TWI276832B - Method of sample preparation for scanning capacitance microscope and measuring method thereby - Google Patents

Description

'I276835；twf 九、發明說明： [發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種顯微鏡之試片的製作方法，且特 別是有關於一種掃描電容顯微鏡之試片的製作方法。 【先前技術】 在微電子工業的發展過程中，對於製程技術的改善有 賴於檢測分析技術的支援與配合。隨著電子元件尺寸不斷 的微小化，對於電子元件的表面、界面及結構的檢測分析 已成為微電子研發工作中报重要的部分。 在許多半導體元件中，電性可以經由不同的摻雜 (doping)濃度及自由載子濃度(free carrier c〇ncentrati〇n^々 分布來控制。以往的檢測技術只能分析摻質或載子的一維 空間濃度分布’所以製程發展工程師只能藉由—維擴散模 型，以模擬的方式求得最佳化的製程條件。因此，更發展 出一種掃描電容顯微鏡，可取得多雄空間的摻質或載子濃 度为布衫像的動態觀與分析，以利製程研發工程師建立準 確深次微米製程模擬模型。 掃^田電谷顯微鏡是一種具平面解析度的電容_電壓 (C V)^測技術，藉由將Ac偏壓施加在欲測半導體試片上 或，=¼針上’使此二者之間產生電場，監測電容變化值， =觀=與》析出多維載子濃度的動態影像。掃描電容顯微 鏡的=析技術透過影像對比即可呈現出摻雜(d叩㈣區濃 度的刀佈。此外，藉由微分電容訊號還可進行缺陷型態分 析。 5 I2?68^twf :、、;而在以掃描電容顯微鏡夕 源極/汲極區等摻雜區 认#夕晶”極附近如 閑極的干擾，而得到ί 容易會受到推雜多晶石夕 來，將會影響掃描電影像。如此- 一方面，由於所得到之呢枚/對缺^進仃檢測的結果。另 法精麵量通道長度。μ。；及極區的影像模糊，以致於無 【發明内容】 有鑑於此，本翻的目 微鏡之試片的製作方法，可以避= 描電容顯微鏡所得到之影像的干挎 貝對於利用掃 本發明的再-目的是提供 進行的檢測方法，能得楚 用知描電容顯微鏡所 量。 以的轉，叫行更精確的測

