專利名稱：半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法、制造方法及器件設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到包含半導(dǎo)體器件的裝置，確切地說是涉及到半導(dǎo)體膜中摻雜劑密度和摻雜劑激活率的評(píng)估方法，且提供了一種據(jù)以考慮這些情況的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)(生產(chǎn)管理系統(tǒng))。而且，本發(fā)明提供了使計(jì)算機(jī)獲得摻雜劑激活率和控制劑量的程序。
背景技術(shù)：
在場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下稱為“FET”)、作為FET例子的薄膜晶體管(以下稱為“TFT”)、以及其它半導(dǎo)體器件中，閾值電壓是決定工作點(diǎn)的一個(gè)重要參數(shù)。閾值電壓決定于諸如摻入的摻雜劑(雜質(zhì))的激活率(以下稱為“摻雜劑激活率”)以及載流子濃度分布(以下稱為“載流子密度”)之類的因素。
換言之，必須控制摻雜劑激活率以及載流子密度，以便半導(dǎo)體器件獲得預(yù)定的特性。摻雜劑激活率由實(shí)際被激活的摻雜劑的數(shù)量對(duì)被摻入到半導(dǎo)體膜的摻雜劑的數(shù)量的比率來表示。載流子密度是在溝道形成區(qū)中實(shí)際流動(dòng)的載流子的數(shù)量，依賴于外加電壓的存在而變化。確切地說，當(dāng)摻雜劑激活率為100％時(shí)，摻雜劑密度與載流子密度相等。
通常，用霍耳測(cè)量、CV測(cè)量(電容測(cè)量方法)、或SIMS分析來獲得載流子密度。
作為上述載流子密度的測(cè)量方法的使用SIMS分析的例子，存在著下列方法一次離子被發(fā)射到處于其表面被充電條件下的導(dǎo)電的摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體膜的表面上；隨后，隨一次離子發(fā)射經(jīng)過的時(shí)間，來測(cè)量從表面發(fā)射的具有特定能量的二次離子的強(qiáng)度；以及根據(jù)對(duì)應(yīng)于二次離子強(qiáng)度的載流子濃度和對(duì)應(yīng)于一次離子發(fā)射時(shí)間的半導(dǎo)體膜的腐蝕量，來獲得半導(dǎo)體膜中沿深度方向的載流子濃度分布(參照日本專利公開No.H7-66258)。
然而，難以用霍耳測(cè)量方法來測(cè)量諸如TFT或SOI部件之類的樣品。這是因?yàn)?，?dāng)薄膜變薄時(shí)，膜的電阻率變大，霍耳電流因而變小，使得非常難以得到載流子密度。確切地說，在制作于玻璃襯底上的半導(dǎo)體器件的情況下，要求襯底接地的CV測(cè)量是毫無用處的。
而且，霍耳測(cè)量和CV測(cè)量要求不同于器件的測(cè)量特定TEG，于是要測(cè)量TEG的載流子密度。由于TEG是在不同于實(shí)際器件工藝的熱歷史的條件下產(chǎn)生的，故載流子密度和摻雜劑激活率有可能不同于器件中的。
而且，當(dāng)半導(dǎo)體膜是非晶或多晶時(shí)，由于膜中的缺陷密度很高，就實(shí)際器件而言對(duì)載流子有貢獻(xiàn)的摻雜劑密度(亦即被激活了的摻雜劑密度)對(duì)半導(dǎo)體膜的狀態(tài)變化很大。
另一方面，即使從缺陷密度低的單晶晶片得到的載流子密度，也不是必須與實(shí)際器件的數(shù)值相同。這是因?yàn)?，即使采用霍耳測(cè)量、CV測(cè)量、或SIMS分析得到了TEG的摻雜劑激活率，由于實(shí)際器件在完成之前通過幾種熱處理，故上述得到的摻雜劑激活率極有可能不同于器件半導(dǎo)體膜中的摻雜劑激活率。
而且，為了用霍耳測(cè)量或CV測(cè)量來獲得高精度的載流子密度，必須測(cè)量最大可能電容(在CV測(cè)量的情況下)或最大可能霍耳電流(在霍耳測(cè)量的情況下)。因此，霍耳測(cè)量或CV測(cè)量的TEG比器件大得多。結(jié)果，得到的載流子密度是寬廣范圍內(nèi)的平均值，且無法評(píng)估局部數(shù)值的彌散。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決此問題，本發(fā)明提供了一種精確而容易地獲得器件的摻雜劑激活率的新方法。本發(fā)明提供了一種器件生產(chǎn)方法，此方法具有適當(dāng)?shù)拈撝惦妷嚎刂疲嗉锤鶕?jù)得到的激活率而控制劑量。
本發(fā)明還提供了一種設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)(生產(chǎn)管理系統(tǒng))，借助于將摻雜裝置的摻雜量設(shè)定為適當(dāng)?shù)臄?shù)值，來進(jìn)行具有所需特性的器件的有效設(shè)計(jì)。
本發(fā)明還提供了一種程序，來在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地獲得劑量而與執(zhí)行人員的經(jīng)驗(yàn)無關(guān)。
一個(gè)器件意味著由以FET為代表的具有一定功能(移位電阻器，驅(qū)動(dòng)晶體管等)的多個(gè)半導(dǎo)體器件的集合。多個(gè)器件的集合構(gòu)成了液晶顯示裝置、EL顯示裝置、或其它顯示裝置。
考慮到上述問題，本發(fā)明人發(fā)明了一種獲得摻雜劑激活率的方法，其中，從器件的閾值電壓和平帶電壓獲得了半導(dǎo)體膜中被激活的摻雜劑的摻雜劑密度(第一摻雜劑密度)，然后從上述得到的被激活的摻雜劑的摻雜劑密度(第一摻雜劑密度)對(duì)用SIMS分析(二次離子質(zhì)譜術(shù))得到的摻入的摻雜劑密度的比率，得到了摻雜劑激活率。
能夠用以獲得摻入的摻雜劑密度的物理分析或化學(xué)分析，可被用來代替SIMS分析。例如，借助于剝離摻入了摻雜劑的膜并將其熔化在溶劑中，能夠從質(zhì)量比獲得摻入的摻雜劑密度。
具體地說，在本發(fā)明中，從器件的Vg-Id(柵電壓-漏電流)曲線得到閾值電壓和平帶電壓。然后，用本發(fā)明的理論公式，并設(shè)定被激活的摻雜劑密度為變數(shù)，得到摻雜劑密度，使從Vg-Id曲線得到的閾值電壓與平帶電壓之間的差別符合預(yù)定數(shù)值。這就是被激活的摻雜劑密度。接著，在本發(fā)明中，借助于用SIMS分析得到的摻入的摻雜劑密度除以被激活的摻雜劑密度，得到摻雜劑激活率。
