一種FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量方法和測(cè)量樣品制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量方法和測(cè)量樣品制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于平面晶體管而言，通常采用二次離子質(zhì)譜(sms)來分析得到硅片的從表面垂直向下的面積在50平方微米范圍內(nèi)的摻雜離子濃度分布。對(duì)于FinFET晶體管而言，其鰭片(Fin)作為晶體管的溝道，屬于三維立體結(jié)構(gòu)，單獨(dú)采用二次離子質(zhì)譜來分析得到鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布是不可行的。
[0003]因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量樣品制備方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)鰭片，在所述鰭片的頂部形成有硬掩膜層；形成襯墊氧化物層，以覆蓋所述半導(dǎo)體襯底的表面、所述鰭片的側(cè)壁以及所述硬掩膜層的側(cè)壁和頂部；在所述鰭片之間形成隔離結(jié)構(gòu)；沉積絕緣層，以完全填充所述鰭片之間的間隙；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至所述絕緣層的頂部平坦化。
[0005]在一個(gè)示例中，在形成所述鰭片之前或者形成所述隔離結(jié)構(gòu)之后，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底實(shí)施SSRW離子注入，以在所述半導(dǎo)體襯底中形成摻雜離子濃度分布為陡峭的反三角勢(shì)阱。
[0006]在一個(gè)示例中,所述絕緣層的厚度為1000-2000埃；實(shí)施所述研磨之后,所述絕緣層的頂部與所述鰭片的頂部之間的垂直距離為50-100埃。
[0007]在一個(gè)示例中，所述鰭片的寬度全部相同，或者所述鰭片分為具有不同寬度的多個(gè)鰭片組。
[0008]在一個(gè)示例中，形成所述鰭片的工藝步驟包括:在所述半導(dǎo)體襯底上形成硬掩膜層；圖案化所述硬掩膜層，形成用于蝕刻所述半導(dǎo)體襯底以在其上形成所述鰭片的多個(gè)彼此隔離的掩膜；蝕刻所述半導(dǎo)體襯底以在其上形成所述鰭片。
[0009]在一個(gè)示例中，采用自對(duì)準(zhǔn)雙圖案工藝實(shí)施所述圖案化過程。
[0010]在一個(gè)示例中，所述硬掩膜層包括自下而上層疊的氧化物層和氮化硅層。
[0011]在一個(gè)示例中，形成所述隔離結(jié)構(gòu)的工藝步驟包括:沉積形成隔離材料層，以完全覆蓋所述鰭片；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨所述隔離材料層，以露出所述硬掩膜層的頂部；實(shí)施回蝕刻以去除所述硬掩膜層、部分所述襯墊氧化物層和部分所述隔離材料層。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量方法，包括:將制備好的測(cè)量樣品分割為結(jié)構(gòu)完全相同的第一子樣品和第二子樣品；分別對(duì)所述第一子樣品和所述第二子樣品實(shí)施二次離子質(zhì)譜分析和透射電子顯微鏡橫截面分析；將所述二次離子質(zhì)譜分析得到的所述第一子樣品的從表面垂直向下的摻雜離子濃度分布數(shù)據(jù)和所述透射電子顯微鏡橫截面分析得到的所述第二子樣品中的鰭片的從頂部到底部的形貌數(shù)據(jù)傳送至工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具；通過所述工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具模擬計(jì)算分析得到所述鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布。
[0013]在一個(gè)示例中，所述測(cè)量樣品采用如上述任一測(cè)量樣品制備方法制備而成。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，可以獲得精確的有關(guān)鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布趨勢(shì)，從而消除TCAD模擬誤差所引發(fā)的測(cè)試分析偏差。
【附圖說明】
[0015]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0016]附圖中:
[0017]圖1A-圖1F為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的測(cè)量樣品制備方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0018]圖2A-圖2F為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例二的測(cè)量樣品制備方法方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0019]圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例三的FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0021]