抗蝕劑6而后為了按照剩留ASG的位置大體上形成埋入板7則在該處進(jìn)行從ASG到襯底1或到P-勢(shì)阱的雜質(zhì)擴(kuò)散或注入。用于注入的典型時(shí)間和溫度在1050℃時(shí)為3小時(shí)或者在1100℃時(shí)為1小時(shí)。
準(zhǔn)備具有不同DBP的樣品并置于FTIR系統(tǒng)的紅外光束下，典型的FTIR系統(tǒng)以商標(biāo)Bio-Rad QS500從Bio-Rad研究所是可以買得到的。圖5說(shuō)明安裝FTIR的簡(jiǎn)圖。特別是，F(xiàn)TIR系統(tǒng)是一種發(fā)射受控制的紅外光譜以及通過(guò)傅里葉分析來(lái)探測(cè)和分析返回信號(hào)的光譜成分的儀器。如圖5所說(shuō)明的那樣，為了發(fā)射例如波數(shù)在400和4500(波長(zhǎng)范圍約為25微米到2微米左右)的寬帶紅外能量，安裝象Globar IR光源之類的IR光源20。把干涉儀例如Michaelson干涉儀設(shè)置在IR光源20到樣品22的光路中。干涉儀包括移動(dòng)的反射鏡24、固定的反射鏡26和光束分離器21。干涉儀使用移動(dòng)的反射鏡24以在探測(cè)器25上產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉圖案和相消干涉圖案。這些圖案取決于被探測(cè)光的頻率或波數(shù)以及樣品的特性。使反射鏡26和27對(duì)準(zhǔn)從光源到樣品的光通路。為進(jìn)行對(duì)抵達(dá)探測(cè)器25的返回信號(hào)的傅里葉變換而設(shè)有電路(未表示出)。由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員只要知道本文公開(kāi)內(nèi)容便能在沒(méi)有過(guò)多的試驗(yàn)工作的情況下安裝電路，所以詳細(xì)描述象這樣的電路是沒(méi)有必要的。
在砷用作形成埋入板的摻雜劑的情況中，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)在400和1500波數(shù)之間的光譜部分示出被認(rèn)為AS-O鍵振動(dòng)所造成的特有吸收帶。這樣的吸收帶的特征在于二個(gè)吸收峰，一個(gè)吸收峰1020波數(shù)附近而另一個(gè)峰在700和800波數(shù)之間。這樣的吸收帶的圖形和這二個(gè)峰的高度比率顯著地隨DBP增大而變化。事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)每個(gè)DBP深度在這部分光譜中引起完全截然不同的圖形，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)圖形比較，用這部分光譜中完全截不同的圖形來(lái)非破壞地測(cè)量埋入板的深度。
特別是，為了建立基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)光譜的庫(kù)或體系，分析一些已知埋入板深度的樣品的返回信號(hào)的光譜成分。如果希望的話，庫(kù)則能夠包括不同的標(biāo)準(zhǔn)光譜組，例如各個(gè)DRAM產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)光譜組，以便在使用中設(shè)備會(huì)把返回信號(hào)只與和被測(cè)薄片的特征相符合的獨(dú)特的光譜組比較。被分析樣品的已知的埋入板的深度是通過(guò)向外擴(kuò)散區(qū)的被強(qiáng)光照射或?qū)Ρ雀g的切面和掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)量來(lái)測(cè)定的。根據(jù)本發(fā)明，用IR光照射未知樣品并分析返回信號(hào)的光譜成分以確定與未知樣品的光譜非常嚴(yán)密相符的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)光譜的光譜成分。與未知樣品的光譜非常嚴(yán)密相符合的基準(zhǔn)光譜指明埋入板的頂部的深度。
根據(jù)本發(fā)明的最佳情況，為了使比較達(dá)到最大限度，在440cm-1處和1180cm-1處截去標(biāo)準(zhǔn)光譜并使強(qiáng)度歸一化在0和1之間。同樣，也在440cm-1處和1180cm-1處截去需要測(cè)定DBP的未知樣品的光譜并且使強(qiáng)度歸一化到0和1之間的數(shù)值。
通過(guò)未知樣品光譜對(duì)一些或所有的已知樣品光譜的最小二乘方比較，能夠進(jìn)行尋找相符合的已知樣品光譜的處理過(guò)程。例如，沿每條曲線的相應(yīng)點(diǎn)(ai-bi)2的SUM i=1到i=n用來(lái)尋找最小的和數(shù)。換言之，最小二乘方擬合程序包括計(jì)算每個(gè)波數(shù)和每條標(biāo)準(zhǔn)光譜的差；求每個(gè)波數(shù)和每條標(biāo)準(zhǔn)光譜的差的平方求所有波數(shù)和每條標(biāo)準(zhǔn)光譜的平方和；以及確定所有和數(shù)中的最小值。為了最好的符合標(biāo)準(zhǔn)光譜，尋找最小值，樣品DBP就和這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光譜的DBP相等。當(dāng)然，如果希望的話，則能夠采用例如通過(guò)如在Users’Guide MicrosoftExcel所述的計(jì)算協(xié)方差“COV”或者相關(guān)系數(shù)ρxy的其他相關(guān)方法。
協(xié)方差法得出數(shù)據(jù)點(diǎn)與它們的偏差的乘積之平均值。協(xié)方差是兩個(gè)數(shù)據(jù)域之間關(guān)系的度量。COV(x,y)=1nΣ(xi-μx)(yi-μy)]]>式中μx是x數(shù)據(jù)組的平均值而μy是y數(shù)據(jù)組的平均值。
相關(guān)法測(cè)量?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)組之間換算到與測(cè)量單位無(wú)關(guān)的關(guān)系特性曲線。總體相關(guān)計(jì)算得出兩個(gè)數(shù)據(jù)組的協(xié)方差除以兩個(gè)數(shù)據(jù)組的標(biāo)準(zhǔn)差的乘積。ρx,y=COV(x,y)σx.σy]]>式中σy為y數(shù)據(jù)組的標(biāo)準(zhǔn)偏差；式中σx為x數(shù)據(jù)組的標(biāo)準(zhǔn)偏差；式中σx2=1nΣ(XI-μX)2]]>σy2=1nΣ(YI-μy)2]]>圖6繪有表示具有不同的埋入板深度測(cè)量結(jié)果的已知和未知樣品的光譜成分的曲線。圖6是在強(qiáng)度歸一化后的曲線圖并準(zhǔn)備用于例如通過(guò)最小二乘方法，與出現(xiàn)在曲線圖的未知樣品比較。圖6中的未知樣品非常嚴(yán)密地與代表深度為1.53微米的曲線符合。并且，相關(guān)曲線的數(shù)據(jù)增多，增大測(cè)量結(jié)果的精確度，這應(yīng)該是不言而喻的。
