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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung integrierte Schaltungen
und betrifft insbesondere komplexe Schaltungen, die in einer SOI-Architektur
auf der Grundlage von Halbleiterlegierungen, etwa Silizium/Germanium
zur Verbesserung des Transistorverhaltens aufgebaut sind.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Komplexe
integrierte Schaltungen enthalten eine große Anzahl an Transistoren,
etwa p-Kanal-Feldeffekttransistoren
und n-Kanal-Feldeffekttransistoren, wenn ein CMOS-Bauteil betrachtet
wird. Im Allgemeinen werden gegenwärtig eine Vielzahl von Prozesstechnologien
eingesetzt, wobei für
komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherchips, ASIC's (anwendungsspezifische
IC's) und dergleichen
die CMOS-Technologie gegenwärtig eine
der vielversprechendsten Lösungen
auf Grund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit
und/oder Leistungsaufnahme und/oder Kosteneffizienz ist. Während der
Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Anwendung der
CMOS-Technologie
werden Millionen komplemetärer
Transistoren, d. h. n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren, auf einem Substrat
hergestellt, das eine kristalline Halbleiterschicht aufweist. Ein
MOS-Transistor enthält,
unabhängig
davon, ob ein n-Kanaltransistor oder ein p-Kanaltransisotor betrachtet wird, sogenannte
pn-Übergänge, die durch
eine Grenzfläche
stark dotierter Drain- und Source-Gebiete mit einem invers oder
schwach dotierten Kanalgebiet, das zwischen dem Drain-Gebiet und
dem Source-Gebiet angeordnet ist, gebildet werden. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets, d. h. das Durchlassstromvermögen des leitenden Kanals, wird durch
eine Gateelektrode gesteuert, die über dem Kanalgebiet ausgebildet
und davon durch eine dünne isolierende
Schicht getrennt ist. Die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets bei der Ausbildung eines leitenden Kanals auf Grund
des Anlegens einer geeigneten Steuerspannung an die Gateelektrode
hängt von
der Dotierstoffkonzentration, der Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger und – für eine gegebene
Abmessung des Kanalgebiets in der Transistorbreitenrichtung – von dem
Abstand zwischen dem Source-Gebiet und dem Drain-Gebiet ab, der
auch als Kanallänge
bezeichnet wird. Somit bestimmt in Ver bindung mit der Fähigkeit,
rasch einen leitenden Kanal unter der isolierenden Schicht beim
Anlegen der Steuerspannung an die Gateelektrode zu erzeugen, die Leitfähigkeit
des Kanalgebiets im Wesentlichen das Leistungsverhalten der MOS-Transistoren.
Somit ist aus dem zuletzt genannten Aspekt das Verringern der Kanallänge und
damit verknüpft
die Verringerung des Kanalwiderstands ein wichtiges Entwurfskriterium,
um einen Zuwachs in der Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten
Schaltungen zu erreichen.
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Da
die ständige
Größenreduzierung
der kritischen Abmessungen, d. h. der Gatelänge der Transistoren, große Anstrengen
zur Anpassung und möglicherweise
zur Neuentwicklung von Prozessverfahren erfordert, wurde vorgeschlagen,
das Bauteilverhalten der Transistorelemente auch durch Erhöhen der
Ladungsträgerbeweglichkeit
in dem Kanalgebiet für
eine vorgegebene Kanallänge
zu verbessern. Ein effizientes Verfahren beruht auf dem Konzept,
die Gitterstruktur in dem Kanalgebiet zu modifizieren, indem beispielsweise
eine Zugverformung oder eine Druckverformung erzeugt wird, die zu
einer modifizierten Beweglichkeit für Elektronen bzw. Löscher führt. Beispielsweise
kann durch das Erzeugen einer Zugverformung in dem Kanalgebiet die
Beweglichkeit von Elektronen erhöht
werden, was sich wiederum direkt in einer entsprechenden Zunahme
der Leitfähigkeit
ausdrückt.
Andererseits kann eine Druckverformung in dem Kanalgebiet die Beweglichkeit von
Löchern
erhöhen,
wodurch die Möglichkeit
zur Verbesserung des Leistungsverhaltens von p-Transistoren geschaffen wird. Daher
wird in einigen Vorgehensweisen beispielsweise eine Silizium/Germanium-Schicht
in oder unter dem Kanalgebiet vorgesehen, um darin eine Zugverformung
oder Druckverformung herzustellen. In anderen Strategien wird ein
Silizium/Germanium-Material in den Drain- und Source-Gebieten in
Form einer verformten Schicht ausgebildet, wodurch eine entsprechende
Verformung in dem benachbarten Kanalgebiet hervorgerufen wird. Die
Silizium/Germanium-Legierung kann auf der Grundlage epitaktischer
Wachstumsverfahren hergestellt werden, wobei die entsprechenden
Prozessparameter so gesteuert werden, dass eine spezifizierte Menge
an Germanium in das Silizium eingebaut wird, die im Wesentlichen
das Maß an
Gitterfehlanpassung bestimmt, die schließlich in dem entsprechenden
Kanalgebiet erreicht wird.
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Ferner
hat im Hinblick auf das Transistorleistungsverhalten die SOI-(Halbleiter-
oder Silizium-auf-Isolator-)Architektur zusätzlich zu den anderen Vorteilen,
die sie bietet, zunehmend an Bedeutung für die Herstellung von MOS-Transistoren
gewonnen auf Grund der Eigenschaften einer geringeren parasitären Kapazität der pn-Übergänge, wodurch
höhere Schaltgeschwindigkeiten
im Vergleich zu Transistoren auf Vollsubstraten möglich sind.
In SOI-Transistoren wird eine relativ dünne kristalline Siliziumschicht
auf einer vergrabenen Isolationsschicht hergestellt, und die Drain-
und Source-Gebiete werden in der dünnen Siliziumschicht gebildet.
Somit kann der Halbleiterbereich, in dem die Drain- und Source-Gebiete sowie das
Kanalgebiet hergestellt werden, dielektrisch durch die vergrabene
isolierende Schicht und entsprechende Grabenisolationen, die für die laterale
Isolierung zu benachbarten Bauelementen sorgen, umschlossen sein.
Auf Grund dieser Vorteile, wird die Technologie der Verformungserzeugung
auch in SOI-Transistorbauelementen eingesetzt, wobei das Silizium/Germanium-Material
auf der Grundlage der dünnen
oberen Siliziumschicht aufgewachsen wird, um die gewünschten
Verformungseigenschaften in dem entsprechenden Kanalgebiet zu erreichen,
wodurch deutlich zu einer Leistungssteigerung von SOI-Transistoren
beigetragen wird.
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Wenn
daher die Technologie der Verformungserzeugung auf der Grundlage
von Silizium/Germaniumlegierungen in der zuvor beschriebenen Weise
angewendet wird, ist es wichtig, den epitaktischen Wachstumsprozess
zu kalibrieren und das Prozessergebnis auch zu überwachen, um die Produktzuverlässigkeit
und Gleichförmigkeit
zu bewahren. Zu diesem Zweck werden gut etablierte Techniken eingesetzt,
zu denen eine Röntgenbeugungsverfahren
gehören,
in welchen die Antwort der Kristallstruktur eines speziellen Bereichs
auf einem Halbleiterbauelement in Bezug auf einen eintreffenden Röntgenstrahl
bewertet wird, um beispielsweise den Germaniumanteil des epitaktischen
Materials zu bestimmen. Obwohl entsprechende Verfahren für Bauelemente
auf Vollsubstraten gut funktionieren, können Probleme bei SOI-Bauelementen
auftreten, wie dies detaillierter mit Bezug zu den 1a bis 1c erläutert ist.
