JP2006523837A - 誘電体層厚を決定する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明による誘電体層厚を決定する方法は、誘電体層(13)を有する電気伝導体(11)を設けるステップであって、誘電体層(13)は少なくとも1つの他の誘電体層(3)によって電気伝導体(11)から分離されており、該誘電体層の表面(15)が露出されているステップを有する。露出表面(15)上に電荷が蓄積され、これにより露出表面(15)と電気伝導体(11)との間に電位差が誘起される。前記電位差に関する電気的パラメータが決定され、誘電体層(13)の厚さ及び/又は他の誘電体層(3)の厚さに関する付加的な測定データを得るように測定が実施される。このようにして、誘電体層(13)の厚さ及び/又は他の誘電体層(3)の厚さが決定される。電気デバイス(100)を製造する方法は、誘電体層厚を決定する当該方法を含んでいる。誘電体層厚を決定する装置(10)は、この方法を実行する。
Description
本発明は、誘電体層厚を決定する方法であって、その表面が露出されている誘電体層を有する電気伝導体を設けるステップと、露出されている前記表面上に電荷を蓄積させ、これにより該露出されている表面と前記電気伝導体との間に電位差を誘起するステップと、前記電位差に関する電気的パラメータを決定するステップと、前記電気的パラメータから前記誘電体層の厚さを得るステップとを有する方法に関する。
本発明は、更に、前記のような方法が実施される電気デバイスを製造する方法に関する。
本発明は、更に、前記のような方法によって誘電体層厚を決定する装置に関する。
国際特許出願公開第02/059631号公報は、冒頭段落に記載したような誘電体層厚を決定する方法を記載している。
既知の方法において、電荷dQCは、前記誘電体層の露出表面上に蓄積(deposit)される。蓄積された電荷dQCによって、前記露出表面と電気伝導体との間に電位差dVが誘起される。この電位差に関する電気的パラメータがケルビン(Kelvin)プローブ又はモンロー(Monroe)プローブによって決定され、次いで、前記誘電体層の厚さが前記電気的パラメータから決定される。前記電気的パラメータとは、前記電位差dV自体であり得るが、又は代替的には、例えば、前記誘電体層を介するリーク電流である。前記リーク電流は、時間に依存し得る。
既知の方法の不利な点は、誘電体層厚は、誘電体層が少なくとも1つの他の誘電体層によって前記電気伝導体から分離されている場合、決定されることができないことである。
本発明の目的は、前記誘電体層が少なくとも1つの他の誘電体層によって電気伝導体と分離されている場合、誘電体層厚を決定するのに適している方法を提供することにある。
本発明は、添付されている独立請求項によって規定される。従属請求項は、有利な実施例を規定する。
本発明は、既知の方法において、該誘電体層が少なくとも1つの他の誘電体層によって前記電気伝導体と分離されている場合、前記電気的パラメータが前記誘電体層の厚さd1と前記少なくとも1つの他の誘電体層の厚さd2との関数であるため、前記誘電体層の厚さd1が決定されることができないという見識に基づいている。本明細書の残部において、前記少なくとも1つの他の誘電体層は、しばしば、単に他の誘電体層と称される。前記少なくとも1つの他の誘電体層が2つ以上の層を含む場合、厚さd2はこれらの層の各々の厚さを含んでいる。測定を実施することにより、厚さd2の他の関数である測定データが得られる。誘電体層厚(厚さd1と厚さd2とから選択される)が前記電位差及び前記測定データから導出可能である場合、前記測定データは、厚さd1にも付加的に依存し得る。このことは、前記電気的パラメータ及び前記測定データは厚さd1及び厚さd2に対する異なる関数依存性を有し、この結果、未知のもの(即ち厚さd1及び/又は厚さd2)の少なくとも一方が前記電気的パラメータ及び前記測定データから決定されることができることを意味する。
前記測定とは、厚さd1、厚さd2、又は厚さd1と厚さd2との和の機械的、光学的又は電気的測定を含んでも良い。
本発明の方法において、前記電気伝導体とは、例えば、金属、合金、半導体又はこれらの材料の層を含んでも良い。前記誘電体層及び前記他の誘電体層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、バリウムストロンチウムチタン又は酸化ハフニウムのような何らかの種類の電気的絶縁材料を含んでも良い。