本發明提出一種播 > 命六H 首先從晶圓上切下待檢：谷:„片的製作方法， 層，在材料層，具有閘桎結構上具有多數個材料 區’其中間極結構包括摻雜=極結構下方的摻雜 兩側側壁上的間隙壁層。曰θ "位於摻雜多晶矽層 層直至暴露出間極結；。然後方的材料 晶石夕層’並保留下間隙壁層。接下來=中的摻雜多 面’以形成剖面並暴露出推雜區 =檢測部的側 電層。 〈傻於剖面上形成介 依照本發明的—較佳實施例所述，在 顯微鏡試片的製作方法中 a之掃描電容 π材科層的移除方法為首先對材 12768>^2twf 料層進行一個钮刻穿 』 、 層。接著，對材料以移除間極結構上方的部份材料 構。 仃—個研磨製程，以暴露出閘極結 依照本發明的一軺 顯微鏡試片的製作方:只β例所述，在上述之掃描電容 之後，於對材料層進^ 於對材料層進行一個韻刻製程 測部進行定位，,研磨製程之前’更包括於待檢 b_ ’ FIB)進狀位例如疋利用聚㈣子束卜㈣ion 依照本發明的一較 顯微鏡試>1的製作方、1 s ^ ’在上述之掃描電容 移除方法包括濕式_法。 ’“隹夕日日矽層的 依,、、、本魯明的_較佳實 顯微鏡試片的萝竹古土+ JJ、隹上述之％描電容 括氣氧化=#法巾，科_法職用_刻液包 依…、本發明的_較佳實 顯微鏡試片的萝作方沬Λ ι隹上攻之知描電容 作方法中，於移除閘極結構中的摻雜多日 石夕層之後，於研磨待檢測 於=二曰： 部進行定位，其例如奸_、離子束(fG==寺ef測 FIB)進行定位。 U1如beam， 依…本兔明的一較佳實施例所述，在 t腿竟試片的製作方法中，在對剖面進行研磨谷 更包括將待檢測部固定在研磨固定架(polish hQlder)。 依照本發明的—較佳實施例所述，在上 顯微鏡試片的製作方法中，於剖面上形成一介電^ =谷 127681 更包括對試片進行紫外光照射處理。 依照本發明的一較佳徐 顯微鏡試片的製作方法中只二所述’在上述之掃描電容 依照本發明的-較佳層的材質包括氣化石夕。 顯微鏡試片的製作方法中入♦所述在上述之掃描電容 法。 層的形成方法包括熱氧化 法，顯微鏡所進行的檢測方 材料層，在材料層中具有^=待檢測部上具有多數個 摻雜區’其中閘極結構包括捭；夕二位於閘極結構下方的 石夕層兩側側壁上的間隙壁屬曰曰石夕層及位於摻雜多晶 材料層直至暴露出間極結二:開極結構上方的 雜多晶矽層，並保留下間辟夕除閘極結構中的摻 =面，以形成剖面並暴以J下:，^ 成介電層。繼之，以掃描電二£。之後’於剖面上形 由於在本發明所提出:;1，剖咐 方法中，會將間極結構中的換。竟之試片的製作 到之影像奸擾。因此，輸鏡所得 測方法可以得到清楚的影像 顯微鏡所進行的檢 為讓本發明之上述和農他;t仃更精柄測量。 易懂，下文特舉較佳實施例，並配;^徵和優點能更明顯 明如下。 配合所附圖式’作詳細說 【實施方式】 8 I2768^twf 的制=i所繪示為本發明一實施例之掃描電容顯微鏡試片 衣作方法之流程圖。 部。5月麥照圖1 ’步驟S102為從晶圓上切下待檢測 極部上具有多數個材料層’在材料層中具有間 如:ifm結構下方的_區°其中’閑極結構例 隙‘曰曰石夕層及位於換雜多晶石夕層兩側侧壁上的間 接觸i等。雜區例如是源極/沒極區、接質擴散區或歐姆 =，步驟觀為移除閑極結構 ==構。移除材料層的方法例 仃個濕式蝕刻製程，以移除間搞灶德L‘刊竹智進 :。接著’對材料層進行一個研磨製；，以工=材料 此外，於對材料層進行一個渴 衣私0 :料層進行一個研磨製程之前，更；用後，於對 If行ΓΓ有助於更精確的進行定^束於待 摻雜多晶矽層的移二構的摻雜多晶矽層。 刻液例如是氫氧化卸。例如疋濕式巍刻法，所使用的飼 另於研並保留下間隙壁層， 桧測=標記’有助於更:確3=焦離子束於待 剖面並暴露出：二=檢測部的側面，以形成 待㈣部側面的研磨方法例如是 1 Ϊ276832 =研磨法。麵剖面妨㈣ 膠:待檢測部固定在研“定；：可利用如，氧樹 的材質例如是氧化石夕，而氧化;成介電層、。介電層 熱氧化法。除此之外，介二包^的形成方法例如是 它適當材質。 