利用器件Vg-Id特性中能帶變平時(shí)的柵電壓來確定平帶電壓。若柵電壓從平帶電壓正向或負(fù)向增大，則帶開始反轉(zhuǎn)，電流開始流動(dòng)。因此，平帶電壓能夠被認(rèn)為是Vg-Id曲線上關(guān)斷電流與開通電流之間的拐點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，不僅能夠得到半導(dǎo)體膜亦即溝道形成區(qū)的摻雜劑激活率，而且能夠得到源區(qū)、漏區(qū)、LDD區(qū)等(以下總稱為“雜質(zhì)區(qū)”)的摻雜劑激活率。例如，能夠如下得到LDD區(qū)的摻雜劑激活率。
首先，摻雜劑被注入到半導(dǎo)體膜中，這與注入到LDD區(qū)中是一樣的。例如，在半導(dǎo)體膜上形成絕緣膜之后，摻雜劑被注入，然后用腐蝕方法清除半導(dǎo)體膜上的絕緣膜，再將半導(dǎo)體膜圖形化成所需尺寸的器件，并在半導(dǎo)體膜上形成柵絕緣膜和柵電極，從而產(chǎn)生半導(dǎo)體器件。
然后，從產(chǎn)生的半導(dǎo)體器件的Vg-Id曲線得到閾值電壓和平帶電壓，從而能夠得到LDD區(qū)中的被激活摻雜劑密度。而且，若激活的摻雜劑密度配合SIMS分析數(shù)據(jù)，則能夠得到源區(qū)或漏區(qū)中的摻雜劑激活率。
同樣，從本發(fā)明的理論公式得到的摻雜劑激活率和其它數(shù)據(jù)可被存入數(shù)據(jù)庫(kù)。借助于對(duì)摻雜劑激活率和其它數(shù)據(jù)與溝道形成區(qū)或構(gòu)成器件的半導(dǎo)體器件雜質(zhì)區(qū)中的閾值電壓和平帶電壓進(jìn)行比較，能夠得到有關(guān)摻入的摻雜劑密度的信息。反之，從摻入的摻雜劑密度和摻雜劑激活率，能夠估計(jì)閾值電壓和平帶電壓。借助于使摻雜劑激活率和其它數(shù)據(jù)如此存入數(shù)據(jù)庫(kù)，與其中從多個(gè)樣品設(shè)定預(yù)定劑量的已知方法相比，能夠更迅速地設(shè)定劑量。
利用根據(jù)本發(fā)明的上述評(píng)估方法，能夠容易地得到器件溝道形成區(qū)和雜質(zhì)區(qū)中的摻雜劑激活率。換言之，根據(jù)本發(fā)明，有可能不測(cè)量TEG而測(cè)量作為器件的半導(dǎo)體器件。同樣，在器件中，由于能夠獲得小到幾微米的區(qū)域中的摻雜劑激活率，故能夠檢查局部數(shù)值的分散。而且，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法使得能夠在具有薄膜的器件上進(jìn)行評(píng)估。
而且，根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得根據(jù)得到的摻雜劑激活率而確定適當(dāng)?shù)膿诫s量(劑量)的器件設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。例如，能夠得到使摻雜劑激活率最大化的摻雜劑密度，然后能夠?qū)┝糠答伒綋诫s裝置。而且，當(dāng)維修或啟動(dòng)摻雜裝置時(shí)，此摻雜劑激活率能夠被用來進(jìn)行劑量的精細(xì)調(diào)節(jié)。
根據(jù)評(píng)估的目的，可以使用此摻雜劑激活率或被激活的摻雜劑密度。例如，摻雜劑激活率能夠被用來評(píng)估半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)，而激活的摻雜劑密度能夠被用來獲得劑量。但由于單純?cè)O(shè)定劑量有可能時(shí)間是不被考慮到的，故最好采用有效摻雜的摻雜劑激活率。
與利用已知的摻雜裝置生產(chǎn)的器件相比，根據(jù)本發(fā)明借助于將劑量控制到適當(dāng)數(shù)值而制作的器件具有更高的電學(xué)特性。確切地說，利用根據(jù)本發(fā)明的器件設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，能夠提供閾值電壓分散更小的器件。換言之，本發(fā)明使得能夠制造具有大規(guī)模生產(chǎn)效率的產(chǎn)品。
而且，能夠減小同一個(gè)襯底中各個(gè)半導(dǎo)體器件之間閾值電壓的分散。雖然若激活率低，閾值電壓對(duì)閾值電壓分散因素(熱處理等)的影響敏感，但借助于將摻雜劑激活率控制成高到一定程度，能夠減小閾值電壓分散因素的影響，從而減小上述閾值電壓的分散。
而且，本發(fā)明的方法能夠被用作系統(tǒng)或程序。此程序能夠被記錄在諸如硬盤、CD-ROM、光記錄器件、或磁性儲(chǔ)存器件之類的計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)中。
此處的半導(dǎo)體器件包括以TFT和FET為代表的場(chǎng)效應(yīng)型晶體管以及諸如雙極晶體管之類的結(jié)型晶體管。結(jié)型晶體管要求場(chǎng)效應(yīng)型晶體管用來測(cè)量。
如上所述，本發(fā)明提供了用來改善半導(dǎo)體器件電學(xué)特性穩(wěn)定性和可靠性的精確而簡(jiǎn)單的評(píng)估方法。本發(fā)明還提供了可靠的配備有根據(jù)本發(fā)明的器件的液晶顯示裝置、EL顯示裝置、以及其它顯示裝置。


圖1A-1B示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的例子；圖2A-2B示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的另一個(gè)例子；圖3A-3B示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的例子；圖4A-4B示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量樣品；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；而圖12是根據(jù)本發(fā)明的軟件操作程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方案模式1在本實(shí)施方案模式中，將首先以激活層厚度比較大的情況下可能的局部耗盡FET的例子來描述根據(jù)本發(fā)明的理論公式。局部耗盡意味著即使在強(qiáng)反轉(zhuǎn)條件下，激活層也僅僅局部耗盡的狀態(tài)。