本発明による方法は、更に、厚さd1を決定する代わりに又は厚さd1を決定するのに加えて、厚さd2を決定するのに適している。
本発明による方法は、例えば10nm以下のような比較的薄い厚さを有する誘電体層に特に便利である。特に、このような厚さが薄い層に関して、代替的な技術は、大抵、信頼性がない及び/又は正確ではない。
実施例において、前記誘電体層は誘電率ε1を有し、前記他の誘電体層は他の誘電率ε2を有し、誘電体層厚(例えばd1)は、厚さd2、誘電率ε1、他の誘電率ε2、電荷dQC及び電位差dVから決定される。前記誘電体層と前記他の誘電体層とを介する電流のリークを無視する場合、dQCの関数としてのdV(Q−V関係とも称する)が、等価な静電容量密度C/A(即ち面積Aあたりの静電容量C)を得るのに使用される。等価な静電容量密度C/Aから、ε0を自由空間の誘電率とする式ε0A/C=(d1/ε1+d2/ε2)を使用して、厚さd1が導出されることができる。前記他の誘電体層が、nを2以上の整数とするn層のスタックを有する場合、前記層の各々は、iをn以下の正の整数とする誘電率εi+1を有する厚さdi+1を有し、上述の式における項d2/ε2は、全ての項di/εiの和と置換される。前記誘電体層と前記他の誘電体層とを介する電流のリークが無視されることができない場合、前記電位差は時間に依存する。この場合、厚さd1は、例えば、これを既知の方法と類似的に分析することにより、時間の関数として測定された前記電位差から決定されることができる。
代替的には、特に厚さd2が容易に利用可能でない場合、前記測定を実施する他の方法が有利であり得えて、該他の方法は、例えば、前記誘電体層及び/又は前記他の誘電体層のスペクトル反射率に基づくものでも良い。前記スペクトル反射率を測定することにより厚さd1及び厚さd2を決定するこの方法は、例えば、米国特許第4,999,509号公報から知られている。これは、前記スペクトル反射率、即ち波長の関数としての反射光強度と入射光強度との比の測定を含んでいる。このように得られた測定データは、次いで最適化手順を使用して分析され、この結果は、該最適化手順において使用された初期パラメータに少なくとも部分的に依存する。従ってこの技術だけでは、特に前記誘電体層及び前記他の誘電体層が比較的薄い場合(例えば、2ないし10nmのように50nmよりも薄い厚さを有するような場合)、又は前記他の誘電体層と前記電気伝導体とが付加的な誘電体層によって分離されている場合、しばしば十分に信頼できない及び/又は正確でない。この方法が前記既知の方法と組み合わされて使用される場合、前記電気的パラメータが前記最適化手順の間に制約を課し、これにより前記最適化手順において使用される初期パラメータへの上述の依存性を大いに軽減する。
これは、電荷dQCを蓄積させ前記電気的パラメータを決定した後、前記測定を実施する前に、前記他の誘電体層の他の表面を露出させるように前記誘電体層が少なくとも部分的に取り除かれる場合、しばしば有利である。前記他の誘電体層が2つ以上の層を有する場合、これらの層の上側、即ち前記誘電体層と直接接触している層が露出される。このようにして、前記他の誘電体層の露出部分、即ち前記誘電体層が無い位置において当該測定を実施することが可能である。結果として、前記測定データは比較的小さい程度で厚さd1に関連し、計算的に比較的容易に厚さd1を決定することを可能にする。前記誘電体層を部分的に取り除く場合、前記測定データが厚さd1にできる限りほとんど関連しない(即ち、全く関連しない)ことが好ましい。
この場合において、前記測定データは前記他の誘電体層の前記露出部分の厚さd2に直接的に関連するので、前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除くステップの間、該厚さd2はほぼ一定のままである場合が、更に有利である。前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除く前記ステップの間に前記他の誘電体層の一部も取り除かれる場合、露出されている前記他の誘電体層の残部は、前記電気的パラメータを決定する際に前記他の誘電体層よりも薄い。厚さd1の信頼できる決定のために、厚さd2のこの減少は考慮に入れられなくてはならず、このことは本発明による方法の実行を複雑化する。
