CN1141737C - 测量埋入界面深度的非破坏性方法 - Google Patents

Abstract

用FTIR法非破坏性地测定确定埋入界面的上表面位置的深度。

Description

测量埋入界面深度的非破坏性方法

技术领域

本发明涉及到测量半导体衬底内在其表面下埋入界面的深度的非破坏性方法。更详细地说，本发明的非破坏性方法用傅里叶变换红外(FTIR)测量来测定半导体衬底内在其表面下埋入界面的深度。本发明非破坏性地测量确定埋入界面的上表面位置的深度。本发明也涉及到测量埋入界面的深度的设备。

背景技术

目前可买得到的数据处理器的高数据处理速度必须靠大量高速随机存取存储器支撑。动态随机存取存储器(DRAM)提供大部分所要求的存储量，由于减小每个存储单元的器件数，因此在单片集成电路芯片上能够形成更大数量的存储单元。在上述的器件中，当每个电容器的电容必须比字线和位线的电容大以获得用于确定存储电荷的存在或不存在的灵敏放大器的足够的工作范围时，因为每个电容器的电容完全由于小尺寸而受到限制，所以每个存储单元主要包括一个存储电容器的存储单元的密度是非常重要的。因此，使沟道当彼此留有非常紧密的间距时形成比较大的深度。对于象隔离沟道之类的其他沟道结构来说，这些同样的几何形状也是重要的。

近年来，在半导体衬底内部形成在其中构成有沟道电容器的埋入板也是通常的作法。埋入板是在动态随机存取存储单元中围绕存储节点沟道的边和底的区域，对存储电容器起固定电压端的作用。埋入板一般在存储节点沟道的边下约6微米。埋入板的上表面位置的深度应该是例如在半导体衬底表面下面1.5±0.15微米的固定距离。这样的埋入板深度一般标记为D_BP。

采用抗蚀剂凹槽工艺方法随着掺杂剂例如砷从沟道的下面部分向外扩散能够制作埋入板。Goldou等人转让给国际商用机器公司(IBM公司)的美国专利5,618,751描述一种象这样的工艺。抗蚀剂凹槽深度和埋入板的深度是沟道电容器的关键性参数。

目前，只能破坏性地通过随意抽取的样品的切面和显微镜图象进行埋入板的深度测量以及其他埋入的界面结构的深度测量。因此，提供一种测量确定埋入界面的上表面位置的深度的切实可行和非破坏的方法将是一种重大的进展。

发明内容

本发明目的是提供测量在半导体衬底内确定埋入界面的上表面位置的深度的非破坏性方法。根据本发明，在没有破坏性的取切面的情况下能够测定埋入界面的深度。特别是，本发明涉及到测量在半导体衬底表面下面的埋入界面上表面的深度的非破坏性方法。

根据本发明，一种非破坏性方法，用于测量在半导体衬底表面下面的埋入界面顶部的深度，其中所述埋入界面是埋入砷导电板，该方法，包括步骤：用红外光照射含有待测量的埋入界面的半导体衬底；用傅里叶分析法探测和分析返回信号的光谱成分；以及把上述的返回信号的光谱成分与标准光谱比较吸收带和吸收峰从而测定上述的埋入界面的深度，其中标准光谱的吸收带在1020波数处有一吸收峰，在700和800波数之间有一吸收峰。

本发明也涉及到测定在半导体衬底表面下面的埋入界面的深度的设备。该设备包括用红外辐射光源照射衬底并产生从衬底反射返回信号的傅里叶变换的FTIR分光光度计。该设备还包括测定埋入界面的深度的存储标准光谱的数据库和使傅里叶变换返回信号与标准光谱比较的装置。

根据下面的详细描述，对于本领域的技术人员来说，本发明的其他目的和优点将是显而易见的，其中，简明地通过对进行本发明所设想的最好方式的图解说明，只示出并描述本发明的最佳实施例。如将会认识到的那样，本发明能用其他不同的实施例并且本发明的一些部分能在许多显而易见的方面变换而没有脱离本发明。因此，实质上应把这种描述看作是说明性的而不认为是约束性的。