曰的材質也可以是氮化矽或其 此外’於剖面上形成介雷 外光照射處理，以除去被插/後’更可對試片進行紫 方j ί 所提―電容顯微鏡之試片的:° /中’胃將待檢測部中_極結構之摻雜多展衣作 除，可以避免閘極結構之摻雜多晶 時，保留間隙壁層，將有助於對準及計定曰曰石夕層 特定元件下方的源極/汲極區。 、子711線或是 圖2所緣示為本發明一實施例之利用掃描 所進行的檢測方法之流程圖。 ° 首先，請參照圖2，步驟S102〜sll〇為以婦描 微鏡進行檢測之前試片的製作方法，這部分的内容二頌 文中進行詳細介紹，於此不再贅述。 於上 接著，步驟sm為以掃描電容顯微鏡對剖面進行^ 描，感測剖面表面微區電容變化差異並轉換成微分電 像。藉此，可進行各種的檢測分析，例如由所得到二二二 對比即可呈現出摻雜(doping)區濃度的分佈。此外，麵由行 分電容訊號還可進行缺陷型態分析。 、二" I2768^twf 前，的剖面進行掃描之 此可以得到清楚的影像^構之摻雜多晶石夕層，因 以下，為實㈣〜進更‘確的測量及缺陷分析。 本發明 比較例〗的择描電二 ==鏡的細。圖4為 請參照圖3，每, , a 所進行檢測所得本發明利用掃描電容顯微鏡 =體之閉極區域Gc中的摻:多』二動^ XA、摻質擴散區BS及歐娌接鈣展rT； 源極/汲極區 晰可辨，連接觸窗CB =，㈣雜區的影像清 都可以清楚地進行辨識。及隔離結構阳的影像 請參照圖4，屮鉍么丨！ &仰1 鏡所進行檢測所得到二H白：技術利用掃描電容顯微 掃描之前，並、片圖，在以掃描電容顯微鏡進行 GC中的閑極，除動祕機存取記憶體之間極區域 姆接觸層cm 極區从、推質擴散區BS及歐 曰寺摻雜區、接觸窗 結構STI的景彡傻@ $ / /知DT及隔離 廓。 〜像抵糊不、;月，很難正確的描緣出各區域的輪 比較=^32_描€容顯微鏡的照片圖°圖6為 & a田电谷顯微鏡的照片圖。 5月茶照圖5，實施例2為本發明利用掃插電容顯微鏡 插電2:::到二摘圖案(test 1 ㈣的照片圖，在以掃 域GC中的摻雜i丁曰"^所，會先移除測試圖案之閉極區 晰可辨，口 曰矽層，因此源極/汲極區XA的影像清 比輕可以精f地的測量出通道區的長度為469A111。 所得到，技術_掃描電容顯微鏡所進行檢測 插之,，2二回木的照片圖，在以掃描電容顯微鏡進行掃 極，亚/又有會先移除測試圖案之閘極區域GC中的閘 通道極/汲極區XA的輪廓較為模糊，所以測量出的 長度較不精確，為469/zm。 丁、上所述，本發明至少具有下列優點： 法中，t本發明所提出的掃描電容顯微鏡之試片的製作方 顯微鏡^先^極結構的摻雜多晶石夕層移除再以掃描電容 像的干掙。丁知抗，因此可以避免摻雜多晶矽層對於電容影 2.在本發明之利用掃描電容顯微鏡所進行的檢測方法 層，，為在製作試片時已先移除閘極結構的摻雜多晶砂 曰ϋ此可以得到清晰的影像，能進行更精_地測量。 3·本發明會於移除閘極結構的摻雜多晶矽層時， ，壁層’將有助於鮮騎算歡字元職是特定= 下方的源極/汲極區。 凡件 雖然本發㈣味佳實補減如上，然其並非用以 =本叙明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 二1&圍内’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之 軏圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 y、又 12 127681 【圖式簡單說明】 _ 圖1所繪示為本發明一實施例之掃描電容顯微鏡試片 _ 的製作方法之流程圖。 圖2所繪示為本發明一實施例之利用掃描電容顯微鏡 所進行的檢測方法之流程圖。 圖3為實驗例1的掃描電容顯微鏡的照片圖。 圖4為比較例1的掃描電容顯微鏡的照片圖。 - 圖5為實驗例2的掃描電容顯微鏡的照片圖。 * 圖6為比較例2的掃描電容顯微鏡的照片圖。 【主要元件符號說明】 BS :摻質擴散區 CB :接觸窗 CBI :歐姆接觸層 DT :深溝渠 GC :閘極區域 STI :隔離結構 • S102、S104、S106、S108、S110、S112 :步驟標號 XA ·源極/>及極區 13

