TW392271B - Non-destructive method and device for measuring the depth of a buried interface - Google Patents

Description

A7 B7 經承-部中央標牟局吳工消t合作社印製 、發明説明（ 發明領域 本發明係有關於一種 量位於半㈣基度的方法，用以測 於應用一傅立葉運二掩:里介面之深度;特別是有關 T f ^上某運舁/紅外線（Fwrier Transform n rare，FTIR)量測技術來偵測該掩埋介面深度之裝置 〇本發明可以非破壞性的古车彳喜 、 开敬晨性的万法測量掩埋介面上表面所在處 (冰度；同時也與量測掩埋介面深度之裝置有關。 發明背景 高速的微處理器必需要有高速且大量的記憶體來配合運 作才能充分發揮其高速的運算能力。但另一方面，爲了降 低每單元記憶體的製造成本「五要能在單一晶片中提供較 大的名隐谷量，一般g己憶體都是採取動態隨機存取記憶體 (DRAMs)的架構。在DRAM的架構中，爲了提高晶片中 έ己憶單元的密度，而必然要縮小每個記憶單元的面積；但 當縮小每個記憶單元的面積時，該記憶單元的電容量又會 同時減少。最後將導致記憶單元電容値與D r a μ字元線 (w 〇 r d 1 i n e ) /位元線（b i t 1 i n e)的電容彳直之比例過小，於 是感應放大器（sense amplifier》便無法正常地讀出記憶 單元電容内所儲存的數値究竟是1或0 了。因此高密度 D R A Μ之記憶單元就逐漸向間隔密度小但具有一定深度 的溝渠式電容結構（trench)發展；同時DRAM之溝渠式 隔絕結構也具有類似的幾何形狀。. 近幾年來，另一DRAM的發展趨勢爲在構成電容之半 導體基質下再形成一掩埋介面--該掩埋介面包圍著該溝渠 (請先間讀背面，5->x意事f再填寫本頁)

B7 B7 經濟部中If I合作社

五、發明説明（2 式電容之底面與侧面，以作爲該溝渠式電容之固定電位偏 壓端。該掩埋介面一般約自該溝渠式電容侧面向下延伸約 6um，且該掩埋介面之上表面約位於該半導體基質表面下 方1.5±0.15 um處；該深度通常被稱呼爲j)Bp。 該掩埋介面可以阻抗式退火製程（resist recess)配合 在咸溝渠式電容底部擴散如砷的雜質製作而成，美國專利 5,618,751號（發明人G〇lden ei，專利權人IBM)對此製 紅有充分的説明。其中以該阻抗式退火製程深度與該掩埋 介面深度爲二關鍵參數，該二參數之變化會強烈影響到該 溝渠式電容之元件特性。 截至目前爲止，欲測量基#展面下該掩埋介面或其他類 似掩埋式結構之深度，都只能以破壞性方法來做剖面切片 再配合顯微鏡加以觀察。因此本發明首次提出一種實用且 非破壞性的深度量財法，其進步性可謂著實顯著而具體。 發明概要 本發明提供一種非破壞性測量深度的方法，用以測量— 掩埋介面之上表面與一半導體基質纟面間之深度；依 本發明所揭露之方法’無需進行任何破壞性的剖面切片量 測:即可量測該掩埋介面深度。該方法主要是運用傅立 運算/紅外線照射’其步驟包括：以紅外線照射包含待測 掩埋介面之半導體基質；利用傅立葉運算偵測並分 訊號之頻譜成份；該反射訊號頻譜分析後與校 』 較，以決定該掩埋介面之深度。 …曰比 同時本發明-同時揭露_種測量掩埋介面相對於半導體 5- 本錄尺度適财國國^ '發明説明（3 基質表面下深度之裝置，該贺 後八γ 裝置包括：傅立葉運算/紅外 ，果刀先计，可以紅外線职勒诗*A ^ J4- ' ' …半導體基質，並依據半導體 基貝反射又訊號產生傅立葉韓 錢u A 杲和換訊唬；儲存已知的校正頻 阳貝科庫；比較裝置，用 頻哉、，$、 將孩傳互葉轉換訊號與該校正 頸靖比权，以決足該掩埋介面之深度。 雖然本發明以較佳實施例 太政π 揭路如下，然其並非用以限定 ：何熟習此项技藝者，在不脫離本發明之精神和作更動與潤飾，因此本發明之保護範園當視 後附<申請專利範圍所界定者爲準。 圖式之簡述 圖1-4係表示'習知掩埋介面-製―程之示意圖。 、圖係表丁 B施本發明傅立葉運算/紅外線方法量測深度 之示意圖。 圖6係具有不同深度掩埋導電平板之已知及待測樣品 頻譜内容之曲線圖。 圖7所不係本發明量測結果與昔知電子顯微鏡量測結 比較圖。 之 果 請 間 讀 背 之- 注 意 再 镇 本 頁 1 丁 經消部中夾標卒局员工消费合作社印¾ 較佳實施例之描述 現請參考圖式，特別是圖1 - 4，現説明一用以提供一掩 埋介面、特別是掩埋導電片的基本步驟，以説明背景部份 。爲簡化並助於了解本發明，以下之討論係以掩埋導電片 作爲掩埋介面，當然要了解本發明可以測量其他掩埋介面 結構的深度，標示在特定不同的摻雜子的區域之間或是特 定不同摻雜濃度之區域之間的線。除了一掩埋導電片以外 6 本紙張尺度朗巾_ A7 B7 經漓部中央標準局員工消贽合作社印^