多くの場合、これは、前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除くステップがエッチングステップを有する場合、有利である。多くの材料の組み合わせに関してエッチング法が知られており、厚さd2をほぼ不変に保持すると同時に前記誘電体層の少なくとも一部を選択的に取り除くことを可能にするからである。
前記他の誘電体層を少なくとも部分的に露出させるように前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除く際、これは、前記測定を実施するステップが、他の露出表面上に更なる電荷を蓄積させ、これによって前記他の露出表面と前記電気伝導体との間の更なる電位差を誘起するサブステップと、前記更なる電位差に関する更なる電気的パラメータを決定するサブステップであって、前記測定データは前記更なる電気的パラメータを含んでいるサブステップとを有する場合、更に有利である。本発明による方法のこの実施例において、露出されている前記他の誘電体層の厚さd2は既知の方法に類似した態様で決定され、該方法は、特に該厚さd2が比較的薄い(例えば50nm未満)場合、厚さd2が比較的正確に決定されるという利点を有する。前記のような比較的薄い厚さに関して、代替的な方法は、大抵、必要とされる精度を有さない。
本発明による方法の他の実施例において、前記電気伝導体と前記他の誘電体層とが付加的な誘電体層(即ち誘電体層)によって分離されており、前記他の誘電体層と前記付加的な誘電体層とは、初めにスタックを形成しており、前記測定データは、前記付加的な誘電体層の厚さd3に関連する。前記誘電体層と前記他の誘電体層と前記付加的な誘電体層とを介するリーク電流が無視されることができる場合、厚さd1は、ε3は前記付加的な誘電体層の誘電率、A/Cは等価な静電容量密度C/Aの逆数である、式ε0A/C=(d1/ε1+d2/ε2+d3/ε3)から直ちに得られる。
厚さd2及び厚さd3(存在する場合)も、本発明による方法を実行する際に決定されるのが、大抵、好ましい。
代替的には、特に、厚さd2及び/又は厚さd3が容易に利用可能でない場合、例えば、前記誘電体層及び/又は前記他の誘電体層のスペクトル反射率に基づくことができる測定を実施する他の方法が有利であるかもしれない。
多くの場合、これは、前記測定を実施するステップが、前記露出表面及び/又は前記他の誘電体層の他の露出表面のスペクトル反射率を決定するステップを含む場合、有利である。この方法は、従来技術においてよく知られており、これを国際特許出願公開第02/059631号公報から知られる方法と組み合わせることにより、この方法によるデータの解析における不明瞭さが、上述で説明したように軽減される。国際特許出願公開第02/059631号公報から知られる前記方法と前記スペクトル反射率を決定する方法との組み合わせは、前記電気伝導体及び前記他の誘電体層が付加的な誘電体層によって分離されている場合、特に有利である。後者の方法のみを、3つ以上の誘電体層を有するスタックに使用することは、大抵、不可能であるのに対し、このことは、本発明による方法を使用して実行可能である。
1つの実施例において、少なくとも3つの層の前記スタック全体のスペクトル反射率のデータは、決定された前記電気的パラメータを分析における制約として使用して、分析される。他の実施例において、前記誘電体層は、前記電気的パラメータを決定した後、少なくとも部分的に取り除かれ、前記他の誘電体層は、前記少なくとも部分的に露出された該他の誘電体層のスペクトル反射率の測定を実施する前に、少なくとも部分的に露出される。この後者の実施例は、前記スペクトル反射率のデータの分析は、3つの誘電体層の代わりに2つの誘電体層のみ(即ち、前記他の誘電体層及び前記付加的な誘電体層のみ)を含むので、比較的容易であるという利点を有する。
前記誘電体層厚を決定する方法は、誘電体層を有する電気伝導体を有する電気デバイスであって、前記誘電体層は少なくとも1つの他の誘電体層によって前記電気伝導体から分離されている電気デバイスを製造する方法を実行する場合、有利である。電気デバイスを製造する前記方法は、
― 前記電気伝導体に前記少なくとも1つの他の誘電体層を設けるステップと、