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量方法和測(cè)量樣品制備方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0022]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0023]目前通過以下兩種方法來獲取鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布:第一，借助工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具(TCAD)模擬分析得到鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布；第二，先對(duì)平面晶體管實(shí)施與FinFET晶體管相同的濃度分布為陡峭的反三角勢(shì)阱(SSRff)的溝道摻雜離子注入，再通過二次離子質(zhì)譜分析得到摻雜離子濃度分布的數(shù)據(jù)，最后結(jié)合TCAD的模擬分析間接得到鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布。由于TCAD的模擬分析存在固有誤差以及FinFET晶體管和平面晶體管之間存在固有的結(jié)構(gòu)差異，通過上述兩種方法得到的鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布并不符合實(shí)際情況。本發(fā)明提出一種新的FinFET鰭片摻雜濃度分布的測(cè)量方法和測(cè)量樣品制備方法，可以獲得精確的有關(guān)鰭片的從頂部到底部的摻雜離子濃度分布趨勢(shì)，從而消除TCAD模擬誤差所引發(fā)的測(cè)試分析偏差。
[0024][示例性實(shí)施例一]
[0025]參照?qǐng)D1A-圖1F，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的測(cè)量樣品制備方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。
[0026]首先，如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅等。作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100選用單晶硅材料構(gòu)成。然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底100實(shí)施SSRW離子注入110，以在半導(dǎo)體襯底100中形成摻雜離子濃度分布為陡峭的反三角勢(shì)阱。
[0027]接著，如圖1B所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成多個(gè)鰭片100’，鰭片100’的寬度全部相同，或者鰭片100’分為具有不同寬度的多個(gè)鰭片組。形成鰭片100’的工藝步驟包括:在半導(dǎo)體襯底100上形成硬掩膜層，形成所述硬掩膜層可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝，例如化學(xué)氣相沉積工藝，所述硬掩膜層可以為自下而上層疊的氧化物層101和氮化硅層102 ;圖案化所述硬掩膜層，形成用于蝕刻半導(dǎo)體襯底100以在其上形成鰭片100’的多個(gè)彼此隔離的掩膜，在一個(gè)實(shí)施例中，采用自對(duì)準(zhǔn)雙圖案(SADP)工藝實(shí)施所述圖案化過程；蝕刻半導(dǎo)體襯底100以在其上形成鰭片100’。
[0028]接著，如圖1C所示，形成襯墊氧化物層103，以覆蓋半導(dǎo)體襯底100的表面、鰭片100’的側(cè)壁以及所述硬掩膜層的側(cè)壁和頂部。在一個(gè)實(shí)施例中，采用現(xiàn)場(chǎng)蒸汽生成工藝(ISSG)形成襯墊氧化物層103。
[0029]接著，如圖1D所示，在鰭片100’之間形成隔離結(jié)構(gòu)104。形成隔離結(jié)構(gòu)104的工藝步驟包括:沉積形成隔離材料層，以完全覆蓋鰭片100’，所述隔離材料層的材料可以為氧化物，例如HARP ;執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨所述隔離材料層，以露出所述硬掩膜層的頂部；去除所述硬掩膜層、部分襯墊氧化物層103和部分所述隔離材料層，以形成隔離結(jié)構(gòu)104，在一個(gè)實(shí)施例中，采用回蝕刻工藝去除所述硬掩膜層、部分襯墊氧化物層103和部分所述隔離材料層，所述回蝕刻為干法蝕刻或濕法蝕刻。
[0030]接著，如圖1E所示，沉積絕緣層105，以完全填充鰭片100’之間的間隙。在一個(gè)實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)實(shí)施所述沉積。絕緣層105的材料優(yōu)選氧化物，例如Si02。絕緣層105的厚度為1000-2000埃。
[0031]接著，如圖1F所示，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至絕緣層105的頂部與鰭片100’的頂部之間的垂直距離為50-100埃。此時(shí)，絕緣層105的頂部已經(jīng)平坦化，可以滿足后續(xù)實(shí)施二次離子質(zhì)譜分析的要求。
[0032]至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例一的測(cè)量樣品制備方法實(shí)施的工藝步驟。
[0033][示例性實(shí)施例二]
[0034]參照?qǐng)D2