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1a zeigt
schematisch eine typische Testanordnung zum Bestimmen des Anteils
von Germanium in einer Silizium/Germanium-Schicht, die epitaktisch
auf einem Vollsubstrat aufgewachsen ist. Ein Substrat 100 umfasst
ein kristallines Basismaterial 101, beispielsweise ein
Siliziumsubstrat, auf welchem eine epitaktische Silizium/Germanium-Schicht 102 gebildet
wird, die als ein verformtes Halbleitermaterial gebildet werden
kann, wenn die Schicht 102 im Wesentlichen den gleichen
Gitterabstand wie das kristalline Basismaterial 101 aufweist.
In anderen Fällen
kann ein deutlicher Teil der Schicht 102 eine entspannte
Silizium/Germanium-Schicht repräsentieren,
wenn beispielsweise eine entsprechende Pufferschicht (nicht gezeigt)
zwischen dem Basismaterial 101 und der Schicht 102 vorgesehen ist,
um damit kontinuierlich den Anteil an Germanium zu erhöhen, wodurch
ebenso kontinuierlich der entsprechende Gitterabstand vergrößert wird,
was schließlich
zum natürlichen
Gitterabstand des Silizium/Germaniums führt, der, wie zuvor erläutert ist,
von der Menge an Germanium abhängt,
die in dem siliziumbasierten Material enthalten ist. Ferner kann
die Schicht 102 auf der Grundlage gut etablierter epitaktischer Wachstumsverfahren
hergestellt werden, wobei entsprechende Prozessparameter auch einen
Einfluss auf die Eigenschaften der entgültigen Schicht 102 ausüben können. Um
den entsprechenden Germaniumanteil der Schicht 102 zu bestimmen,
kann ein Röntgenbeugungssystem 150 eingesetzt
werden, das eine Strahlungsquelle 151 umfasst, die ausgebildet
ist, einen im Wesentlichen monoenergetischen Röntgenstrahl 153 bereitzustellen,
der mit dem Bauelement 100 in Wechselwirkung tritt. Des
weiteren ist ein Röntgendetektor 152 vorgesehen,
um einen gestreuten Röntgenstrahl 154 zu
empfangen, wobei die Winkelbeziehung zwischen der Quelle 151,
dem Detektor 152 und dem Substrat 101 so variiert
werden kann, dass entsprechende Intensitätsvariationen in Abhängigkeit
des entsprechenden Satzes aus Kristallebenen, die auf dem einfallenden
Röntgenstrahl 153 reagieren,
erfasst werden. Ein entsprechendes Messergebnis, das die Intensitätsvariation
in Abhängigkeit
des Einfallswinkels darstellt, ist schematisch auf der rechten Seite
der 1a gezeigt, wobei eine entsprechende Kurve auch
als eine Rocking-Kurve bezeichnet wird. Es sollte beachtet werden,
dass der Röntgenstrahl 153 eine
große
Eindringtiefe aufweist und damit gleichzeitig mit der Schicht 102 und
auch mit dem Basismaterial 101 in Wechselwirkung tritt,
so dass das entsprechende Intensitätsspektrum die Antwort eines
wesentlichen Anteils der bestrahlten Fläche des Substrats 101 darstellt.
Beispielsweise kann eine geeignete Abtastfläche für den Winkelbereich des Einfallswinkels
für eine
geeignet ausgewählte Wellenlänge des
Strahls 153 festgelegt werden, was auf der Grundlage der
gut bekannten Bragg-Beziehung erreicht werden kann. Beispielsweise
kann die Intensitätskurve,
wie sie in 1a gezeigt ist, schematisch
ein entsprechendes Antwortverhalten für die Reflektion von (004)
Kristallebenen auf der Grundlage einer Wellenlänge des einfallendes Strahls 153 von
1,54 Angstrom, entsprechend der Kupfer Kα-Linie darstellen. Auf Grund
des deutlichen Anteils an Siliziummaterials in der Basisschicht 101 kann
ein deutlicher Spitzenwert während
der Winkelvariation erhalten werden, wie dies in dem Spektrum angegeben
ist, während
ein entsprechender Spitzenwert, der deutlich in der Intensität geringer
ist und eine erhöhte
Breite im Vergleich zu dem Siliziumspitzenwert aufweist, für die Silizium/Germanium-Schicht 102 auf Grund
der leicht unterschiedlichen Gitterkonstante und damit einem unterschiedlichen
Bragg-Winkel erhalten werden kann. Auf der Grundlage der Winkeldifferenz
zwischen den beiden Spitzenwer ten kann der Anteil an Germanium in
der Schicht 102 berechnet und damit zum Kalibrieren und/oder
Bewerten des entsprechenden epitaktischen Wachstumsprozesses verwendet
werden. Somit kann für
Vollsubstrate mit einer darauf ausgebildeten epitaktisch aufgewachsenen
Silizium/Germanium-Schicht eine äußerst effiziente
Prozesssteuerung auf der Grundlage der entsprechenden Messdaten
erreicht werden.
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1b zeigt
schematisch die entsprechende Sachlage für ein SOI- (Silizium-auf-Isolator)Substrat 100,
das das Basismaterial 101, eine vergrabene isolierende
Schicht 103, beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht,
und eine Siliziumschicht 104 aufweist, die auf der vergrabenen
isolierenden Schicht 103 gebildet ist. Das Substrat 100 aus 1b kann
im Verlauf einer Röntgenbeugungsmessung
ebenso eine Antwort erzeugen, die eine Kombination der Schichten 103 und 101 ist,
wobei die vergrabene isolierende Schicht 103 lediglich
im Wesentlichen diffuse Strahlung beiträgt, wodurch ein Beitrag zum
Gesamtrauschen der Messung erbracht wird. Die rechte Seite aus 1b zeigt
schematisch ein entsprechendes Antwortverhalten, wobei die Spitzenwerte
der Schicht 101 und 104 einen gewissen Winkelunterschied
abhängig
von der relativen Kristallorientierungen der Schichten 104 und 101 aufweisen
können. Wenn
beispielsweise das Substrat 100 durch Scheibenverbindungstechniken
hergestellt wird, kann ein geringer Unterschied beispielsweise eine
Verdrehung und/oder eine Neigung der entsprechenden kristallographischen
Orientierungen hervorgerufen werden, da Kristalle unterschiedlicher
kristalliner Substrate kombiniert werden. Somit kann, wie durch die
Pfeile 101D und 104D angegeben ist, eine Neigung
zwischen entsprechenden Kristallebenen zu einem entsprechenden Unterschied
in der Position (im Winkelvariationsbereich) der entsprechenden
Intensitätsspitzenwerte
führen,
wobei, wie zuvor mit Bezug zu der Schicht 102 in 1a erläutert ist,
die deutlich geringere Dicke des Materials der Schicht 104 in
Bezug auf das Basismaterial 101, das einen wesentlichen
Anteil zu der Gesamtantwort des eintreffenden Röntgenstrahls beiträgt, zu der
deutlich reduzierten Intensität
führt.
Abhängig
von der Auflösung
des Messsystems 150 und abhängig von dem Ausmaß an Gitterfehlanpassung
kann der entsprechende Spitzenwert der Schicht 104 aufgelöst werden
oder kann nicht in eindeutiger Weise bestimmt werden.
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1c zeigt
schematisch die Situation, wenn das Substrat 100 ein SOI-Substrat
repräsentiert,
dessen SOI-Silizium-Schicht 104 die Silizium/Germanium-Legierung 102 erhält, so dass
eine strukturierte Form ausgebildet ist, die zusätzlich nicht-kristalline Bereiche 105,
etwa dielektrische Materialien, und dergleichen, aufweist. Beispielsweise kann
die Silizi um/Germanium-Legierung 102 als ein im Wesentlichen
eingebettetes Material hergestellt werden, das in entsprechenden
Vertiefungen aufgewachsen wird, die in speziellen Schichtbereichen
der SOI-Silizium-Schicht 104 ausgebildet sind. In diesem Falle
kann die Antwort des Restes der SOI-Schicht 104 noch geringer
sein, ähnlich
zu der Antwort des Materials 102, wobei dennoch ein entsprechender Spitzenwert
des Basismaterials 101 mit hoher Intensität auf Grund
des hohen Anteils an Material entsteht, das zu der Antwort auf den
einfallenden Röntgenstrahl
beiträgt.