Vth和Vfb分別表示FET的閾值電壓和平帶電壓。而且，Cox表示FET絕緣膜的電容，而Q表示積累在耗盡層中的電荷。且Vs表示表面勢(shì)。于是，下列公式成立Vg-Vfb＝Q/Cox+Vs (1)此處，Vg表示施加到FET柵電極的電壓。從這一公式，若Vg＝Vth，則下式成立Vth＝Vfb+Q/Cox+Vs(2)Q＝e×Nd×Wmax (3)Vs＝(e×Nd×Wmax2)/(2ε0×εSi)＝2Vf(4)Nd表示激活的摻雜劑密度，而e表示電子電荷。Wmax表示耗盡層的寬度。電位Vf由離開絕緣膜邊界表面的本體區(qū)域中的費(fèi)米能級(jí)Ef與本征(true)費(fèi)米能級(jí)Ei之間的差值給定，且由公式(5)表示。
Vf＝(Ef-Ei)/e(5)
而且，由ni表示本征載流子密度，下列公式成立Nd＝ni×exp((Ef-Ei)/kT) (6)從公式(4)、(5)、(6)，得到下列公式Vs＝(2kT/e)×1n(Nd/ni)＝(e×Nd×Wmax2)/(2ε0×εSi)(7)半導(dǎo)體的真空介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)分別由ε0和εSi表示。從公式(7)，Wmax由下式表示W(wǎng)max＝[(4ε0×εSi×kT)/(e2×Nd)×1n(Nd/ni)]1/2(8)從公式(2)、(3)、(7)、(8)，得到下列公式Vth-Vfb＝(e×Nd/Cox)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×Nd)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni) (9)從公式(9)，可以理解，若數(shù)值被給予Vth和Vfb，則能夠得到激活的摻雜劑密度Nd。但公式(9)無法解析求解，必須數(shù)值求解。由于Nd和ni是指數(shù)表示的大數(shù)，故若將公式修正成下列公式，以數(shù)值計(jì)算來降低變量的因次，則更容易計(jì)算。
Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni) (10)在實(shí)際計(jì)算中，Nd/ni被設(shè)定為變量，使公式(10)左側(cè)和右側(cè)數(shù)值相等而得到Nd/ni。
接著，將描述在激活層膜厚度小的情況下成立的根據(jù)本發(fā)明的完全耗盡FET的理論公式。在完全耗盡的類型中，反轉(zhuǎn)條件下的耗盡層寬度等于激活層的厚度。用tSi表示激活層的厚度，在完全耗盡FET的情況下，下列公式成立Vth-Vfb＝(e×Nd×tSi)/Cox+2Vf＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(11)在上述情況下，必須根據(jù)激活層的膜厚度采用不同的計(jì)算公式。用下列公式幾乎能夠確定FET是局部耗盡型還是完全耗盡型，亦即，若tSi＞[(4ε0×εSi×Vf)/(e×Nd)]1/2成立，則能夠確定FET是局部耗盡型，而若tSi＜[(4ε0×εSi×Vf)/(e×Nd)]1/2成立，則能夠確定FET是完全耗盡型。
如上所述，從半導(dǎo)體器件的閾值電壓與平帶電壓之間的差值，能夠得到激活的摻雜劑密度(Nd)，且從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度，能夠得到摻雜劑激活率。為了得到實(shí)際半導(dǎo)體上的激活的摻雜劑密度，某些情況下要在上述公式中考慮修正項(xiàng)。
計(jì)算所需的閾值電壓Vth可以從FET的Vg-Id曲線得到。用下列公式根據(jù)溝道逐漸近似法給出飽和區(qū)中的漏電流Id＝(W/2L)×Cox×uFE×(Vg-Vth)2(12)W和L分別表示溝道形成區(qū)的寬度和長(zhǎng)度。Cox和uFE分別表示絕緣膜的電容和電場(chǎng)效應(yīng)運(yùn)動(dòng)的程度。從公式(12)可以理解，若公式(12)二側(cè)平方，則Id和Vg的平方處于線性關(guān)系。此直線與X軸的交點(diǎn)給出了閾值電壓Vth。
上述公式以及從器件電學(xué)特性(Vg-Id曲線)得到的閾值電壓(Vth)和平帶電壓(Vfb)，確定了摻雜劑密度(Nd)。從這一摻雜劑密度(Nd)和由SIMS分析得到的摻雜劑密度(Nc)，能夠容易地得到摻雜劑激活率(Nd/Nc)。
同樣，可以將根據(jù)本發(fā)明得到的摻雜劑激活率，其加熱條件和摻雜條件組成數(shù)據(jù)庫(kù)，以便得到其閾值電壓和平帶電壓已經(jīng)得到了的測(cè)量樣品的摻雜劑密度(Nc)。
而且，對(duì)于其摻雜劑密度(Nc)已經(jīng)得到了的測(cè)量樣品，在各個(gè)測(cè)量樣品的加熱條件和摻雜條件相同的條件下，能夠得到根據(jù)被測(cè)量樣品產(chǎn)生的FET的閾值電壓和平帶電壓。
雖然在本實(shí)施方案中已經(jīng)用FET描述了例子，但本發(fā)明能夠被應(yīng)用于任何器件，例如被應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的理論公式對(duì)其成立的TFT。
實(shí)施方案模式2在本實(shí)施方案模式中，參照?qǐng)D1A和1B來描述一種設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，此設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)將如實(shí)施方案1中那樣得到的摻雜劑激活率反饋到器件生產(chǎn)工藝。
圖1A和1B分別是設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其流程圖。
首先，生產(chǎn)半導(dǎo)體器件，然后，用Vg-Id特性測(cè)量?jī)x102和SIMS分析裝置103，對(duì)作為測(cè)量樣品101的這一器件進(jìn)行測(cè)量。然后，從Vg-Id特性得到的閾值電壓(Vth)和平帶電壓(Vfb)被輸入到計(jì)算機(jī)105，并根據(jù)本發(fā)明的理論公式計(jì)算摻雜劑密度(Nd)。而且，從由SIMS分析得到的摻雜劑密度(Nc)以及由理論公式得到的摻雜劑密度(Nd)，用計(jì)算機(jī)105來計(jì)算摻雜劑激活率。
接著，根據(jù)得到的摻雜劑激活率，來確定其中考慮了閾值電壓的最佳劑量(例如具有最高激活率的劑量)，并對(duì)摻雜裝置106進(jìn)行控制，使劑量成為所確定的數(shù)值。換言之，摻雜劑激活率被反饋到摻雜裝置的劑量。