五、發明説明（4 ，這類的掩埋介面之例子是一構成一源極/戍極終端或是 -位於τ溝槽内的垂直式FET電晶體的閉極。在具有這類 垂直電晶體的記憶體陣列中，本發明I以用$決定這類掩 埋摻雜區域的深度》 ' 圖丄説明一半導體基質丨，如含—溝槽2的矽。符號3表 示一厚的氮化物#，其上覆蓋有相當厚6々TE〇M。符號 5表示沉積於該溝槽2内的—摻雜有砷的矽酸鹽玻璃 (AGS)層。-光阻6被設置於其上方並且在該溝❸内部 。此光阻可以是一正性光阻，如以n〇v〇Uk樹脂爲基本的 光阻。如圖2戶斤#，該光阻6係以曝露和㈣或是乾飯刻 的方式被挖凹低於基質表面—以—下5微米。層5(asg) 係根據該光阻凹陷6而被蝕刻，如使用—緩衝£的氫氟酸 (JB HF)。该層5基本上被稍微蝕刻在該光阻凹陷下方（見 圖3)。然後將溝槽内的剩下光阻充填6去除，接下來做雜 子擴散或是使雜子由ASG驅人基質中丨，或者接著根據剩 下來的AS G位置在其内進行p_穴，以實質上形成掩埋平 面7。此驅入的基本時間和溫度約是丨〇 5 〇 π時則爲3小時 ，而在1 1 0 0 °C時爲1小時。 準備具不同dbp的取樣，並將之曝露於_FTIR系統的 紅外線光束中。一基本的FTIR系統可以在商標註册Bi〇_ Rad QS500 —由Bio_Rad實驗室取得。圖5所示爲ftir 设足之示忍圖。特別地是，一 F TIR系統是一可發出可控 制紅外線光竭且可偵測和分析由傳利葉分析送回的信號之 光1晋内容之儀器。如圖5所示，—j R源2 〇具有一如 本紙張尺舰财 ® ( 2T〇X 297^^ ) (諳先聞讀背面V注意事『項再填寫本頁) j衣 訂------- —II 1 I —II .