Auf der rechten Seite der 1c ist
schematisch eine entsprechende Antwort abgebildet, wobei ein merklicher
Spitzenwert für
das Material 102 weiterhin erhalten wird, obwohl der entsprechende
Spitzenwert der Siliziumschicht 104 auf Grund des deutlichen
Hintergrundrauschens nicht mehr erkennbar ist. Folglich wird in
konventionellen Messstrategien zum Bestimmen des Anteils an Germanium
in strukturierten SOI-Substraten auf der Grundlage von Röntgenbeugung
der deutliche Spitzenwert des Basismaterials 101 für die Berechung
verwendet. Wie jedoch zuvor erläutert
ist, kann die entsprechende Kristallorientierung des Basismaterials 101 eine
gewisse Abweichung in Bezug auf Schicht 104 aufweisen,
während
die Eigenschaften des Legierungsmaterials 102 durch die
Schicht 104 bestimmt sind, so dass die entsprechende Berechnung
ein sehr ungenaues Ergebnis ergeben kann, das das Leistungsverhalten
eines entsprechenden Prozesses zum Kalibrieren und/oder Überwachen
des entsprechenden epitaktischen Wachstumsprozesses beeinträchtigen kann.
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Die
Patentanmeldung US 2004/0235264 A1 offenbart Strukturen zum Gettern
von Silizium auf Isolator (SOI) Substraten. Die Strukturen sind
in eine Isolatorschicht eingebettet und umfassen jeweils eine Siliziumschicht,
die über
einer Silizium-Germanium-Schicht angeordnet ist, wobei mehrere dieser Strukturen
nebeneinander auf dem Substrat angeordnet sind. Die Strukturen werden
gemeinsam mit entsprechenden Schichten in Bauteilgebieten hergestellt.
Röntgenstrahlbeugungsverfahren
werden verwendet, um den Germaniumanteil zu quantifizieren.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf zum Bestimmen
einer Halbleiterlegierung auf der Grundlage von Röntgenbeugung,
wobei ein oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden oder
zumindest deren Auswirkungen reduziert werden.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die das Verbessern des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses bei einer Antwort auf
einen einfallenden Röntgenstrahl
in einer Teststruktur verbessern kann, die eine SOI-Architektur aufweist,
so dass eine Reaktion einer strukturierten SOI-Schicht erkennbar
ist und damit als Referenz zum Bestimmen eines oder mehrerer Kristallparameter
der Halbleiterlegierung verwendbar ist. Folglich können entsprechende
Prozesse zur Herstellung von Halbleiterlegierungen in strukturierten
SOI-Substraten in effizienter Weise auf der Grundlage zerstörungsfreier
und gut verfügbarer
Röntgenmessverfahren
gesteuert werden. Das verbesserte Antwortverhalten einer entsprechenden
Teststruktur kann in einigen Aspekten erreicht werden, indem eine
entsprechende Teststruktur in geeigneter Weise umgestaltet wird,
so dass diese Halbleiterbereiche der SOI-Schicht enthält, die
sich im Wesentlichen über die
gesamte Tiefe erstrecken, wodurch ein höherer Anteil an Wechselwirkung
mit dem einfallenden Röntgenstrahl
erreicht wird. In anderen Aspekten kann zusätzlich oder alternativ die
Gitterfehlanpassung zwischen dem kristallinen Basismaterial und
der SOI-Halbleiterschicht absichtlich erhöht werden, so dass der Spitzenwert
des Basismaterials mit hoher Intensität außerhalb eines interessierenden
Winkelbereichs zum Abschätzen
der Halbleiterlegierung liegt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorrichtungen
gemäß den Ansprüchen 1 und
10 und das Verfahren gemäß Anspruch
14 gelöst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus folgenden detaillierten Beschreibung hervor,
wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in
denen:
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1a bis 1c schematisch
Querschnittsansichten eines Substrats zeigen, wie es zur Herstellung
von Halbleiterbauelementen gemäß unterschiedlicher
Konfigurationen während
der Bewertung des Germaniumanteils einer epitaktisch gebildeten Silizium/Germanium-Legierung gemäß konventioneller
Verfahren verwendet wird;
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2a bis 2c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements mit einer Teststruktur
zeigen, die ein verbessertes Signal/Rauschen-Verhältnis in
Bezug auf eine Röntgenbeugungsmessung
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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2d schematisch
eine Draufsicht der Teststruktur zeigt, die in dem Bauteil aus 2a gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
enthalten ist;
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2e schematisch
das Halbleiterbauelement aus 2a zeigt,
wenn dieses mehrere Teststrukturen aufweist, wovon jede unterschiedliche
eingebettete Halbleiterlegierungen gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen
aufweist;
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3a bis 3c schematisch
Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser
Fertigungsphasen zur Herstellung einer Teststruktur für Röntgenmessungen
zeigt, um Kristalleigenschaften einer Halbleiterlegierung auf der
Grundlage von Teststrukturelementen mit mindestens einer lateralen
Abmessung abzuschätzen,
die den Abmessungen tatsächlicher
Bauelemente entspricht, gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen;
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4a und 4b schematisch
Querschnittansichten einer Scheibenverbundtechnik zeigen, in der
ein Gitterversatz zwischen einem kristallinen Basismaterial und
einer SOI-Schicht absichtlich vergrößert wird, um den Einfluss
des Basismaterials für
einen spezifizierten Winkelvariationsbereich gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu reduzieren; und
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4c schematisch
einen Graphen zeigt, der einen erhöhten Winkelversatz von Intensitätsspitzenwerten
des kristallinen Basismaterials und einer SOI-Schicht entsprechend
dem SOI-Substrat aus 4b zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
offenbarten anschaulichen Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zum
Bestimmen von Kristalleigenschaften einer Halbleiterlegierung, etwa
dem Anteil der Atomgattung in der Legierung, einer Verformung in
der Halbleiterlegierung, und dergleichen. Zu diesem Zweck kann im
Allgemeinen ein schlechtes Signal/Rauschen-Verhältnis entsprechender konventioneller
Röntgenbeugungsmessungen
auf strukturierten SOI-Substraten deutlich verbessert werden, um damit
das Erkennen eines entsprechenden Intensitätsspitzenwertes der SOI-Schicht zu ermöglichen, so
dass eine geeignete Referenzmessung erhalten wird, auf deren Grundlage
die gewünschten
Kristalleigenschaften der Halbleiterlegierung abgeschätzt werden
können.
Da Halbleiterlegierungen, etwa Silizium/Germanium, Silizium/Kohlenstoff,
und dergleichen häufig
auf strukturierten SOI-Strukturen gebildet werden, um damit das
entsprechende Transistorverhalten von modernsten CMOS-Bauelementen
zu verbessern, ist eine geeignete Steuerung der entsprechenden Fertigungsprozesse
zur Herstellung der Halbleiterlegierungen von höchster Bedeutung im Hinblick
auf die Prozessgleichförmigkeit,
die Bauteilzuverlässigkeit
und die Produktionsausbeute. Folglich kann durch das wesentli che
Verringern von Ungenauigkeiten im Hinblick auf das Abschätzen von Kristalleigenschaften,
die typischerweise durch konventionelle Verfahren im Zusammenhang
mit strukturierten SOI-Substraten erzeugt werden, wenn die Reaktion
der Halbleiterlegierung mit der Reaktion des Basismaterials verglichen
wird, eine effiziente Technik für
anspruchsvolle Prozesskalibrierung und Steuerung auf der Grundlage
der zerstörungsfreien
Röntgenmesstechniken
erreicht werden.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, in denen effiziente Verfahren
zum Verbessern der Erkennbarkeit des Antwortverhaltens der strukturierten SOI-Schicht
erreicht werden kann, um damit aussagekräftige und statistisch relevante
Abschätzungen in
Bezug auf mindestens den Anteil der entsprechenden Komponenten der
betrachteten Halbleiterlegierung zu ermöglichen. Gemäß einem
Aspekt wird die Dicke von SOI-Schichtstrukturelementen
nach dem Strukturieren und der Herstellung der entsprechenden Halbleiterlegierung
so gewählt,
dass ein verbessertes Antwortverhalten der SOI-Strukturelemente erzeugt wird, wie dies
nachfolgend mit Bezug zu den 2a bis 2e und 3a und 3b beschrieben
ist, während
alternative oder zusätzliche
Maßnahmen
zum Verbessern des Signal/Rauschen-Verhältnisses von Röntgenmessungen
von strukturierten SOI-Bauelementen
mit Bezug zu den 4a und 4b detaillierter
dargelegt sind.