而且，可以在計(jì)算機(jī)105與摻雜裝置106之間提供器件模擬器。對(duì)于電路所需的器件尺寸的計(jì)算，器件模擬器要求輸入溝道形成區(qū)、源區(qū)、或漏區(qū)中的摻雜劑密度(Nd)。此摻雜劑密度(Nd)能夠從閾值電壓和平帶電壓得到。用來改善器件可靠性所需的LDD區(qū)中的摻雜劑密度，用器件模擬器來計(jì)算，將摻雜劑密度設(shè)定到所需數(shù)值的劑量，由計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，且得到的劑量被傳輸?shù)綋诫s裝置，從而使得有可能有效地生產(chǎn)可靠的器件。
利用溝道形成區(qū)或雜質(zhì)區(qū)中的摻雜劑激活率，能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)施方案模式中的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。
如上所述，借助于從摻雜劑激活率確定劑量，有可能有效地生產(chǎn)被控制為最佳閾值電壓的器件。
實(shí)施方案模式3在本實(shí)施方案模式中，參照?qǐng)D2A和2B來描述將摻雜劑激活率累積成數(shù)據(jù)庫(kù)情況下的不同于實(shí)施方案模式2的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。
圖2A是此設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，而圖2B是此設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的流程圖。根據(jù)對(duì)測(cè)量樣品已經(jīng)進(jìn)行了Vg-Id特性測(cè)量和SIMS分析中的哪一個(gè)，本實(shí)施方案模式能夠被分成二種方法(i)和(ii)。
首先來描述方法(i)。首先，用Vg-Id特性測(cè)量?jī)x202，在包含半導(dǎo)體器件的測(cè)量樣品A 201上進(jìn)行測(cè)量。然后，從得到的閾值電壓和得到的平帶電壓，計(jì)算機(jī)205計(jì)算摻雜劑密度(Nd)。而且，用計(jì)算機(jī)205計(jì)算累積的摻雜劑激活率和摻雜劑密度(Nd)。結(jié)果就得到測(cè)量樣品A 201的摻雜劑密度(Nc)。
然后，根據(jù)得到的摻雜劑密度(Nc)和摻雜劑激活率，來控制摻雜裝置的劑量。換言之，摻雜劑密度(Nc)被反饋到摻雜裝置的劑量。
方法(ii)是用于用SIMS分析裝置203在包含半導(dǎo)體器件的測(cè)量樣品B 211上進(jìn)行測(cè)量的情況的。用計(jì)算機(jī)205對(duì)由SIMS分析得到的摻雜劑密度(Nc)和累積的摻雜劑激活率進(jìn)行比較。結(jié)果就得到測(cè)量樣品B 211的摻雜劑密度(Nd)和閾值電壓或平帶電壓。
然后，根據(jù)得到的摻雜劑密度(Nd)和摻雜劑激活率，來控制摻雜裝置的劑量。換言之，閾值電壓和平帶電壓被反饋到摻雜裝置的劑量。
如同在實(shí)施方案模式1中那樣，可以在計(jì)算機(jī)205與摻雜裝置206之間提供器件模擬器。
如上所述，對(duì)于多個(gè)半導(dǎo)體器件，能夠?qū)㈤撝惦妷?、平帶電壓、摻雜劑密度(Nd和Nc)、以及摻雜劑激活率組成數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)果，借助于在半導(dǎo)體器件上執(zhí)行Vg-Id特性測(cè)量或SIMS分析，能夠確定最佳的劑量。
實(shí)施方案模式4在本實(shí)施方案模式中，參照?qǐng)D3A和3B來描述用來控制劑量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、以及主機(jī)計(jì)算機(jī)的各種類型的計(jì)算機(jī)，可以被用作上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。此計(jì)算機(jī)配備有裝配諸如中央處理器(CPU)、主存儲(chǔ)單元(RAM)、協(xié)同處理器、圖象加速器、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(cash)硬件存儲(chǔ)器、輸入-輸出控制裝置(I/O)之類的在普通計(jì)算機(jī)上的硬件裝置。而且，也可以提供諸如硬盤裝置之類的外部存儲(chǔ)裝置以及諸如英特網(wǎng)之類的通信裝置。
圖3A示出了包含終端301、摻雜裝置302、計(jì)算機(jī)311、以及測(cè)量裝置321的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)造圖。
終端301包含用來輸入半導(dǎo)體器件生產(chǎn)條件和器件設(shè)計(jì)條件等的裝置。個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和計(jì)算機(jī)等能夠被用作終端301。終端301和摻雜裝置302被提供在生產(chǎn)器件的處所(例如潔凈工作室)。
計(jì)算機(jī)311包含用來根據(jù)從測(cè)量裝置321輸入的閾值電壓(Vth)、平帶電壓(Vfb)、以及摻雜劑密度(Nc)而計(jì)算劑量的裝置(計(jì)算裝置312)以及用來將從計(jì)算裝置得到的劑量設(shè)定到摻雜裝置的裝置(設(shè)定裝置315)。計(jì)算機(jī)311包含輸出裝置，此輸出裝置使劑量能夠以打印或顯示的方法輸出。
計(jì)算機(jī)311還可以包含存儲(chǔ)裝置313，用來記錄從計(jì)算裝置312得到的各個(gè)閾值電壓(Vth)、平帶電壓(Vfb)、摻雜劑密度(Nc)、半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)條件、器件的設(shè)計(jì)條件等。
而且，計(jì)算機(jī)311可以包含判定裝置314，用以根據(jù)半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)條件和器件的設(shè)計(jì)條件等來從存儲(chǔ)裝置313選擇適當(dāng)?shù)膭┝?。更?yōu)選的是將對(duì)各個(gè)摻雜裝置唯一的條件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置313中，使最佳的劑量能夠被判定裝置314選擇。