圖7是用切面SEM法進(jìn)一步證實(shí)本發(fā)明獲得的深度測(cè)量的曲線圖。X軸上的數(shù)值是用FTIR測(cè)定。Y軸上的數(shù)值是用SEM測(cè)定。
前面有關(guān)發(fā)明的說(shuō)明圖示并描述了本發(fā)明。另外，所公開(kāi)的內(nèi)容只是示出并描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但是，如上所述，應(yīng)理解到本發(fā)明可以用于各種其他的組合、變更和環(huán)境并且容許在這里所達(dá)的與上述的講授和/或相關(guān)領(lǐng)域的技能或知識(shí)相應(yīng)的發(fā)明思想范圍內(nèi)變化或變換。試圖用上面所述的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的已知的最好方法以及能使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員在這樣的或另外的實(shí)施例中和在本發(fā)明的特殊應(yīng)用或使用要求的各種各樣的變換情況下使用本發(fā)明。因此，這個(gè)描述并不打算將本發(fā)明限制于本文公開(kāi)的形式。并且意圖將附加的權(quán)利要求書構(gòu)成為包括可替換的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1．一種用于測(cè)量在半導(dǎo)體襯底表面下面的埋入界面頂部的深度的非破壞性方法，包括用紅外光照射含有待測(cè)量的埋入界面的半導(dǎo)體襯底；用傅里葉分析法探測(cè)和分析返回信號(hào)的光譜成分；以及把上述的返回信號(hào)的光譜成分與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較從而測(cè)定上述的埋入界面的深度。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于上述的紅外光是寬帶IR輻射光。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于上述的IR輻射光的波長(zhǎng)為2～25微米。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于上述的埋入界面是埋入的導(dǎo)電板。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于上述的埋入導(dǎo)電板的頂部的深度是在半導(dǎo)體襯底表面下約1.5±0.15微米。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于上述的埋入導(dǎo)電板是含砷的。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于吸收帶在1020波數(shù)附近處而在700和800波數(shù)之間有吸收峰。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于上述的比較采用由樣品得到的光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較的最小二乘方比較。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在比較前把強(qiáng)度的數(shù)值歸一化在0和1之間。
10．一種用于測(cè)定在半導(dǎo)體襯底表面下面的埋入界面的深度的設(shè)備，包括用紅外輻射光源照射上述的襯底并產(chǎn)生從上述的襯底反射的返回信號(hào)的傅里葉變換的FTIR分光光度計(jì)；存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)光譜的庫(kù)；以及把上述的傅里葉變換返回信號(hào)與上述的標(biāo)準(zhǔn)光譜比較來(lái)確上述的埋入界面深度的裝置。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于上述的紅外光源是寬帶IR輻射光源。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于上述的IR輻射光的波長(zhǎng)為2～25微米。
13．根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于用于比較的上述裝置包括用于把由上述的襯底得到的光譜與上述的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行比較的最小二乘方比較裝置。
14．根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括用于使上述的返回信號(hào)的強(qiáng)度歸一化在0和1之間的裝置。
15．根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于上述的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)光譜程序庫(kù)包括埋入導(dǎo)電板的被存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)光譜。
16．根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于上述的程序庫(kù)裝有各不相同的標(biāo)準(zhǔn)光譜組。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于上述的各不相同的組包括一個(gè)用于每個(gè)DRAM的生成的標(biāo)準(zhǔn)光譜組。
18．根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于上述的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)包括用于埋入含有砷的導(dǎo)電板的標(biāo)準(zhǔn)光譜。
全文摘要
用DTIR法非破壞性地測(cè)定確定埋入界面的上表面位置的深度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK1224835SQ9910091
公開(kāi)日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1999年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月7日
發(fā)明者K·保爾·穆勒, 文卡拉塔查拉姆·C·加伊普拉卡什 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司, 西門子公司