― 前記少なくとも1つの他の誘電体層に前記誘電体層を設けるステップと、
― 前記電気伝導体に前記少なくとも1つの他の誘電体層を設けるステップ及び/又は前記少なくとも1つの他の誘電体層に前記誘電体層を設けるステップを監視する、本発明による誘電体層厚を決定する方法を実施するステップと、
を含む。
― 前記電気伝導体に前記少なくとも1つの他の誘電体層を設けるステップと、
― 前記少なくとも1つの他の誘電体層に前記誘電体層を設けるステップと、
― 前記電気伝導体に前記少なくとも1つの他の誘電体層を設けるステップ及び/又は前記少なくとも1つの他の誘電体層に前記誘電体層を設けるステップを監視する、本発明による誘電体層厚を決定する方法を実施するステップと、
を含む。
例えばトランジスタのような多く電気デバイスは誘電体層を含んでおり、これは、例えば、半導体基板とゲート電極との間に配されるゲート誘電体、又は不揮発性メモリ装置内でフローティングゲートと制御ゲートとの間に配される内部ゲート誘電体であり得る。大抵、これらの誘電体層は、2つ又は3つ、時にはそれ以上の、互いにスタック状になっている別個の層を有する。例として、酸化シリコン及び窒化シリコンの層(これらは、しばしば単にON層と呼ばれる)と、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸化シリコンの層(これらは、しばしば単にONO層と呼ばれる)とのスタックである。他の例は、スタック状の層であって、これら層の少なくとも1つが、例えば、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムのような、シリコン二酸化物の誘電率よりも高い誘電率を有する誘電性材料を有するスタック状の層である。これらの材料は、当技術分野においてhigh−k材料と呼ばれており、しばしば、半導体又は金属と直接接触するべきではない。従って、これらは、例えば、前記high−k材料と前記電気伝導体との間に挿入された酸化シリコン層を含むスタック状でしばしば利用される。
信頼できる電気デバイスを得るように、前記スタック状の誘電体層の各々は特定範囲内の厚さを有さなくてはならない。電気デバイスの製造の間、これらの層の各々の厚さは正確に監視されるべきである。この場合、厚さd2及びd3(存在する場合)も、本発明による方法を実行する際に決定されるのが、好ましい。
前記電気デバイスの製造の間の本発明による誘電体層厚を決定する方法の実施は、前記誘電体層と前記他の誘電体層と前記付加的な誘電体層(存在する場合)とが、測定の目的で前記誘電体層の1つを蓄積させた後、後続の誘電体層を形成する前に、前記伝導体を取り除く必要なしに1つのツールによって後続的に形成されることができるという利点を有する。
本発明によれば、前記誘電体層の厚さは、予め作製された電気デバイスを有する1つ以上の他の電気伝導体と同じチャンバ内で、同時に処理されるテストウェハのような、別個の電気伝導体上で決定されることができる。代替的には、前記誘電体層の厚さは、予め作製された電気デバイスを有するものと同じ電気伝導体上で決定されることもできる。後者の実施例は、電気伝導体が1つずつ処理される過程、いわゆる枚葉式処理において好ましい。
本発明の方法による誘電体層厚を決定する装置は、電荷を蓄積させる充電源(charge source)と、前記電位差に関する前記電気的パラメータを決定する測定装置と、前記電気的パラメータ及び測定データから前記誘電体層厚を決定する信号プロセッサ手段とを有する。好ましくは、前記信号プロセッサ手段は、適用可能であれば、厚さd1、厚さd2及び厚さd3を決定する。
本発明による誘電体層厚を決定する方法及び装置、並びに本発明による電気デバイスを製造する方法のこれら及び他の見地は、添付図面を参照して、更に説明され、記載される。
これらの図面は縮尺で描かれているのではない。概ね同一の構成要素は同一の符号によって示されている。