I A7 . _____________is'/ 五、發明説明（5 ) — ~~-

Global· IR的光源，以發出一寬頻的紅外線能量，例如波 長數介於400和4500之間者（波長範園約爲25微米到约2 微米）。一如MiChaelS0n干涉儀之干涉儀被設置在由ir 光源2 0到取樣2 2之間路徑上。該干涉儀包括移動的鏡子 24、固定的鏡子26和光束分裂器21。此干涉儀使用一移 動鏡24以在偵測器25上產生建設性的和破壞性的干涉^ 型，這些圖型依賴所偵測光的頻率或光波數以及取樣的特 性而定。鏡子26和27自光源導引光徑至取樣。提供一電 路（未顯示）以對到達偵測器25的回復信號進行_傳利葉 轉換，此電路的詳細敘述是不需要的，因爲習於此項技藝 者一知道本揭示内容將能提供此，而無須做不當的實驗。 若以砷做爲摻雜予以產生掩埋平面時，根據本發明，現 已發現介於4 0 〇到1 5 〇 〇波收的光譜部份顯示出—特定的 參透頻帶，此頻帶被視爲已被分佈於A s _ 〇黏固的振蓋中 。此滲透頻帶之特徵爲兩個滲透尖峰，—約爲1 〇 Μ個波 數，另—個則在700到8 00波數之間。此滲透帶的圖型以 及這兩=尖毕的高度比値可以增加Dbp的方式大大地改變 (。事實上’根據本發明，現已發現每—個d”深度皆會 在此光譜圖型中導致一非常不同的圖型，根據本發明，1 、二由比較圖型的方式使用該圖型來測量非破壞性的掩埋平 面深度。 地是，分析用於幾種已知之掩埋平面深度的取樣之 Γί信：之光譜内容，以產生一主體或是參考的或校準光 凊。若需要的話，該庫可包括不同組的校準光譜，例如 (讀先閱讀背面"注意事項再填寫本頁}

-8 · 五、發明説明（6 ) ’一組用以產生每個DRAM，以致於在使用時，裝置將 僅比較回復仏號和符合要被測試的.晶圓之特性的適當光譜 姐。被分析的取樣之已知之掩埋平面深度是由以截面標示 或是對比蝕超出擴散區域以及掃描電子顯微鏡（SEM)量 測的方式決定的。根據本發明，未知的取樣會被IR光照 射，並分析回復信號的光譜内容，以決定該未知光譜最接 近於那個參考的或校準光譜。與該未知光譜最匹配的參考 光譜指示出該掩埋平面的上方之深度。 根據本發明的一較佳方面，爲使比較最大化，校準光譜 在44 0cm-1和i 180cm-i之下被截頭，且其値的密度在〇 和1之間正規化。同樣地，ϋ需要決定其Dbp的未知取 樣之光譜亦在440cm-1和1180cm·1之下截頭，並且其密 度正規於0和1之間的値。 找出匹配的已知光1晋的過程可以由該未知光譜與某些或 是所有已知的光譜之比較値的最小平方得到。例如，使用 沿著每一條曲線的對應點（ai_bi)2SUMi=1至i=n以找出 最小的總和。換句話説，該最小平方符合步驟牽涉到計算 每一波數和每個校準光譜的差；平方每一波數和每一校準 光瑨的差；相加所有波數和每一校準光譜的平方；和決定 所有總和的取小値。找出此最小値係爲能找出最佳匹配的 校準光譜，且取樣的DBP係與校準光譜的Dbp相同。當然 ，若需要也可使用其他的修正方法，如以計算如U s ，s Guide Microsoft® Excel中所描述的協分差“c〇v”或 是修正係數p xy的方式達成。 -9- ----—- . ____ *--- 本紙ί長尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 A 7 ______B7 五、發明説明（7 ) " ~ ~ 協分差（covariance)工具現回到由其個別的裝置平均 資料點的偏差乘積。此協分差是使兩個資料範圍之間的量 測値。 〇ον(Χ,Υ)=1Σ(χί-μχ)(Υί-μν) 其中μχ!Χ資料組的均分値，資料組的均分値。 該協分差工具測量在兩個資料組之間的關係，該資料组 可以不管測量單元而被比例化。人口修正計算以這兩組資 枓的標準偏差除該兩資料组的協分差。 n _ c〇v(X, Y) P X,y-- 其中Ρ y是y資料組的標準偏差-;一 其中P X是X資料组的標準偏差；其中 和 〇>y(Y】ix)2 圖6包含顯示具有不同的掩埋平面深度量測的已知和未 知取樣的光If内容。圖6所示是經由密度正規化和準備好 經濟部中央標準局員工消費合作社印" 、例如平方方法與出現在點上的未知取樣比較之後的點圖 。圖6中的未知取樣最接近於表示深度爲l53 的曲線。再 者，應了解增加修正曲線的數目亦會増加量測的正確性。 圖7係用以確認由本發明使用SEM截面法取得的深度量 測値。在X軸上的値係來自於FTIR，在丫軸上的値則是來 自於SEM。 本發明之上述敘述説明和描述了本發明。此外，本揭霞 -10- A7 B7 包 發明説明（8 Z示出和描述本發明的較佳實施” 應了解本發明可以使用在 ：疋’如上所述’ ，且可以在如本文所述本發明;合、修正和環境中 或相關技術的技藝或知識）。Γ、^對應於上述敎示和/ 解釋實施本發明己知的最佳模、〈只施例尚可被擴張以 藝者在這樣的或是其他的奋7且使致旎其他習於本技 用本發明而要求的其他修正。二及：有因特定應用或使 括不同的實施例。再者，後附的申請專利範圍可 請 先I 閱 I 讀 | I 面 | 之-I ϊ f 篆I 項I 再！ 填( I '哀 頁 訂 經濟部中央標準局員工消贽合作社印製 適 度 尺 張 紙 I本 S Ν C I41-一標