附图说明

图1-4是说明用于形成埋入界面的在先工艺技术的示意图。

图5是根据本发明进行FTIR测量使用的设备的示意图。

图6是提供表示具有不同埋入板深度测量结果的已知和未知样品的光谱成分的曲线。

图7是与截面SEM测量结果比较，进一步证实本发明获得的测量结构的曲线图。

现在参阅附图，更详细地参阅构成埋入界面的一般过程，特别是为了作为背景的目的示出了埋入导电电容器板的图1-4。为简便起见并为了更便于了解本发明，下面的讨论将对准作为埋入界面的埋入导电电容器板，当然本发明能应用于测量在完全不同掺杂剂的区域之间或在掺杂深度很大差别的区域之间划有明显界线的其他埋入界面结构的深度，这时不言而喻的。除了埋入导电电容器板外象这样的埋入界面的一个例子是在沟道内形成纵向场效应晶体管(FET)的源/漏极或栅极的表面下面的硅掺杂区。在具有象这样的纵向晶体管的存储器阵列中能够用本发明来测定上述的进入的掺杂区域的深度。

具体实施方式

图1说明含有沟道2的象硅之类的半导体衬底1。标号3表示被较厚的四乙基原硅酸盐(TEOS)层4覆盖的薄的氮化硅衬垫。标号5表示沉积在沟道2内的掺砷硅酸盐玻璃(ASG)层。在沟道2的里面和上面形成光致抗蚀剂6。光致抗蚀剂可以是象这些以酚醛树脂为基的光致抗蚀剂之类的正光致抗蚀剂。如图2所说明的那样，通过曝光、显影或干法刻蚀使光致抗蚀剂凹入到衬底表面下面约1.5微米。例如用缓冲氢氟酸(BHF)使薄层5(ASG)向后腐蚀到与抗蚀剂凹槽6一致。一般使薄层5腐蚀到稍低于抗蚀剂凹槽(见图3)。然后除去在沟道内剩留的抗蚀剂6而后为了按照剩留ASG的位置大体上形成埋入板7则在该处进行从ASG到衬底1或到P-势阱的杂质扩散或注入。用于注入的典型时间和温度在1050℃时为3小时或者在1100℃时为1小时。

准备具有不同D_BP的样品并置于FTIR系统的红外光束下，典型的FTIR系统以商标Bio-Rad QS500从Bio-Rad研究所是可以买得到的。图5说明安装FTIR的简图。特别是，FTIR系统是一种发射受控制的红外光谱以及通过傅里叶分析来探测和分析返回信号的光谱成分的仪器。如图5所说明的那样，为了发射例如波数在400和4500(波长范围约为25微米到2微米左右)的宽带红外能量，安装象Globar IR光源之类的IR光源20。把干涉仪例如Michaelson干涉仪设置在IR光源20到样品22的光路中。干涉仪包括移动的反射镜24、固定的反射镜26和光束分离器21。干涉仪使用移动的反射镜24以在探测器25上产生相长干涉图案和相消干涉图案。这些图案取决于被探测光的频率或波数以及样品的特性。使反射镜26和27对准从光源到样品的光通路。为进行对抵达探测器25的返回信号的傅里叶变换而设有电路(未表示出)。由于本领域的技术人员只要知道本文公开内容便能在没有过多的试验工作的情况下安装电路，所以详细描述象这样的电路是没有必要的。

在砷用作形成埋入板的掺杂剂的情况中，根据本发明，发现在400和1500波数之间的光谱部分示出被认为AS-O键振动所造成的特有吸收带。这样的吸收带的特征在于二个吸收峰，一个吸收峰1020波数附近而另一个峰在700和800波数之间。这样的吸收带的图形和这二个峰的高度比率显著地随D_BP增大而变化。事实上，根据本发明，发现每个D_BP深度在这部分光谱中引起完全截然不同的图形，根据本发明通过图形比较，用这部分光谱中完全截不同的图形来非破坏地测量埋入板的深度。

特别是，为了建立基准或标准光谱的库或体系，分析一些已知埋入板深度的样品的返回信号的光谱成分。如果希望的话，库则能够包括不同的标准光谱组，例如各个DRAM产生的标准光谱组，以便在使用中设备会把返回信号只与和被测薄片的特征相符合的独特的光谱组比较。被分析样品的已知的埋入板的深度是通过向外扩散区的被强光照射或对比腐蚀的切面和扫描电子显微镜(SEM)测量来测定的。根据本发明，用IR光照射未知样品并分析返回信号的光谱成分以确定与未知样品的光谱非常严密相符的基准或标准光谱的光谱成分。与未知样品的光谱非常严密相符合的基准光谱指明埋入板的顶部的深度。