誘電体層厚を決定する方法は、図1に示されている電気伝導体11を設けるステップを有し、該電気伝導体11とは、例えば、シリコンウェハ、絶縁体ウェハ上のシリコン、又はガリウムヒ素ウェハであり得る。電気伝導体11は、アース電位に電気的に接続されている導電性真空チャック18によって保持されており、該導電性真空チャック18に電気的に接続されている。電気伝導体11は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、ハフニウムシリケート、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化プラセオジウム(Pr2O3)、チタン酸バリウムストロンチウム(barium strontium titanium)又は酸化ハフニウムのような、何らかの種類の電気的絶縁材料によって構成されることができる誘電体層13を有する。誘電体層13は、少なくとも1つの他の誘電体層3によって電気伝導体11から分離されており、該他の誘電体層3は、例えば、前記誘電体層13に関して上述した材料のような、何らかの種類の電気的絶縁材料から構成されることができる。誘電体層13は、露出されている表面15を有する。
本発明による方法のステップにおいて、電荷dQCは露出表面15上に蓄積され、これによって、露出表面15と電気伝導体11との間に電位差dVを誘起する。電位差dVは、誘電体層13の厚さd1及び他の誘電体層3の厚さd2の関数である。
図1に示されている誘電体層厚を決定する装置10は、国際特許出願公開第02/059631号公報の図1に示されているものと類似している。これは、電荷dQCを蓄積させる充電源16を有する。充電源16は、例えば、正又は負のいずれかの極性の高電位差を受けるコロナ充電ワイヤ14aと、アース電位又はバイアス電位に保持されている金属環のようなコロナ閉じ込め電極環14bとを含むコロナ放電源であっても良い。好ましくは、放電源16は、誘電体層13の表面15上に(好ましくは半径約6ないし約10mm以内で)一様に電荷dQCを蓄積させることができる。コロナ放電源は、電荷dQCを蓄積させるのに適している制御されたイオン放電フラックス(イオン)電流を生じることができる。フラックスは調整可能であることもでき、例えば約10−6から約5x10−6Acm−2までの範囲にある。
好ましくは、蓄積される電荷dQCの量は比較的少なく(例えば、上述のフラックスによって決定される)、例えば30秒間よりも短い間、蓄積される。このように、電流のリークにより誘電体層13及び前記他の誘電体層3内に生じる帯電しているトラップの量は減少され、当該方法の精度を向上させる。蓄積される電荷dQCの量は、前記高電位差、ウェハの上方のコロナ電極の高さ及び/又はコロナ充電ワイヤ14aとイオンフラックス閉じ込め電極14bとの間に印加されるバイアス電圧を調整することによって制御されることができる。充電源16は、正又は負のいずれかの電荷を表面15上に蓄積させることができる。好ましくは、充電源16は、負のコロナ放電は帯電一様性に関して制御するのがより難しいため、正のコロナ放電によって表面15を帯電させる。
後続のステップにおいて、電荷dQCの蓄積による電位差dVに関する電気的パラメータが決定される。この目的のために、装置10は、電位差dVに関する電気的パラメータを決定する測定装置22を更に有する。電位測定装置22は、例えば、ケルビンプローブ又はモンロー型プローブであっても良い。基準電極30に対する誘電体層13の接触電位を測定することによって電位差dVを決定することができる。これらの種類のセンサは、例えば、上述の参考文献、国際特許出願公開第02/059631号公報の9ページ、28−31行目に記載されている。典型的には、電極30は、およそ何分の1ミリメータほどの空隙だけ誘電膜13の最上面から離れている。充電源16及び測定装置22は、これらの中心間の固定された距離x0(例えば、2cm)で取り付けられ、互いに離間されている。電荷dQCを表面15上に蓄積させた後、ソレノイド20が、距離x0による充電源16及び測定装置22を移動するのに使用され、この結果、測定装置22が、予め電荷dQCを供給された表面15の上方にある。
電気伝導体11が半導体である場合、振動しているケルビン又はモンロー電極によって測定される接触電位Vの変化は、単に蓄積される電荷dQCによって生じる電位差dVによって決定されるのではなく、前記誘電体層の両端における電圧降下の変化dVと前記半導体の表面障壁の変化VSBとの和、即ちV=dV+VSBに等しい。好ましくは、装置10は、充電中(光源23)及び測定中(光源25)に試験サイト15を照明するための光源23、25(好ましくは、緑又は青色発光ダイオード)を更に有し、これによって電気伝導体11が半導体である場合の表面の空乏領域を崩壊させることによるVSBの値を減少する。