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2a zeigt
schematisch ein Halbleiterbauelement 200 mit einem Substrat 201,
das ein Siliziumbasismaterial repräsentieren kann, etwa ein Siliziumsubstrat
oder ein anderes im Wesentlichen kristallines Halbleitersubstrat.
Es sollte beachtet werden, dass gegenwärtig Siliziummaterial vorzugsweise
für komplexe
Halbleiterbauelemente verwendet wird, etwa Mikroprozessoren, und
dergleichen, in denen komplexe CMOS-Schaltungen als eine wichtige Schaltungskomponente
verwendet werden, auf Grund der Vorteile im Hinblick auf die Kosteneffizienz,
die Prozesskomplexität
und dergleichen. Wie zuvor erläutert
ist, kann verformtes Siliziummaterial als eine „neue Art” an Halbleitermaterial betrachtet werden,
das einen deutlichen Zuwachs an Leistungsfähigkeit ermöglicht, d. h., für ansonsten
identisch Bauteilabmessungen kann ein Transistorelement eine deutlich
erhöhte
Betriebsgeschwindigkeit besitzen, wenn ein geeignet verformtes Siliziummaterial möglicherweise
in Verbindung mit anderen Vorteilen, etwa einer geringeren Bandlücke und
dergleichen, vorgesehen wird. Folglich wird Silizium vorzugsweise in
Verbindung mit Halbleiterlegierungen, etwa Silizium/Germanium, eingesetzt,
um damit speziellen Bereichen der Bauelemente die erforder lichen
Kristalleigenschaften zu verleihen oder um das Durchlassstromvermögen zu verbessem.
In vielen vielversprechenden Ansätzen
wird die Halbleiterlegierung in einer äußert lokalen Weise bereitgestellt,
anstatt das entsprechende Halbleiterlegierungsmaterial über das gesamte
Substrat hinweg zu erzeugen, was auf der Grundlage moderner epitaktischer
Wachstumsverfahren erreicht werden kann, etwa selektiver Epitaxie,
Implantation und dergleichen, wie dies nachfolgend detaillierter
beschrieben ist. Folglich müssen die
entsprechenden Prozesse unter Umständen auf vorstrukturierten
Substratbereichen ausgeführt
werden, um in lokaler Weise die entsprechende Halbleiterlegierung
zu bilden, wobei diese äußerst komplexen
Prozesse gründlich überwacht
werden müssen, um
die Bauteilgleichförmigkeit
zu bewahren. Folglich erhält
in einigen anschaulichen Ausführungsformen das
Halbleiterbauelement 200 eine geeignete Halbleiterlegierung
in einer entsprechenden Fertigungsphase, wobei Strukturelemente
und eine entsprechende Teststruktur in einer gemeinsamen Fertigungssequenz
hergestellt werden, um damit ein hohes Maß an Authentizität zum Bewerten
des Status der vorliegenden Prozesstechnik zu ermöglichen.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung auch auf das Halbleiterbauelement 200 angewendet
werden können,
wenn dieses ein Testsubstrat repräsentiert, auf welchem ein oder
mehrere Teststrukturen zum Bewerten einer oder mehrerer Prozesse
spezieller Fertigungsphasen in einem tatsächlichen Halbleiterbauelement
hergestellt werden.
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Das
Bauelement 200 umfasst ein Substrat 201 mit einer
darauf ausgebildeten vergrabenen isolierenden Schicht 203,
an die sich eine Halbleiterschicht 204 anschließt, die
in anschaulichen Ausführungsformen
ein siliziumbasiertes Material repräsentiert. Wie zuvor erläutert ist,
kann das Bauelement ein erstes Bauteilgebiet 220 und ein
zweites Bauteilgebiet 230 aufweisen, um Schaltungselemente
bzw. eine Teststruktur herzustellen. Die Konfiguration des Halbleiterbauelements 200 in
Bezug auf die Schichtsequenz des Substrats 201, die vergrabene
isolierende Schicht 203 und die eigentliche aktive Halbleiterschicht 204 kann
als SOI-(Silizium-auf-Isolator)Konfiguration betrachtet werden,
wobei die Bauteilgebiete 220 und 230 auch als
erstes und zweites SOI-Gebiet bezeichnet werden können. Ferner
können
in dieser Fertigungsphase mehrere Transistoren 221 in dem
ersten Gebiet 220 in einem speziellen Zustand vorgesehen
sein, während
das zweite Gebiet 230 ein Gebiet zur Herstellung einer
Teststruktur repräsentieren
kann, um Informationen über
Kristalleigenschaften einer Halbleiterlegierung zu gewinnen, die
noch in dem Bauelement 200 herzustellen ist. Entsprechend
einiger effizienter Prozessverfahren kann eine Legierung auf Silizium basis
in speziellen Bauteilgebieten in der Halbleiterschicht 204 hergestellt
werden, um in lokaler Weise das Bauteilverhalten zu modifizieren.