Claims (1)

1. iTl 11 6 39

   、申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 其中該紅外線爲一寬頻 其中該外線之波長約爲 其中該外線之波長約爲: 其中該掩埋導電平板距 1. 一種非破壞性測量深度之方法 L * 去，用以測量一掩埋介面乏 土表面與一半導體基質表 1面i ,, 面間〈深度，該方法包括：以 紅外線照射包含該待測掩埋二.、 t 衔埋介面之該半導體基質；剎田 傅立葉運算偵測並分析一及私、 用 Wn 訊號之頻譜成份；將該反 、代也 又以决疋该掩埋介面之 2，如申請專利範圍第1項之方法 帶紅外線（Broadband IR)。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法 2 ~ 2 5 u m。. 4.如申請專利範圍第1項之方-g 2 〜2 5 um 〇 5 ·如申請專利範園第4項之方法 ^ 離破半導體基質表面之深度約I 5 + _ 〇 .丨5 u m 6 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中該掩埋導電平板材 質爲砷。 7 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中該吸收頻帶约爲 1 0 2 0波數，且最大吸收量係位於7 0 0和8 0 0波數之間。. 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中當比較該反射訊爲 頻譜與該校正頻譜時，至少包含一頻譜能量平方後比較 之步驟。 9.如申請專利範園第1項之方法，其中在比較該反射訊號 頻i晋與該校 '正 '頻譜前，至少包含一頻譜能必需先將能量 強度値正規化在〇與1之間。 - -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X W7公釐） (請先閱讀背面'之注意事項再填寫本夏) 裝—------ir------- A8 B8 rs D8 申請專利範圍 1〇·::測量—掩埋介面相對於-半導體基質表面下深度之 裝置，該裝置包括： -傅立葉運算/紅外線分光計，可❹外線照射該半 尊體基質，並依據該半導體基質反射之訊號產生一傅 互葉轉換訊號i 貪料庫，用以儲存已知的校正頻譜；及 比較裝置，用以將該傅立葉轉換訊_與該校正頻譜 比較，以決定該掩埋介面之深度ή 11. 如申請專利範園第10嚷之裝置，其中該紅外線爲一寬與 帶紅外線（Broadband 11^。_ 12. 如申請專利範„U項之裝置，其中該外線之波長約爲 2〜2 5 um ° . 13·如申請專利範圍第10項之裝置，其中該比較裝置，至少 包含-頻譜能量平方比較裝置，用以比較該傅立葉轉換 訊號與該校正頻譜。 14_如申請專利範圍第10項之裝置，其中包含一正規劃化裝 置’用以將减射訊狀能量強度値正規化在之間。 15.如申請專利範圍第1()項之裝置，其中該資料庫所错存已 知的校正頻譜，包含針對一掩埋導電平板之校正頻譜。 16_如申請專利範園第1G項之裝置，其中該資料庫所包含多 組校正頻譜。 Π.如申請專利範圍川項之裝置，其中該多組校正頻譜包 含一組針對不同動態記憶體而產生的校正頻譜。 -13- 本紙液尺度適用tgu家;（CNS ) ( 2ϊ〇>< 297^^ (請先閲讀背氣之注意事項再填寫本頁) ;索· 、va 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ABrD一 、申請專利範圍 18.如申請專利範圍第1 0項之裝置，其中該資料庫包含一组 針對含坤的掩埋導電層而產生的校正頻譜。 —m ! - I I- -I I- —1 I II —1 —II - 1·-— ·- . - I 1 —-I - X» 、言 (請先閲讀背面〖之注意Ψ-項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 14-本·紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