装置10は、前記電位差に関する信号を受け取るコンピュータである信号処理装置12を更に有する。信号処理装置12は、更に、充電源16の高電圧とソレノイド20とを制御する。
電位差dVに関する電気的パラメータの決定の後、他の誘電体層3の更なる表面を露出するように、誘電体層13がエッチングステップによって取り除かれる。1つの実施例において、誘電体層13は窒化シリコンによって構成されており、他の誘電体層3は二酸化シリコンによって構成されており、前記エッチングステップは、燐酸(H3PO4)がエッチング剤として使用されるウェットエッチングを含んでいる。前記のようなエッチング処理は二酸化シリコンに対して選択的なものである、即ち、窒化シリコンは、二酸化シリコンよりも効果的に取り除かれる。選択性は、エッチング剤を過熱することによって向上され、通常25:1よりも大きい。従って、前記他の誘電体層の露出部分の厚さは、少なくとも部分的に前記誘電体層を取り除く前記ステップの間、ほぼ一定に保持される。
従って、得られる電気伝導体11は他の誘電体層3のみを有する。本発明による方法の後続ステップにおいて、測定は、少なくとも1つの他の誘電体層3の厚さの更なる関数である測定データを得るように実施される。前記測定の実施は、他の誘電体層3の他の露出表面上に更なる電荷dQCFを蓄積させ、これにより装置10を類似の仕方で使用して前記他の露出表面と電気伝導体11との間に更なる電位差dVFを誘起するサブステップと、これに後続して更なる電位差dVFに関する更なる電気的パラメータを決定するサブステップとを含む。
更なる電荷dQCFは充電源16によって蓄積され、更なる電位差dVFは、上述の仕方と類似の仕方で測定装置22によって決定される。信号処理装置12は、更に前記測定データに関する更なる信号を受け取り、前記信号と前記更なる信号とから前記誘電体層厚を決定する。
この実施例において、前記電気的パラメータは電位差dVを有し、前記測定データは更なる電位差dVFを有し、誘電体層厚(誘電体層13の厚さd1と少なくとも1つの他の誘電体層3の厚さd2とから選択される)は、前記電気的パラメータと前記測定データとから得られる。誘電体層13は誘電率ε1を有し、他の誘電体層3は他の誘電率ε2を有し、誘電体層13の厚さd1は、他の誘電体層3の厚さd2、誘電率ε1、他の誘電率ε2、電荷dQC及び電位差dVから決定される。この目的のため、他の誘電体層3の厚さd2は、ε0は自由空間の誘電率を表しA/CFはdQCFの関数としてdVFから得られる等価な静電容量密度の逆数である、式ε0A/CF=d2/ε2によって、更なる電位差dVFと更なる電荷QCFとから決定される。次いで、誘電体層13の厚さd1は、A/CはdQCの関数としてdVから得られる等価な静電容量密度の逆数である式ε0A/C=(d1/ε1+d2/ε2)によって決定される。信号処理装置12は、これら2つの式を解き、厚さd1及び厚さd2を供給する。
当該方法の代替的な実施例によれば、当該測定の実施は、誘電体層13の露出表面15のスペクトル反射率の決定を含む。代替的には、他の誘電体層3の他の露出表面のスペクトル反射率が決定されることができる。これらの場合、厚さd2は、米国特許第4,999,509号公報と類似の仕方で、測定されたスペクトル反射率から決定される。
他の実施例において、電気伝導体11と他の誘電体層3とは、例えば図2Aに示されるように付加的な誘電体層33によって分離されている。当該方法は、電荷dQCを誘電体層13の露出表面上に蓄積させるステップと、電位差dVに関する電気的パラメータを決定するステップと、他の誘電体層3を露出させるように誘電体層13部分的に取り除くステップ(この結果、図2Bの構造を生じる)と、上述の方法の実施例と類似の仕方で、他の電荷dQCFを他の誘電体層3の露出表面上に蓄積させるステップと、更なる電位差dVFに関する他の電気的パラメータを決定するステップとを有する。当該方法は、付加的な誘電体層33を露出させるように他の誘電体層3を部分的に取り除くステップ(この結果、図2Cに示されている構造を生じる)と、付加的な電荷dQCAを付加的な誘電体層33の露出表面上に蓄積させるステップと、付加的な電位差dVAに関する付加的な電気的パラメータを決定するステップとを更に有する。