Beispielsweise wird in einer Vorgehensweise, wie dies zuvor erläutert ist,
ein verformtes oder entspanntes Halbleitermaterial lokal in speziellen
Transistorbereichen vorgesehen, um damit die gewünschten Auswirkungen der Halbleiterlegierung
zu erreichen. Beispielsweise kann ein verformtes Halbleitermaterial
in Drain- und Source-Gebieten der entsprechenden Transistorelemente,
etwa in einigen der Transistorelemente 221, vorgesehen werden,
um damit eine entsprechende Verformung in den benachbarten Kanalgebieten
hervorzurufen. Gemäß einer
anschaulichen Vorgehensweise kann dies erreicht werden, indem selektiv
die Drain- und Source-Gebiete spezieller Transistorelemente vertieft werden
und nachfolgend ein epitaktischer Wachstumsprozess ausgeführt wird,
um eine spezielle Menge eines Halbleitermaterials in der zuvor hergestellten
Vertiefung abzuscheiden. Folglich können in dem ersten Bauteilgebiet 230 mehrere
Transistoren 221p eine Halbleiterlegierung erhalten, etwa
eine Silizium/Germanium-Legierung, während einige Transistoren 221n die
entsprechende Halbleiterlegierung nicht erhalten, oder eine andere
Art an Halbleiterlegierung erhalten, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Zu diesem Zweck wird eine geeignet gestaltete Maskenschicht 206 gebildet,
die beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, oder einem
anderen geeigneten Maskenmaterial hergestellt ist, um in geeigneter
Weise das erste und das zweite Bauteilgebiet 220, 230 zu
strukturieren und als eine Wachstumsmaske in einem nachfolgenden
epitaktischen Wachstumsprozess zu dienen. Ferner kann in dem zweiten Bauteilgebiet 230 die
Maskenschicht 206 entsprechende Öffnungen 206a aufweisen,
um mehrere Halbleitergebiete bereitzustellen, die die betrachtete Halbleiterlegierung
erhalten, wobei auch mehrere Bauteilbereiche definiert sind, in
denen die Halbleiterschicht 204 im Wesentlichen mit ihrer
gesamten Dicke beibehalten wird, um damit ein verbessertes Antwortverhalten
während
einer Röntgenmessung zu
erhalten, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
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Das
in 2a gezeigte Halbleiterbauelement 200 kann
auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Das
Substrat 201 mit der vergrabenen isolierenden Schicht 203 und
der Halbleiterschicht 204, die auch als SOI-Schicht bezeichnet
wird, kann auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt
werden, wobei in vielen Fällen
moderne Scheibenverbundtechniken eingesetzt werden. In diesem Falle
werden zwei kristalline Basissubstrate in geeigneter Weise behandelt,
um eine Verbindung der entsprechenden Substratoberflächen miteinander
zu ermöglichen,
die beispielsweise einen oxidierten Bereich aufweisen, und die nachfolgend
miteinander verbunden werden, um die vergrabene isolierende Schicht 203 zu
bilden, wobei eines der Substrate dann an einer entsprechend ausgebildeten
Kristallebene abgetrennt wird, wodurch die Halbleiterschicht 204 gebildet
wird. Da kristalline Materialien zweier unterschiedlicher Substrate
kombiniert werden, wird typischerweise, wie zuvor erläutert wurde,
ein spezielles Maß an
Verdrehung und Verkippung in Bezug auf die Kristallorientierungen
des Basismaterials 201 und der Schicht 204 hervorgerufen. Anschließend werden
geeignete Prozessschritte ausgeführt,
um entsprechend aktive Gebiete 222 in dem ersten Bauteilgebiet 220 in
der Schicht 204 auf der Grundlage entsprechender Isolationsstrukturen 223,
etwa Grabenisolationen, zu bilden, wobei in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
entsprechende Isolationsstrukturen in dem zweiten Bauteilgebiet 230 nicht
gebildet werden, um nicht in unnötiger
Weise wertvolles Halbleitermaterial „zu verschwenden”, das für die Röntgenmessungen
erforderlich sein kann. Die Isolationsstrukturen 223 können auf
der Grundlage gut etablierter Verfahren, beispielsweise Photolithographie,
anisotrope Ätzprozesse,
Abscheidesequenzen, Einebnungen, und dergleichen hergestellt werden.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
werden, wenn ein hohes Maß an Authentizität in Bezug
auf das Bewerten der Kristalleigenschaften einer Halbleiterschicht
in Bezug auf ihre Auswirkungen auf tatsächliche Strukturelemente erforderlich
ist, einige oder alle der Prozessschritte in dem ersten Gebiet 220 auch
in dem zweiten Bauteilgebiet 230 ausgeführt, wie dies nachfolgend mit
Bezug zu den 3a bis 3c detaillierter
beschrieben ist. Als nächstes
werden weitere Prozesse ausgeführt,
um entsprechende umschlossene Gateelektrodenstrukturen 224 zu
erhalten, wobei moderne Oxidations- und/oder Abscheideverfahren
zur Herstellung entsprechender Gateisolationsschichten (nicht gezeigt)
mit anschließenden
modernen Strukturierungsprozessen beteiligt sein können, die
Lithographie- und anspruchsvolle Ätzverfahren beinhalten. Als
nächstes
wird die Maskenschicht 206 beispielsweise durch Abscheiden
eines geeigneten Maskenmaterials, etwa Siliziumnitrid, gebildet,
wobei bei Bedarf eine geeignete Ätzstoppschicht
(nicht gezeigt) vorgesehen wird. Wie gezeigt, besitzt in dem zweiten
Bauteilgebiet 230 die Maskenschicht die Öffnungen 206a zum
Definieren mehrerer Bereiche für Halbleiterlegierungsstrukturelemente
und mehrere diverse Halbleiterstrukturelemente mit größerer Dicke.
Als nächstes
wird das Bauelement 200 einem geeignet gestalteten Ätzprozess 207 unterzogen,
um freiliegende Bereiche der Halbleiterschicht 204 zu vertiefen.
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2b zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 nach dem Ende
des Ätzprozesses 207. Somit
sind entsprechende Vertiefungen 225 benachbart zu den freiliegenden
Transis torelementen 221p und in ähnlicher Weise entsprechende Öffnungen 235 in
dem zweiten Bauteilgebiet 230 gebildet, die im Wesentlichen
einen Bereich entsprechender Teststrukturelemente definieren, die
mittels einer geeigneten Halbleiterlegierung in einem nachfolgenden selektiven
epitaktischen Wachstumsprozess 208 zu bilden sind. In einigen
anschaulichen Ausführungsformen
wird durch den Wachstumsprozess 208 ein Silizium/Germanium-Legierungsmaterial
auf der Grundlage selektiver Wachstumsverfahren abgeschieden, um
ein verformtes Silizium/Germanium-Material in den entsprechenden
Vertiefungen 225 vorzusehen, wenn die Transistoren 221p p-Kanaltransistoren
repräsentieren.
In anderen Fällen
kann der epitaktische Wachstumsprozess 208 eine andere Art
an Halbleiterlegierung erzeugen, etwa Silizium/Kohlenstoff, in Form
eines verformten Halbleitermaterials, wenn eine unterschiedliche
Art an Verformung in den entsprechenden Transistoren 221p erforderlich
ist.
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2c zeigt
schematisch das Bauelement 200 mit entsprechenden Halbleiterlegierungsgebieten 226 in
dem ersten Bauteilgebiet 220, während erste Teststrukturelemente 236 aus
der Halbleiterlegierung in dem zweiten Bauteilgebiet 230 ausgebildet
sind, wobei die entsprechenden „Abstände” zwischen den ersten Teststrukturelementen 236 als zweite
Teststrukturelemente 237 betrachtet werden können, die
das Halbleitermaterial der Schicht 204 repräsentieren,
wobei im Wesentlichen die gesamte Dicke der Schicht 204 für eine Wechselwirkung
mit einem Röntgenstrahl
verfügbar
ist, der auf das zweite Halbleitergebiet 230 während eines
Testvorganges in einer späteren
Phase gelenkt wird. Danach kann die Maskenschicht 206 durch äußerst selektive Ätzverfahren
entfernt werden, und bei Bedarf kann die weitere Bearbeitung auf
der Grundlage entsprechender Fertigungsverfahren zur Vervollständigung
der Transistorbauelemente 221 fortgesetzt werden. Es sollte beachtet
werden, dass nach dem epitaktischen Wachstumsprozess 208 und
dem Entfernen der Maskenschicht 206 die Eigenschaften des
Materials 236 und damit des Materials 226 effizient
auf der Grundlage des zweiten Bauteilgebiets 230 bewertet
werden können,
indem eine entsprechende Röntgenbeugungsmessung
durchgeführt
wird, wie dies zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben
ist.