計(jì)算機(jī)311可以被安裝在生產(chǎn)器件的處所或不同的處所。在計(jì)算機(jī)311被安裝在不同處所的情況下，是為終端301處的輸入的各個(gè)條件，可以通過網(wǎng)絡(luò)被輸入到判定裝置314。
測(cè)量裝置321對(duì)是為器件電特性的Vg-Id特性進(jìn)行測(cè)量，從而得到閾值電壓(Vth)和平帶電壓(Vfb)。而且，進(jìn)行SIMS分析測(cè)量，以便得到器件的摻雜劑密度(Nc)。測(cè)量裝置321可以被安裝在生產(chǎn)器件的處所或不同的處所。在測(cè)量裝置321安裝在不同處所的情況下，測(cè)量裝置的各個(gè)結(jié)果可以通過網(wǎng)絡(luò)被輸入到計(jì)算裝置312。測(cè)量裝置321和計(jì)算機(jī)311可以被安裝在同一個(gè)處所。
接著，用圖3B來描述系統(tǒng)的二種方法。通過方法(i)，信息流入到摻雜裝置中，而通過方法(ii)，被判定裝置314從存儲(chǔ)裝置313選擇的信息流入到摻雜裝置中。
關(guān)于方法(i)，從輸入到計(jì)算裝置312的器件閾值電壓(Vth)和平帶電壓(Vfb)得到摻雜劑密度(Nd)。根據(jù)摻雜劑密度(Nc)計(jì)算摻雜劑激活率。而且，根據(jù)摻雜劑激活率計(jì)算劑量。然后，用設(shè)定裝置315來設(shè)定劑量，此劑量被輸出到摻雜裝置。
關(guān)于方法(ii)，從儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置313中的數(shù)據(jù)庫(kù)，由判定裝置314選擇符合半導(dǎo)體器件生產(chǎn)條件和器件設(shè)計(jì)條件的摻雜劑激活率，并確定摻雜劑密度(Nc)。
而且，用來得到預(yù)定摻雜劑密度的劑量有時(shí)隨各個(gè)摻雜裝置而變化。在此情況下，參照被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置313中的對(duì)各個(gè)摻雜裝置唯一的條件，從而確定用來得到上述判定的摻雜劑密度的最佳劑量，并輸出到摻雜裝置。
接著，參照?qǐng)D12來描述劑量控制程序即上面用圖3B中(ii)所述的方法的路由流的例子。
首先，輸入從被測(cè)量半導(dǎo)體器件的電學(xué)特性得到的Vth和Vfb，以便從根據(jù)本發(fā)明的理論公式計(jì)算摻雜劑密度(Nd)。還輸入器件的設(shè)計(jì)條件(待要制作的部分和半導(dǎo)體器件的構(gòu)造等)以及半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)條件(半導(dǎo)體膜的激活條件等)。然后，考慮半導(dǎo)體器件的摻雜劑密度(Nd)和生產(chǎn)條件，計(jì)算器件設(shè)計(jì)條件的最佳摻雜劑激活率。此時(shí)，參照儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的器件設(shè)計(jì)條件、半導(dǎo)體器件生產(chǎn)條件、以及摻雜劑激活率條件，從而得到最佳摻雜劑激活率。
接著，根據(jù)摻雜劑激活率，計(jì)算摻入的摻雜劑密度(Nc)。摻雜裝置必須足夠穩(wěn)定，以便能夠摻入一定的劑量，并可以將使得各個(gè)摻雜裝置能夠摻入預(yù)定劑量的各個(gè)條件組成數(shù)據(jù)庫(kù)。亦即，參照其中儲(chǔ)存了各個(gè)摻雜裝置的條件的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而確定用來得到預(yù)定摻雜劑密度的劑量。
得到的劑量的結(jié)果被顯示。然后可以將此劑量輸出到摻雜裝置，打印出來，或以其它方式輸出。而且，將包括得到的劑量的數(shù)據(jù)保存和儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
如上所述，利用控制劑量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠有效地確定劑量。而且，在短時(shí)間內(nèi)以恒定的結(jié)果得到劑量，與執(zhí)行人員的經(jīng)驗(yàn)無關(guān)。
實(shí)施方案1在本實(shí)施方案中，將描述獲得器件溝道形成區(qū)中的摻雜劑激活率的結(jié)果。硼(B)被用作摻雜劑。
首先，參照?qǐng)D4A和4B來描述測(cè)量樣品的剖面(A)和SIMS分析樣品的剖面(B)。
如圖4A中(i)所示，半導(dǎo)體膜401被形成在絕緣襯底400上。半導(dǎo)體膜401被激光晶化、熱晶化、或用其中加有促進(jìn)晶化的金屬元素的晶化方法晶化。在本實(shí)施方案中，半導(dǎo)體膜被熱晶化。
如圖4A中(ii)所示，硼被摻入到晶化的半導(dǎo)體膜401中。此時(shí)，在6種條件下設(shè)定劑量，以便形成表1所示的測(cè)量樣品1-6。
表1

對(duì)于SIMS樣品，在半導(dǎo)體膜晶化之后，在1×1013/cm2，30kV，5W，沒有被圖形化的條件下?lián)饺肱?。從而完成SIMS樣品。
接著，如圖4A中(iii)所示，僅僅測(cè)量樣品的半導(dǎo)體膜被圖形化成所需的形狀，且尺寸被設(shè)定為L(zhǎng)/W＝8/8微米。然后，借助于形成絕緣膜402而覆蓋測(cè)量樣品和SIMS樣品的半導(dǎo)體膜。
而且，如圖4A中(iv)所示，借助于層疊第一導(dǎo)電膜403和第二導(dǎo)電膜404而形成柵電極。然后，以柵電極作為掩模，摻入磷(P)，形成源和漏區(qū)405、第一低濃度雜質(zhì)區(qū)406、以及與柵電極重疊的第二低濃度雜質(zhì)區(qū)407，從而完成n溝道TFT。
器件的各個(gè)樣品1-6和SIMS樣品，可以被制作在同一個(gè)襯底或不同的襯底上。在SIMS樣品制作在不同襯底上的情況下，可以采用硅晶片。若摻雜裝置是穩(wěn)定的，則可以產(chǎn)生進(jìn)行SIMS分析的SIMS樣品的襯底。換言之，若各個(gè)襯底或各個(gè)批次的注入條件(GI膜厚度，注入能量等)不變化，則沒有必要對(duì)各個(gè)襯底或批次進(jìn)行SIMS分析。
而且，進(jìn)行測(cè)量樣品1-6的Vg-Id特性測(cè)量。結(jié)果被示于圖9中。從圖9得到測(cè)量樣品1-6的閾值電壓Vth(V)和平帶電壓。結(jié)果示于表2中。
表2