根据本发明的最佳情况，为了使比较达到最大限度，在440cm^-1处和1180cm^-1处截去标准光谱并使强度归一化在0和1之间。同样，也在440cm^-1处和1180cm^-1处截去需要测定D_BP的未知样品的光谱并且使强度归一化到0和1之间的数值。

通过未知样品光谱对一些或所有的已知样品光谱的最小二乘方比较，能够进行寻找相符合的已知样品光谱的处理过程。例如，沿每条曲线的相应点(a_i-b_i)²的SUM i＝1到i＝n用来寻找最小的和数。换言之，最小二乘方拟合程序包括计算每个波数和每条标准光谱的差；求每个波数和每条标准光谱的差的平方：求所有波数和每条标准光谱的平方和；以及确定所有和数中的最小值。为了最好的符合标准光谱，寻找最小值，样品D_BP就和这样一个标准光谱的D_BP相等。当然，如果希望的话，则能够采用例如通过如在Users’Guide Microsoft^ Excel所述的计算协方差“COV”或者相关系数ρ_xy的其他相关方法。

协方差法得出数据点与它们的偏差的乘积之平均值。协方差是两个数据域之间关系的度量。 $\mathrm{COV}(x,y)=\frac{1}{n}\mathrm{\Σ}(x_i-{\mathrm{\μ}}_x)(y_i-{\mathrm{\μ}}_y)$ 式中μ_x是x数据组的平均值而μ_y是y数据组的平均值。

相关法测量两个数据组之间换算到与测量单位无关的关系特性曲线。总体相关计算得出两个数据组的协方差除以两个数据组的标准差的乘积。 ${\mathrm{\ρ}}_{x,y}=\frac{\mathrm{cov}(x,y)}{{\mathrm{\σ}}_{x\·}{\mathrm{\σ}}_y}$ 式中σ_y为y数据组的标准偏差；式中σ_x为x数据组的标准偏差；式中 ${{\mathrm{\σ}}_x}^2=\frac{1}{n}\mathrm{\Σ}(X_I-{\mathrm{\μ}}_x)2$ ${{\mathrm{\σ}}_y}^2=\frac{1}{n}\mathrm{\Σ}(Y_I-{\mathrm{\μ}}_y)2$

图6绘有表示具有不同的埋入板深度测量结果的已知和未知样品的光谱成分的曲线。图6是在强度归一化后的曲线图并准备用于例如通过最小二乘方法，与出现在曲线图的未知样品比较。图6中的未知样品非常严密地与代表深度为1.53微米的曲线符合。并且，相关曲线的数据增多，增大测量结果的精确度，这应该是不言而喻的。

图7是用切面SEM法进一步证实本发明获得的深度测量的曲线图。X轴上的数值是用FTIR测定。Y轴上的数值是用SEM测定。

前面有关发明的说明图示并描述了本发明。另外，所公开的内容只是示出并描述了本发明的最佳实施例，但是，如上所述，应理解到本发明可以用于各种其他的组合、变更和环境并且容许在这里所达的与上述的讲授和/或相关领域的技能或知识相应的发明思想范围内变化或变换。试图用上面所述的实施例进一步说明实施本发明的已知的最好方法以及能使本领域的其他技术人员在这样的或另外的实施例中和在本发明的特殊应用或使用要求的各种各样的变换情况下使用本发明。因此，这个描述并不打算将本发明限制于本文公开的形式。并且意图将附加的权利要求书构成为包括可替换的实施例。

Claims (6)

1.一种测量埋入界面深度的非破坏性方法，用于测量在半导体衬底表面下面的埋入界面顶部的深度，其中所述埋入界面是埋入砷导电板，该方法包括步骤：用红外光照射含有待测量的埋入界面的半导体衬底；用傅里叶分析法探测和分析返回信号的光谱成分；以及把上述的返回信号的光谱成分与标准光谱比较吸收带和吸收峰从而测定上述的埋入界面的深度，其中标准光谱的吸收带在1020波数处有一吸收峰，在700和800波数之间有一吸收峰。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于上述的红外光是宽带IR辐射光。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于上述的IR辐射光的波长为2～25微米。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于上述的埋入导电板的顶部的深度是在半导体衬底表面下1.5±0.15微米。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于上述的比较采用由样品得到的光谱与标准光谱比较的最小二乘方比较。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于在比较前把强度的数值归一化在0和1之间。

Images