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2d zeigt
schematisch eine Draufsicht des zweiten Bauteilgebiets 230,
das die ersten Teststrukturelemente 236 und die zweiten
Teststrukturelemente 237 enthält, die gemeinsam eine Teststruktur 238 definieren,
in der die zweiten Teststrukturelemente 237 ein verbessertes
Antwortverhalten für
einfallende Röntgenstrahlen
bereitstellen, da ein wesentli cher Anteil der Tiefe, in der gezeigten
Ausführungsform
im Wesentlichen die gesamte Dicke der anfänglichen Halbleiterschicht 204,
zum Erzeugen eines gestreuten Röntgenstrahls
verfügbar
ist. Folglich kann beim Ausführen
einer entsprechenden Winkelabtastung mit einem monoenergetischen
Röntgenstrahl
zum Gewinnen eines entsprechenden Intensitätsprofils des gestreuten Strahls
eine erhöhte Intensität für das Material
der Schicht 204 erhalten werden, die daher detektiert und
als Referenz in Bezug auf einen entsprechenden Intensitätsspitzenwert verwendet
werden kann, der durch die ersten Teststrukturelemente 236 erzeugt
wird. Somit können
die Kristalleigenschaften, etwa die Zusammensetzung der Halbleiterlegierung
in den ersten Teststrukturelementen 236, ein Maß an darin
enthaltener Verformung, und dergleichen, mit erhöhter Genauigkeit bewertet werden,
da die Winkeldifferenz zwischen den entsprechenden Intensitätsspitzenwerten
auf der Grundlage eines entsprechenden Antwortsignals bestimmt werden
kann, das ein verbessertes Signal/Rauschenverhältnis in Bezug auf das Signal
besitzt, das von dem zweiten Teststrukturelementen 237 erzeugt
wird. Somit können
die Kristalleigenschaften der Halbleiterlegierung in den ersten
Teststrukturelementen 236, die von den Eigenschaften des
Materials der Schicht 204 abhängen, bestimmt werden, ohne
dass dies von möglichen
Unterschieden in der Kristallorientierung zwischen der Schicht 204 und
den darunter liegenden kristallinen Basismaterials 201 beeinflusst
wird. Es sollte ferner beachtet werden, dass selbst wenn das Basismaterial 201 und die
Schicht 204 im Wesentlichen die gleiche Kristallkonfiguration
aufweisen, auf Grund einer speziellen Fertigungstechnik zur Herstellung
der SOI-Konfiguration,
etwa einer SIMOX-Technik, in der die vergrabene isolierende Schicht
durch Sauerstoffimplantation hergestellt wird, eine erhöhte Genauigkeit
erreicht werden kann, indem ein größerer Bereich an Silizium bereitgestellt
wird, der die vorhergehenden Prozesssequenzen durchlaufen hat, so
dass der von den Strukturelementen 237 und dem darunter
liegenden Basismaterial 201 hervorgerufene Intensitätsspitzenwert
auch Information „enthalten” kann hinsichtlich der
Kristalleigenschaften der Schicht 204, die sich während der
vorhergehenden Fertigungsprozesse ergeben haben können.
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Es
sollte beachtet werden, dass die Konfiguration der Teststruktur 230,
wie sie in 2d gezeigt ist, lediglich anschaulich
ist und andere Konfigurationen ausgewählt werden können, solange
mehrere Teststrukturelemente 237 vorgesehen sind, die sich im
Wesentlichen entlang der gesamten Dicke der Schicht 204 erstrecken.
Beispielsweise kann die Teststruktur 238, wie sie in 2d gezeigt
ist, für eine
erhöhte
Insensibilität
für Justierungenauigkeiten während einer
entsprechenden Testmessung auf der Grundlage eines geeigneten Röntgenstrahls
sorgen, da eine Verschiebung entlang der Längenrichtung, wie sie durch
den Pfeil angegeben ist, dennoch eine Antwort von mindestens einigen
der zweiten Strukturelemente 237 ermöglicht, während eine Verschiebung entlang
der Breitenrichtung zumindest über
einen gewissen Bereich das sich ergebende Ausgangssignal nicht wesentlich
beeinflusst. In anderen Fällen
kann eine geringere Empfindlichkeit in beiden Richtung erreicht
werden, indem mehrere erste und zweite Teststrukturelemente 236, 237 vorgesehen werden,
die in beiden Richtung L und W „verzahnt” sind, indem beispielsweise
ein Schachbrettmuster oder ein anderes geeignetes Muster vorgesehen wird.
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Wie
zuvor erläutert
ist, wird in einigen anschaulichen Ausführungsform die Teststruktur 238 auf
einem speziellen Substrat vorgesehen, möglicherweise zusammen mit anderen
Teststrukturen zum Gewinnen entsprechender Kalibrationsdaten und
dergleichen, um damit in geeigneter Weise Prozessparameter des Prozesses 208 zur
Herstellung der Halbleiterlegierung in den Strukturelementen 236 einzustellen.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen,
die mit Bezug zu den 2a bis 2c gezeigt
sind, wir die Teststruktur 238 auf speziellen Positionen
auf einem oder mehreren tatsächlichen
Produkten vorgesehen, so dass eine effiziente Überwachung des entsprechenden
Prozesses 208 mit einem hohen Maß an Authentizität erreicht
werden kann, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen entsprechende
Messdaten auch zum Steuern des Prozesses 208 verwendet
werden können.
Beispielsweise können
die entsprechenden Röntgenmessdaten
innerhalb weniger Minuten verfügbar
sein und können
damit als linieninterne Messdaten betrachtet werden, die dann an
ein entsprechendes Steuerungssystem zum Einstellen von Prozessparametern des
epitaktischen Wachstumsprozesses übertragen werden können. Beispielsweise
können
effiziente APC-(fortschrittliche Prozesssteuerung)Systeme eingesetzt
werden, um entsprechende Sollwerte von Prozessparametern entsprechend
den Röntgenmessdaten
neu einzustellen, die von der Teststruktur 238 gewonnen
werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann der Anteil
der Halbleitersorten, die die Legierung in den Teststrukturelementen 236 bilden,
auf der Grundlage entsprechender Röntgenmessdaten bestimmt werden.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird zusätzlich oder
alternativ das Maß an
Verformung des Materials in den Teststrukturelementen 236 bestimmt,
wodurch auch die Bewertung der Auswirkung der Halbleiterlegierung 226 auf
die entsprechenden Transistorelementen 221p möglich ist. 2e zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform.
Hier ist ein weiteres Bauteilgebiet 240 vorgesehen, um
eine zweite Teststruktur 248 zu bilden, die erste Teststrukturele mente 246 und
zweite Teststrukturelemente 247 enthält, wobei die Teststrukturelemente 246 aus
einer weiteren Halbleiterlegierung, etwa Silizium/Kohlenstoff, und
dergleichen, aufgebaut sein können,
währen
die zweiten Teststrukturelemente 247 entsprechende Halbleiterbereiche
der anfänglichen
Schicht 204 repräsentieren
können,
die sich im Wesentlichen über die
gesamte Dicke erstrecken. Wie zuvor erläutert ist, werden in anspruchsvollen
Anwendungen unter Umständen
zwei unterschiedliche Arten an verformungsinduzierenden Halbleiterlegierungen
häufig
eingesetzt, um damit das Leistungsverhalten unterschiedlicher Transistorarten
in entsprechender Weise zu verbessern. Somit können sich die entsprechenden Fertigungsprozesse,
obwohl sie miteinander durch thermische Behandlung und dergleichen
verknüpft sind,
deutlich unterschiedlich sein in Bezug auf die Art des Prozesses,
der Prozessparameter und dergleichen. Somit kann eine entsprechende
Kalibrierung und Überwachung
für die
zweite Art an Halbleiterlegierung erforderlich sein. Basierend auf
den entsprechenden Prozesssequenzen werden somit die ersten und
zweiten Teststrukturen 238, 248 hergestellt, wobei
die Teststrukturen 238, 248 in einer anschaulichen
Ausführungsform
so angeordnet sind, dass eine gleichzeitige Messung möglich ist,
d. h. die erforderliche Information kann während der gleichen Röntgenabtastung
ermittelt werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen können diese,
wenn beispielsweise die Teststrukturen 238, 248 während sehr
unterschiedlicher Fertigungsphasen fertiggestellt werden, so angeordnet
sein, dass diese einzeln bei einer entsprechenden Röntgenmessung
ansprechbar sind. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die zweite
Teststruktur 248 zumindest im Wesentlichen auf der Grundlage
der gleichen Prinzipien hergestellt, wie sie zuvor mit Bezug zu
der Teststruktur 238 beschrieben sind, d. h. es wird ein entsprechender
epitaktischer Wachstumsprozess ausgeführt, um die Halbleiterlegierung
in den Gebieten 246 vorzusehen. In einer anschaulichen
Ausführungsform
wird, wie in 2e gezeigt ist, die zweite Teststruktur 248 auf
der Grundlage einer Fertigungssequenz 210 hergestellt,
die geeignete Implantationsprozesse aufweisen kann, die von speziell
gestalteten Ausheizprozessen begleitet sind, etwa lasergestützten oder
blitzlichtgestützten
Ausheizverfahren zum Aktivieren der Halbleitersorten, die von einem vorhergehenden
Implantationsprozess eingeführt werden.