從得到的結(jié)果，圖5示出了硼劑量與閾值電壓之間的關(guān)系。從圖5可以理解，隨著硼劑量增大，閾值電壓上升。但圖5示出了硼劑量與閾值電壓之間的關(guān)系，但沒有示出激活的硼與閾值電壓之間的關(guān)系。
接著，圖6示出了SIMS樣品中硼深度分布的SIMS分析結(jié)果。在本實(shí)施方案中，其上形成有1微米絕緣膜的硅晶片被用作SIMS樣品，其中的硅晶片是不同于測(cè)量樣品的襯底。由于SIMS樣品的半導(dǎo)體膜(硅膜)的膜厚度為50nm，故能夠估計(jì)硼密度約為每立方厘米4×1018。同樣，可以假設(shè)從SIMS得到的劑量和硼濃度彼此線性比例。因此，從圖6中的結(jié)果能夠簡(jiǎn)單地估計(jì)每平方厘米1×1013劑量之外的硼濃度。例如，當(dāng)以每平方厘米5.0×1013的摻雜量摻雜時(shí)，存在于半導(dǎo)體膜中的硼濃度被計(jì)算為每立方厘米(5.0×1013/1.0×1013)×4×1018。
而且，表3示出了使從Vg-Id曲線得到的閾值電壓和平帶電壓被提供給理論公式得到的摻雜劑密度Nd的結(jié)果，從SIMS分析得到的摻雜劑密度Nc，以及摻雜劑激活率(Nd/Nc)。
表3

根據(jù)表3，圖7示出了劑量與激活的摻雜劑密度(Nd)之間的關(guān)系。從圖7可以理解，劑量與激活的摻雜劑密度之間的關(guān)系不是線性的。這表明摻雜劑激活率隨劑量而變化。
而且，圖8示出了劑量與摻雜劑激活率之間的關(guān)系。從圖8可以理解，劑量與摻雜劑激活率不成線性比例。而且，可以看到劑量增大的區(qū)域的激活率下降。
通常，膜中的缺陷密度比率越高，激活率就越低。因此可以理解，由于某些區(qū)域中缺陷密度對(duì)劑量的比率變高，故激活率降低。若劑量進(jìn)一步增大，則可以理解，因?yàn)楦邠饺氲膿诫s劑密度的作用大于缺陷密度的作用，故激活率增大。
以這種方式，摻雜劑激活率與半導(dǎo)體膜中的缺陷密度之間的相對(duì)比較是可能的。
如上所述，由于劑量與摻雜劑激活率之間不存在特定的關(guān)系，故必須獲得劑量或工藝各種變化的摻雜劑激活率，并控制閾值電壓。如在實(shí)施方案模式中所述的那樣，也有可能從摻雜劑激活率得到閾值電壓和平帶電壓，并從SIMS分析得到摻入的雜質(zhì)量。
本發(fā)明能夠被應(yīng)用于例如單個(gè)漏結(jié)構(gòu)、Gold結(jié)構(gòu)、LDD結(jié)構(gòu)、二重(Dual)柵結(jié)構(gòu)、以及雙柵(Double)結(jié)構(gòu)的任何結(jié)構(gòu)的FET。
諸如熱氧化膜、TEOS膜、SiON膜、氮化物膜之類的單層膜、或它們組合的多層膜，能夠被用作柵絕緣膜。多晶硅、鎢、鋁、鈦、鉭之類的單層膜、或它們組合的多層膜，能夠被用作柵電極。
半導(dǎo)體晶片、玻璃、或石英，能夠被用作形成半導(dǎo)體膜的襯底。任何單晶、多晶、以及非晶，都能夠被應(yīng)用于半導(dǎo)體膜。諸如Si或Ge之類的元素，或諸如GaAs、InP、SiC、ZnSe、或GaN之類的化合物半導(dǎo)體，能夠被應(yīng)用于半導(dǎo)體膜材料。而且，諸如SiGe或AlxGaAs1-x之類的混晶半導(dǎo)體，也能夠被應(yīng)用。
而且，本發(fā)明能夠被應(yīng)用于用作n型或p型施主(磷，砷，銻)或n型或p型受主(硼，Sn，Al等)的任何摻雜劑。雖然在本實(shí)施方案中，用n溝道TFT得到了是為p型摻雜劑的硼的激活率，但也可以用p溝道TFT得到n型摻雜劑的激活率。例如，若用作施主的n型摻雜劑被注入到有源層中，并從p型TFT的Vg-Id曲線得到閾值電壓和平帶電壓，則也能夠得到n型摻雜劑的激活率。
實(shí)施方案2在本實(shí)施方案中，對(duì)于測(cè)量樣品1-5，示出了閾值電壓(Vth)、平帶電壓(Vfb)、以及從根據(jù)本發(fā)明的理論公式得到的摻雜劑密度(Nd)的平面內(nèi)分布的測(cè)量結(jié)果。
平面內(nèi)分布是同一個(gè)襯底內(nèi)閾值電壓(Vth)、平帶電壓(Vfb)、以及摻雜劑密度(Nd)的分散的一種測(cè)量。首先，參考號(hào)(1，1)，(1，2)，....被賦予制作在同一個(gè)襯底上的測(cè)量樣品。得到各個(gè)參考號(hào)的測(cè)量樣品的分散。圖10示出了測(cè)量樣品1的結(jié)果，而圖11示出了測(cè)量樣品5的結(jié)果。X軸和Y軸表示賦予測(cè)量樣品的參考號(hào)((0，0)-(9，9))，且提供的測(cè)量樣品數(shù)目為10×10。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使襯底中局部數(shù)值的分散也能夠被評(píng)估，這在已知方法中是不可能的。
利用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的新的評(píng)估方法，能夠容易地得到器件的摻雜劑激活率。本發(fā)明提供了一種以適當(dāng)閾值電壓控制，亦即根據(jù)得到的摻雜劑激活率的劑量控制而執(zhí)行的器件生產(chǎn)方法。
而且，本發(fā)明提供了一種器件的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，用以借助于將摻雜裝置的摻雜量設(shè)定到適當(dāng)?shù)臄?shù)值而有效地設(shè)計(jì)具有所需特性的器件。
本發(fā)明還提供了一種程序即計(jì)算機(jī)可讀的媒質(zhì)，利用此程序，能夠在短時(shí)間內(nèi)得到某些結(jié)果的劑量，與執(zhí)行人員的經(jīng)驗(yàn)無關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，它包含測(cè)量半導(dǎo)體器件柵電壓的漏電流特性；從半導(dǎo)體器件柵電壓的漏電流特性得到閾值電壓和平帶電壓；從閾值電壓和平帶電壓得到激活的摻雜劑密度；以及得到半導(dǎo)體器件中摻入的摻雜劑密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，其中，利用二次離子質(zhì)譜術(shù)分析來得到半導(dǎo)體器件中摻入的摻雜劑密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，其中，得到半導(dǎo)體器件溝道形成區(qū)中的激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，其中，得到半導(dǎo)體器件雜質(zhì)區(qū)中的激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，還包含從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