測定データは、更なる電位差dVFと付加的な電位差dVAとを有する。前記測定データは、付加的な誘電体層33の厚さd3の他の関数である。誘電体層厚は、厚さd1、厚さd2及び厚さd3から選択され、付加的な層33の誘電率をε3で示している式:ε0A/CA=d3/ε3、ε0A/CF=(d2/ε2+d3/ε3)及びε0A/C=(d1/ε1+d2/ε2+d3/ε3)によって前記電気的パタメータと前記測定データとから得られる。ここで、A/CはdV及びdQCから得られる等価な静電容量密度の逆数であり、A/CFはdVF及びdQCFから得られる等価な静電容量密度の逆数であり、A/CAはdVA及びdQCAから得られる等価な静電容量密度の逆数である。
当該方法の代替的な実施例において、前記測定の実施は、誘電体層13の露出表面15のスペクトル反射率を決定するステップを含む。代替的には、図2B及び2Cにそれぞれ示されているように、他の誘電体層3の他の露出表面15’及び/又は付加的な誘電体層33の付加的な露出表面15”のスペクトル反射率が決定されても良い。これらの場合、厚さd2及び/又は厚さd3は、測定された前記スペクトル反射率から、米国特許第4,999,509号公報と類似の仕方で決定される。
本発明による電気デバイス100を製造する方法は、電気伝導体11に他の誘電体層3を設けるステップと、他の誘電体3に誘電体層13を設けるステップと、本発明による前記誘電体層厚を決定する方法を実施するステップとを有する。図2A−2Dに示されている実施例において、電気伝導体11は単結晶シリコンウェハであり、他の誘電体層3を設ける前に付加的な誘電体層33が設けられる。誘電体層13を設けた後、露出表面に多結晶シリコンの層が設けられ、後続して、図2Aに示されているゲート層2が形成されるようにパターンを焼き付けられる。後続して、上述の誘電体層厚を決定する方法が、電気伝導体11に他の誘電体層3を設けるステップ及び/又は他の誘電体層3に誘電体層13を設けるステップを監視するように実施される。この目的のため、電荷dQCは、図2Aに示されている層13の表面15上に蓄積され、得られる電位差dVが決定される。後続して、図2Bに示されているように、他の誘電体層3の表面15'を露出するように誘電体層13の一部が取り除かれ、他の電荷dQCFが表面15'上に蓄積され、得られる更なる電位差dVFが決定される。次のステップにおいて、図2Cに示されているように、付加的な誘電体層33の表面15”を露出させるように他の誘電体層3の一部が取り除かれ、他の電荷dQCAが表面15”上に蓄積され、得られる更なる電位差dVAが決定される。最後に、電気伝導体11を露出させるように付加的な誘電体層33が部分的に取り除かれ、このように形成されたスタックに隣接して、ソース領域50及びドレイン領域51がイオン注入によって形成される。
このようにして得られ、図2Dに示されている電気デバイス100は、トランジスタである。これは、誘電体層13を有する電気伝導体11であって、該誘電体層13少なくとも他の誘電体層3によって電気伝導体11から分離されている電気伝導体11を有する。
要約すると、本発明による誘電体層厚を決定する方法は、誘電体層13を有する電気伝導体11であって、誘電体層13は少なくとも他の誘電体層3によって電気伝導体11から分離されており該誘電体層13の表面15は露出されている、電気伝導体11を設けるステップを有する。露出表面15上に電荷が蓄積され、これにより露出表面15と電気伝導体11との間に電位差を誘起する。前記電位差に関する電気的パラメータが決定され、測定は、誘電体層13の厚さ及び/又は他の誘電体層3の厚さに関する付加的な測定データを得るように実施される。このようにして、誘電体層13及び/又は他の誘電体層3の厚さが決定される。電気デバイス100を製造する方法は、誘電体層厚を決定する当該方法を含む。誘電体層厚を決定する装置10は、この方法を実行する。
上述の実施例は、本発明を制限するというよりもむしろ説明するものであり、当業者であれば、添付請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的な実施例を設計することができるであろうことに留意されたい。前記請求項において、括弧内に置かれたいかなる符号も、該請求項を制限するものと解釈されてはならない。「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。