Claims (1)

1. i2768λ? 十、申請專利範圍·· :二顯微鏡之試片的製作方法，包括： 個材料•兮=下一待檢測部，該待檢測部上具有多數 結構下“2,料層中具有，閘極結構及位於該閘極 層及位於該掺雜；Ϊ矽：中該’結構包括-摻雜多晶矽

   移除該閑極結；間隙壁層； 結構； 上方的该些材枓層直至暴露出該閘極 嫌'亥閑極結構中的該摻雜多晶石夕層； 雜區=待檢測部的側面’以形成-剖面並 暴露出該摻 於該剖面上形成—介電#。 片二描電容顯微鏡之試 對該些材料層進行_濕式二 構上方的部份該些材料肩.、 除《亥閘極、、、口 對》亥些材料層進行—研磨， 3.如申請專利範圍第2成&、+、々心出碴閘極結構。 片的製作方法，其中於對細u插電容_鏡之試 待檢測部進行定位。 Μ ’更包括於該 4·如申請專顧if[第3項所 片的製作方法，其中於該待檢卿進行=容_微鏡之試 以一聚焦離子束於該待檢測部進行定位。的方法，包括 14 I2768^ltwf 5·如申請專利範圍第丨項所述 片的製作方法，其中該閘極結夂微鏡之試 除方法包括濕式I虫刻法。構中的德#晶石夕層的移 6. 如申請專利範圍第5項所述之掃描電 作方法，其中該濕式_法所使用的。^ 7. 如申請專利範圍第丨項所述 ^ 片的製作方法，其中於移除該間極結構中 層之後’於研磨該待檢測部的側面 隹夕曰曰石夕 離子束於該待檢測部進行定位。 尺巴括以一聚焦 8. 如申請專利範圍第丨項 ^的製作方法’其中在_剖面進行!顯微鏡之試 匕括將該待檢測部㈣在― : '程之前，更 9;如申請專利範圍第】項所述之二〜曰/ 、衣作方法，其中於該剖 电夺頌微鏡之試 括對該試片進行一紫外光照=成-介電層之後，更包 10·如申請專利範圍第丨 試片=方法’射該介電層的:以:顯微鏡之 A如申諳專利範圍第 二括贼石夕。 試，製作方法，其中該介電層的形成方tit顯微鏡之 括：.#利用切S電容顯微鏡所造行的化法包 個材 梅中具有-開極結構及位= I27683^twf 層及位於間極結構包括—換雜多晶石夕 移除該閑極壁上的—間隙壁層； 結構； 一二材料層直至暴露出該閘極 移，該閘極結構中的該 研磨該待檢測部關1二=^， 雜區； ^形成一 °,J面並暴露出該摻 於該剖面上形成一介電層；以及 電㈣__加進行掃描。 13 ·如申睛專利範圍第 、、 鏡所進行的檢測方法，其中該二==知插電容顯微 對該些材料層進行—濕式夕，方法包括： 構上方的部份該些材料層；以及x衣王卩移除該間極結 對_材料層進行一研磨製程，以 14. 如申請專利範圍第13 =。出相極結構。 鏡所進行的檢測方法，其中於择插電容顯微 刻製程之後，於對該些材料層進行外進行該濕式飾 括於該待檢測部進行定位。Τ°Λ研磨製程之前，更包 15. 如申請專利範圍第14項 鏡所進行的檢财法，其中掃描電容顯微 法，包括以一聚焦離子束於該待撿測^進^行定位的方 16·如申請專利範圍第12項所、戒進仃疋位。 鏡所進行的檢測方法，其中_極3,用掃插電容顯微 層的移除方法包括濕式侧法。 的該摻雜多晶矽 16 I2768^twf 17.如申請專利範圍第16項所述之利用掃〜 鏡所進行的檢測方法，其中該濕式_法顯微 包括氫氧化鉀。 t餘刻液 18·如申請專利範圍第12項所述之 多晶石夕層之後，於研磨該待檢測部的 、Λ格雜 一聚焦_子束於該待檢測部進行定位。引更包括以 19·如申請專利範圍第12項 鏡所進行的檢測方法，其中在對』:彳用掃描電容顯微 鈾，更包括將該待檢剛部—二 進行该研磨製程之 2。·如申請專利範圍=-研磨固定架。 鏡所進行的檢測方法， 其述之利用掃描電容顯微 後，更包括對該試片進行刟面上形成一介電層之 系外光照射處理。

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