Zu diesem Zweck wird eine entsprechende Implantationsmaske 211 vorgesehen,
die erste Teststruktur 238 und möglicherweise andere Bauteilbereiche
abdeckt, in denen das Einführen
der Halbleitersorten, etwa Kohlenstoff, nicht gewünscht ist.
Danach kann ein geeigneter Implantationsprozess ausgeführt werden,
der eine Amorphisierungsimplantation enthalten kann, woran sich
das Abscheiden einer entsprechenden Konzentration an beispielsweise Kohlenstoff
anschließt,
wobei danach ein äußerst effizienter
Ausheizprozess erfolgt. In Bezug auf die Konfiguration der zweiten
Teststruktur 248 gelten die gleichen Kriterien, wie sie
zuvor mit Bezug zu der Struktur 238 erläutert sind. D. h., die ersten
und zweiten Teststrukturelemente 246, 247 können in
beliebiger Weise angeordnet sein, solange die mehreren ersten und
zweiten Teststrukturelemente so vorgesehen sind, dass keine wesentliche
Empfindlichkeit für Justierungenauigkeiten
geschaffen wird und dass eine erforderliche Dicke der zweiten Teststrukturelemente 247 erreicht
wird, die sich im Wesentlichen über
die gesamte Dicke der anfänglichen
Halbleiterschicht 204 erstrecken. Danach wird die Teststruktur 248 einer
entsprechenden Röntgenmessung
unterzogen, wobei eine entsprechende Messung der ersten Teststruktur 238 gleichzeitig
oder zu anderen Zeitpunkten des Fertigungsprozesses ausgeführt werden
kann. Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die erste und die zweite Teststruktur 238, 248 in
einer „verzahnten” Weise
vorgesehen sein können,
wobei die ersten Teststrukturelemente 236, 246 der
ersten und zweiten Teststruktur in einer räumlich benachbarten Weise zusammen
mit benachbarten entsprechenden ersten Teststrukturelementen 247, 237 angeordnet sein
können,
wodurch ein gleichzeitiger Zugriff durch einen Röntgenstrahl möglich ist
und damit auch eine Messung der Kristalleigenschaften der ersten
und zweiten Halbleiterlegierung der Strukturelemente 236 und 246 möglich ist.
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Wie
zuvor angegeben ist, kann es in einigen Fällen vorteilhaft sein, ein
hohes Maß an
Authentizität
in Bezug auf die Fertigungssequenz und die entsprechenden Prozessergebnisse,
die für
eigentliche Schaltungselemente gewonnen werden, vorzusehen. In diesem
Falle können
viele der wesentlichen Fertigungsprozesse auch bei der Herstellung
der Teststruktur 238 eingesetzt werden, wobei dennoch ein
hohes Maß an
Abdeckung mit Halbleiterlegierung und anfänglichem Halbleitermaterial
mit einer gewünschten
großen
Dicke erreicht werden kann. Mit Bezug zu den 3a bis 3c werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, wobei mehrere Platzhalterstrukturelemente
in den Teststrukturen ausgebildet werden, ohne dabei in unnötiger Weise zusätzliches
Rauschen während
einer Röntgenmessung
hinzuzufügen.
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3a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 300 mit
einem ersten Bauteilgebiet 320 und einem zweiten Bauteilgebiet 330.
Die Bauteilgebiete 320, 330 repräsentieren
SOI-Gebiete in dem oben definierten Sinne, wie dies auch mit Bezug
zu dem Bauelement 200 erläutert ist. Somit kann das Bauelement 300 ein
kristallines Basismaterial 301, eine vergrabene isolierende Schicht 303 und
eine aktive Halbleiter schicht 304 aufweisen. In Bezug auf
die Eigenschaften der SOI-Konfiguration, die durch die Komponente 301, 303 und 304 definiert
ist, gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind.
Des weiteren kann in dem ersten Bauteilgebiet 320 und in
dem zweiten Bauteilgebiet 330 eine Gateisolationsschicht 326 gebildet
sein, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen zusätzlich entsprechende
Isolationsgräben 323 gemäß den Bauteilerfordernissen
vorgesehen sind. Entsprechende Isolationsgräben sind unter Umständen in
dem zweiten Bauteilgebiet 330 nicht vorgesehen, wenn die
Menge an Halbleitermaterial, die von diesen Gräben verbraucht wird, als ungeeignet
im Hinblick auf das Signal/Rauschenverhältnis einer Röntgenbeugungsmessung
erachtet wird. Ferner kann eine entsprechende Maske 351 ausgebildet sein,
um damit das erste Bauteilgebiet 320 abzudecken, während das
zweite Bauteilgebiet 330 freiliegt.
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Das
Bauelement 300, wie es in 3a gezeigt
ist, kann auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt werden,
die gut etablierten Prozesssequenzen zur Herstellung von Schaltungselementen
in dem Bauteilgebiet 320 entsprechen. Des weiteren wird
das Bauelement 300 einer Ätzumgebung 352 ausgesetzt,
um die Gateisolationsschicht 326 von dem zweiten Bauteilgebiet 330 zu
entfernen, um den kristallinen Halbleiterbereich 304 freizulegen. Geeignete
selektive Ätzrezepte
sind im Stand der Technik gut bekannt. Anschließend wird ein Halbleitermaterial,
etwa Silizium, auf der Grundlage gut etablierter Rezepte abgeschieden,
wobei das Siliziummaterial als ein polykristallines Material in
dem ersten Bauteilgebiet 320 abgeschieden wird, auf Grund
des Vorhandenseins der Gateisolationsschicht 326, während das
Siliziummaterial in dem zweiten Bauteilgebiet 330 als ein
im Wesentlichen kristallines Material vorgesehen wird, das die Kristalleigenschaften
der darunter liegenden Halbleiterschicht 304 annimmt. Bei
Bedarf können
geeignete Ausheizprozesse nach dem Abscheiden des Siliziummaterials
ausgeführt werden,
um ein hohes Maß an
Kristallqualität
des abgeschiedenen Material zu gewährleisten.
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3b zeigt
das Halbleiterbauelement 300 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Hier sind entsprechende Gateelektrodenstrukturen 324 in
dem ersten Bauteilgebiet 320 ausgebildet, während entsprechende „Platzhalter”-Gateelektroden 324d in
dem zweiten Gebiet 330 auf der Grundlage des im Wesentlichen
kristallinen Halbleitermaterials hergestellt sind, das zuvor aufgebracht
wurde. Dazu können
gut etablierte Prozesse mit Lithographie und modernen Ätzverfahren
entsprechenden Bauteilerfordernissen für die Gateelektrodenstruktur 324 eingesetzt
werden, wobei geringfügige
Unterschiede in Bezug auf das Ätzverhalten
und die Steuerung des entsprechenden Ätzprozesses in dem zweiten
Bauteilgebiet 330 nicht sehr relevant sind, da eine geringfügig modifizierte
Größe und Form
der entsprechenden Gateelektroden 242d die Wirksamkeit
der Teststruktur, die in dem zweiten Bauteilgebiet 330 zu
bilden ist, nicht beeinflusst. Danach wird die weitere Bearbeitung
fortgesetzt, wie dies beispielsweise mit Bezug zu 2c beschrieben
ist, um die entsprechende Halbleiterlegierung zu bilden, etwa Silizium/Germanium,
Silizium/Kohlenstoff, und dergleichen, mittels eines geeignet gestalteten
selektiven epitaktischen Wachstumsprozesses, vor dem ein entsprechender Ätzprozess
zur Herstellung einer Vertiefung erfolgt.