Claims (10)
- 誘電体層厚を決定する方法であって、
― 誘電体層を有する電気伝導体であって、前記誘電体層は少なくとも1つの他の誘電体層によって該電気伝導体から分離されており、前記誘電体層の表面が露出されている電気伝導体を設けるステップと、
― 露出されている前記表面上に電荷を蓄積させ、これにより該露出されている表面と前記電気伝導体との間に電位差を誘起し、前記電位差は前記誘電体層の厚さ及び前記少なくとも1つの他の誘電体層の厚さの関数である、電荷を蓄積させるステップと、
― 前記電位差に関する電気的パラメータを決定するステップと、
― 前記少なくとも1つの他の誘電体層の厚さの他の関数である測定データを得る測定を実施し、前記誘電体層厚は、前記誘電体層の厚さ及び前記少なくとも1つの他の誘電体層の厚さから選択されるステップと、
― 前記誘電体層の厚さを前記電気的パラメータ及び前記測定データから得るステップと、
を有する方法。 - 前記誘電体層は誘電率を有し、前記他の誘電体層は他の誘電率を有し、前記誘電体層厚は、前記誘電率と前記他の誘電率と前記電荷と前記電気的パラメータと、前記誘電体層の厚さ又は前記少なくとも1つの他の誘電体層の厚さとから決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記電気的パラメータを決定するステップの後、かつ、前記測定を実施するステップの前に、前記少なくとも1つの他の誘電体層の他の表面を露出させるように前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除くステップを更に有する、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの他の誘電体層の露出された部分の厚さは、前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除くステップの間、ほぼ一定に保持される、請求項3に記載の方法。
- 前記誘電体層を少なくとも部分的に取り除くステップがエッチングステップを含んでいる、請求項3に記載の方法。
- 前記測定を実施するステップが、
― 前記他の露出されている表面上に他の電荷を蓄積させ、これにより前記他の露出されている表面と前記電気伝導体との間に更なる電位差を誘起するサブステップと、
― 前記更なる電位差に関する他の電気的パラメータを決定するサブステップであって、前記測定データは前記他の電気的パラメータを含んでいるサブステップと、
を有する、請求項3に記載の方法。 - 前記電気伝導体と前記他の誘電体層とが付加的な誘電体層によって分離されており、前記測定データが前記付加的な誘電体層の厚さの他の関数であり、前記誘電体層厚は、前記誘電体層の厚さと前記他の誘電体層の厚さと前記付加的な誘電体層の厚さとから選択され、前記誘電体層厚は前記電位差及び前記測定データから得られることができる、請求項1に記載の方法。
- 前記測定を実施するステップは、前記露出されている表面及び/又は前記他の露出されている表面のスペクトル反射率を決定するステップを有する、請求項3に記載の方法。
- 誘電体層を有する電気伝導体であって、前記誘電体層は少なくとも1つの他の誘電体層によって前記電気伝導体から分離されている電気伝導体を有する電気デバイスを製造する方法であって、
― 前記電気伝導体に前記少なくとも1つの他の誘電体層を設けるステップと、
― 前記少なくとも1つの他の誘電体層に前記誘電体層を設けるステップと、
― 前記電気伝導体に前記少なくとも1つの他の誘電体層を設けるステップ及び/又は前記少なくとも1つの他の誘電体層に前記誘電体層を設けるステップを監視するように、請求項1に記載の前記誘電体層厚を決定する方法を実施するステップと、
を有する方法。 - ― 前記電荷を蓄積させる充電源と、
― 前記電位差に関する前記電気的パラメータを決定する測定装置と、
― 前記電気的パラメータ及び前記測定データから前記誘電体層厚を決定する信号処理手段と、
を有する、請求項1に記載の誘電体層厚を決定する方法を実施する装置。
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