6.一種器件設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，它包含用來測(cè)量構(gòu)成器件的半導(dǎo)體器件的柵電壓的漏電流特性的裝置；計(jì)算機(jī)，它具有用來從柵電壓的漏電流特性計(jì)算激活的摻雜劑密度的裝置；以及用來測(cè)量半導(dǎo)體器件中摻入的摻雜劑密度的裝置，其中，計(jì)算機(jī)具有從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度計(jì)算摻雜劑激活率以及從摻雜劑激活率確定劑量的功能。
7.一種器件設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，它包含用來測(cè)量構(gòu)成器件的半導(dǎo)體器件的柵電壓的漏電流特性，且獲得閾值電壓和平帶電壓的裝置；以及計(jì)算機(jī)，它具有用來從閾值電壓和平帶電壓計(jì)算激活的摻雜劑密度以及計(jì)算摻雜劑激活率的裝置，其中，計(jì)算機(jī)具有從摻雜劑激活率和激活的摻雜劑密度確定劑量的功能。
8.一種器件設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，它包含用來測(cè)量構(gòu)成器件的半導(dǎo)體器件中摻入的摻雜劑密度的裝置；以及計(jì)算機(jī)，它具有用來從摻雜劑密度和摻雜劑激活率計(jì)算閾值電壓和平帶電壓的裝置，其中，計(jì)算機(jī)具有從摻雜劑激活率以及閾值電壓和平帶電壓確定劑量的功能。
9.一種半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，它包含在絕緣表面上形成半導(dǎo)體膜；對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行晶化；將摻雜劑以一定劑量摻入到晶化了的半導(dǎo)體膜，其中，根據(jù)半導(dǎo)體膜的溝道形成區(qū)中摻雜劑的摻雜劑激活率來確定摻雜劑的劑量；以及激活半導(dǎo)體膜中摻入的摻雜劑。
10.一種半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，它包含在絕緣表面上形成半導(dǎo)體膜；對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行晶化；將摻雜劑以一定劑量摻入到晶化了的半導(dǎo)體膜，以便形成源區(qū)和漏區(qū)，其中，根據(jù)摻雜劑的摻雜劑激活率來確定摻雜劑的劑量；以及激活半導(dǎo)體膜中摻入的摻雜劑。
11.一種計(jì)算機(jī)的劑量控制程序，此程序控制半導(dǎo)體器件中的劑量，所述計(jì)算機(jī)包含計(jì)算裝置，用來從半導(dǎo)體器件的閾值電壓和平帶電壓計(jì)算摻雜劑激活率；以及設(shè)定裝置，用來根據(jù)從計(jì)算裝置得到的摻雜劑激活率而設(shè)定預(yù)定劑量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的劑量控制程序，其中，計(jì)算裝置利用下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，ε0是真空介電常數(shù)，εSi是半導(dǎo)體介電常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的劑量控制程序，其中，計(jì)算裝置利用下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，tSi是有源層厚度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
14.一種計(jì)算機(jī)的劑量控制程序，此程序控制半導(dǎo)體器件中的劑量，所述計(jì)算機(jī)包含計(jì)算裝置，用來從半導(dǎo)體器件的閾值電壓和平帶電壓計(jì)算摻雜劑激活率；存儲(chǔ)裝置，用來記錄由計(jì)算裝置對(duì)多個(gè)具有不同生產(chǎn)條件的半導(dǎo)體器件得到的摻雜劑激活率；判定裝置，用來從存儲(chǔ)裝置選擇預(yù)定半導(dǎo)體器件的摻雜劑激活率；以及設(shè)定裝置，用來根據(jù)判定裝置選擇的摻雜劑激活率而設(shè)定劑量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的劑量控制程序，其中，計(jì)算裝置利用下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，ε0是真空介電常數(shù)，εSi是半導(dǎo)體介電常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的劑量控制程序，其中，計(jì)算裝置利用下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，tSi是有源層厚度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
17.一種計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)，它記錄計(jì)算機(jī)的劑量控制程序，此程序控制半導(dǎo)體器件中的劑量，所述計(jì)算機(jī)包含計(jì)算裝置，用來從半導(dǎo)體器件的閾值電壓和平帶電壓計(jì)算摻雜劑激活率；設(shè)定裝置，用來根據(jù)從計(jì)算裝置得到的摻雜劑激活率而設(shè)定預(yù)定劑量；以及用來輸出由設(shè)定裝置設(shè)定的劑量的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的記錄劑量控制程序的計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，ε0是真空介電常數(shù)，εSi是半導(dǎo)體介電常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的記錄劑量控制程序的計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，tSi是有源層厚度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