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3c zeigt
schematisch das Halbleiterbauelement 300 nach dem Ende
der zuvor beschriebenen Prozesssequenz. Somit sind entsprechende Transistorelemente 321 in
dem ersten Bauteilgebiet 220 ausgebildet, die in dieser
Fertigungsphase entsprechende Bereiche einer Halbleiterlegierung 326 enthalten,
wobei in dem zweiten Bauteilgebiet 330 eine Teststruktur 338 gebildet
ist, die Strukturelemente 336 mit ähnlichen Abmessungen wie die
eigentlichen Schaltungselemente 321 enthalten, wobei dennoch
eine große
Menge an „Referenzmaterial” in Form
der Teststrukturelemente 337 vorgesehen ist, die die Platzhaltergatestrukturen 324d enthalten
können
und die im Wesentlichen die gleiche kristalline Struktur wie das
Material der Schicht 304 aufweisen. In ähnlicher Weise können die
entsprechenden ersten Teststrukturelemente 336 gemäß Abmessungen hergestellt
sein, die vergleichbar sind mit jenen der Gebiete 326,
wodurch ein hohes Maß an
Authentizität
im Hinblick auf durch Prozesse hervorgerufene Kristalleigenschaften
der Halbleiterlegierung in dem Gebiet 336 geschaffen wird,
während
dennoch eine große
oder sogar eine erhöhte
Dicke der zweiten Teststrukturelemente 337 bereitgestellt
wird. Folglich kann die Teststruktur 338 in äußerst effizienter
Weise zum Bestimmen der entsprechenden Kristalleigenschaften auf
der Grundlage der „Referenz”-Teststrukturelemente 337 verwendet
werden, die eine noch größere Dicke
bereitstellen, während
eine vergleichbare Abdeckung mit Halbleiterlegierung erreicht wird, wie
dies zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 200 beschrieben
ist. Folglich können
strukturinduzierte Prozessvariationen auf der Grundlage der Teststruktur 338 effizient
erkannt werden. Es sollte beachtet werden, dass die Teststruktur 338 so
kombiniert werden kann, dass diese mindestens eine weitere Halbleiterlegierung
enthält,
wie dies auch zuvor mit Bezug zu 2d für das Bauelement 200 beschrieben
ist.
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Wie
zuvor angegeben ist, kann die unerwünschte hohe Signalintensität des Basismaterials
in einer SOI-Konfiguration unter Umständen eine zuverlässige Erkennung
des entspre chenden Intensitätsspitzenwertes
der SOI-Schicht verhindern. Daher werden gemäß einer anschaulichen Ausführungsform
die Kristalleigenschaften des Basismaterials in Bezug auf die SOI-Schicht
absichtlich so eingestellt, dass ein ausreichend großer Verkippungsfehler
erreicht wird, um damit einen großen Intensitätsspitzenwert
innerhalb eines gewünschten
Winkelbereichs zu verhindern.
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4a zeigt
schematisch ein erstes Substrat 401a und ein zweites Substrat 401b,
die einen moderat großen
Neigungswinkel α in
Bezug auf beispielsweise die Oberflächenorientierung der Basiskristallmaterialien
aufweisen können,
wie dies durch die entsprechenden Pfeile A, B angegeben ist. Eine entsprechende
Verkippung kann erreicht werden, indem eine schräge Oberfläche an einem oder beiden der
Substrate 401a, 401b geschaffen wird, so dass nach
dem Verbinden der Substrate 401a, 401b eine entsprechende
Neigung der Kristallorientierung erreicht wird. In der dargestellten
Ausführungsform können die
Substrate 401a, 401b bei Bedarf darauf ausgebildet
ein entsprechendes isolierendes Material, etwa Siliziumdioxid, und
dergleichen aufweisen, um gemeinsam eine vergrabene isolierende
Schicht nach dem Verbinden der Substrate 401a, 401b zu
bilden.
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4b zeigt
schematisch das Bauelement 400 nach dem Verbinden der Substrate 401a, 401b und
nach dem Spalten eines der Substrate, etwa des Substrats 401b,
wodurch eine Halbleiterschicht 404 bereitgestellt wird,
die auf einer vergrabenen isolierenden Schicht 403 gebildet
ist, die wiederum über dem
Basiskristallmaterial 401 gebildet ist.
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4c zeigt
schematisch entsprechende Messdaten, wie sie aus dem Bauelement 404 gewonnen
werden, wobei entsprechende Intensitätsspitzenwerte S401 und S404
im Winkelbereich um mindestens 2 Grad oder mehr beabstandet sind,
so dass für
einen vordefinierten Winkelabtastbereich S, wie er in der Zeichnung
angegeben ist, ein entsprechender hoher Intensitätsspitzenwert des kristallinen
Basismaterials 410 deutlich außerhalb des Bereichs S liegt.
Wenn daher entsprechende Teststrukturen für strukturierte SOI-Konfigurationen auf
der Grundlage des Bauelements 400 hergestellt werden, wird
eine deutlich reduzierte Störung
des Basismaterials 401 in Bezug auf die Schicht 404 erreicht,
wodurch das Signal/Rauschen-Verhältnis
verbessert wird, wenn die Eigenschaften einer Halbleiterlegierung
bewertet werden, die in der Schicht 404 ausgebildet ist,
wie dies zuvor erläutert
ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann eine beliebige
Gestaltung für eine
entsprechende Teststruktur in der Schicht 404 verwendet
werden, wobei dennoch die Möglichkeit geschaffen
wird, statistisch relevante Ergebnisse zu erhalten, wohingegen in
anderen anschaulichen Ausführungsformen
die mit Bezug zu den 4a und 4b beschriebenen
Prinzipien mit einem beliebigen der obigen Konzepte zur Herstellung
entsprechender Teststrukturen, etwa der Strukturen 238, 248, 338,
kombiniert werden kann, wodurch die Effizienz der entsprechenden
Röntgenmessungen
noch weiter verbessert wird.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt effiziente Verfahren
zum Bestimmen von Kristalleigenschaften von Halbleiterlegierungen
in strukturierten SOI-Architekturen bereit, etwa von Silizium/Germanium,
Silizium/Kohlenstoff, und dergleichen, auf der Grundlage effizienter
Teststrukturen, wobei in einigen Aspekten eine Dicke der SOI-Halbleiterschicht in
wesentlichen Teilen der Teststruktur beibehalten wird, um damit
ein verbessertes Antwortverhalten im Hinblick auf eintreffende Röntgenstrahlen
zu erreichen. Folglich kann ein entsprechender Intensitätsspitzenwert
erkannt und daher effizient zur Bewertung der Kristalleigenschaften
der Halbleiterlegierung verwendet werden. Dabei kann ein hohes Maß an Flexibilität beim Erzeugen
einer entsprechenden Teststrukturgestaltung erreicht werden, um
damit ein hohes Maß an
Authentizität
mit tatsächlichen
Fertigungsprozessen zu ermöglichen.
Folglich kann die Kalibrierung und Überwachung entsprechender Prozesse
zum Erzeugen von Halbleiterlegierungen in strukturierten SOI-Strukturen,
etwa selektive epitaktische Wachstumsprozesse, standardmäßige epitaktische
Wachstumsverfahren, implantationsbasierte Prozesse, und dergleichen,
in effizienter Weise erreicht werden, wobei auf Grund des zerstörungsfreien
und schnellen Messprozesses entsprechende linieninterne Prozessdaten
erzeugt werden können,
um damit die Steuerung der entsprechenden Fertigungsprozesse noch
effizienter zu gestalten. Ferner können mehrere Halbleiterlegierungen
auf der Grundlage separater Teststrukturen oder kombinierter Teststrukturen
bewertet werden, wobei die anfängliche Schichtdicke
der SOI-Schicht in den entsprechenden Halbleiter-„Referenz”-Teststrukturelementen
beibehalten wird. In anderen Aspekten wird das Signal/Rauschen-Verhältnis entsprechender
Röntgenmessungen
zusätzlich
oder alternativ verbessert, indem absichtlich die Gitterfehlanpassung
zwischen dem kristallinen Basismaterial und der SOI-Schicht modifiziert
wird, um damit einen entsprechenden Spitzenwert mit hoher Intensität aus einem
interessierenden Winkelbereich zu entfernen.