20.一種記錄計(jì)算機(jī)的劑量控制程序的計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)，此程序控制半導(dǎo)體器件中的劑量，所述計(jì)算機(jī)包含計(jì)算裝置，用來從半導(dǎo)體器件的閾值電壓和平帶電壓計(jì)算摻雜劑激活率；存儲(chǔ)裝置，用來記錄由計(jì)算裝置對(duì)多個(gè)具有不同生產(chǎn)條件的半導(dǎo)體器件得到的摻雜劑激活率；判定裝置，用來從存儲(chǔ)裝置選擇預(yù)定半導(dǎo)體器件的摻雜劑激活率；以及設(shè)定裝置，用來根據(jù)判定裝置選擇的摻雜劑激活率而設(shè)定劑量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的記錄劑量控制程序的計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，ε0是真空介電常數(shù)，εSi是半導(dǎo)體介電常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的記錄劑量控制程序的計(jì)算機(jī)可讀的記錄媒質(zhì)，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，tSi是有源層厚度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
23.一種半導(dǎo)體器件的劑量控制裝置，它包含用來輸入半導(dǎo)體器件的閾值電壓和平帶電壓或其中的摻雜劑密度的裝置；計(jì)算裝置，用來從閾值電壓和平帶電壓計(jì)算摻雜劑激活率；設(shè)定裝置，用來根據(jù)從計(jì)算裝置得到的摻雜劑激活率而設(shè)定預(yù)定劑量；以及用來輸出由設(shè)定裝置設(shè)定的劑量的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的劑量控制裝置，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，ε0是真空介電常數(shù)，εSi是半導(dǎo)體介電常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的劑量控制裝置，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，tSi是有源層厚度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
26.一種半導(dǎo)體器件的劑量控制裝置，它包含用來輸入半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)條件或包括半導(dǎo)體器件的器件的設(shè)計(jì)條件的裝置；計(jì)算裝置，用來從待要測(cè)量的半導(dǎo)體器件的閾值電壓和平帶電壓計(jì)算摻雜劑激活率；存儲(chǔ)裝置，用來記錄由計(jì)算裝置對(duì)多個(gè)具有不同生產(chǎn)條件的半導(dǎo)體器件得到的摻雜劑激活率；判定裝置，用來從存儲(chǔ)裝置選擇預(yù)定半導(dǎo)體器件的摻雜劑激活率；設(shè)定裝置，用來根據(jù)從判定裝置選擇的摻雜劑激活率而設(shè)定劑量；以及用來輸出由設(shè)定裝置設(shè)定的劑量的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的劑量控制裝置，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×ni/Cox)(Nd/ni)×[(4ε0×εSi×kT)/(e2×(Nd/ni)×ni)×1n(Nd/ni)]1/2+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，ε0是真空介電常數(shù)，εSi是半導(dǎo)體介電常數(shù)，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的劑量控制裝置，其中，計(jì)算裝置根據(jù)下列公式得到激活的摻雜劑密度Vth-Vfb＝(e×(Nd/ni)×ni×tSi)/Cox+(2kT/e)×1n(Nd/ni)(此處，Vth是閾值電壓，Vfb是平帶電壓，e是電子電荷，ni是本征載流子密度，tSi是有源層厚度，Cox是半導(dǎo)體器件絕緣膜電容，Nd是激活的摻雜劑密度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度)，并從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
29.一種半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，它包含測(cè)量半導(dǎo)體器件柵電壓的漏電流特性；從半導(dǎo)體器件柵電壓的漏電流特性得到激活的摻雜劑密度；得到半導(dǎo)體器件中摻入的摻雜劑密度，以及從激活的摻雜劑密度和摻入的摻雜劑密度得到摻雜劑激活率。
全文摘要
提供了一種以不同于采用霍耳測(cè)量或CV測(cè)量來獲得載流子密度的方法的途徑精確而簡(jiǎn)單地獲得器件摻雜劑激活率的新方法，還提供了一種以適當(dāng)閾值電壓控制，亦即根據(jù)得到的激活率的劑量控制來執(zhí)行的器件生產(chǎn)方法。本發(fā)明人發(fā)明了一種方法，其中，根據(jù)器件的閾值電壓和平帶電壓而得到半導(dǎo)體膜中激活的摻雜劑密度(第一摻雜劑密度)，然后根據(jù)得到的激活的摻雜劑密度對(duì)用SIMS分析得到的摻入的摻雜劑密度(第二摻雜劑密度)的比率而得到摻雜劑激活率。本發(fā)明使得能夠容易地獲得器件的溝道形成區(qū)和雜質(zhì)區(qū)中的摻雜劑激活率。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1499601SQ20031011483
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者本田達(dá)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所