專利名稱：半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件的制造方法和評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，尤其涉及一種評(píng)估柵極下方硅有源區(qū)的雜質(zhì)分布的方法，以及適于評(píng)估上述雜質(zhì)分布的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著“遍在信息時(shí)代(ubiquitous era)”的來(lái)臨，要求信息裝置進(jìn)一步小型化、可提供更高的性能，以及以更低的功率運(yùn)行。用于如服務(wù)器、家庭數(shù)字電子設(shè)備、移動(dòng)電話的LSI(大規(guī)模集成電路)的詳細(xì)規(guī)則(設(shè)計(jì)規(guī)則)正在發(fā)展之中。“45納米代(45nm-generation)”晶體管的開發(fā)不斷取得進(jìn)展，其中柵極線寬小于40納米。為了使包含大量具有這些詳細(xì)規(guī)則的晶體管的LSI能夠穩(wěn)定運(yùn)行，統(tǒng)一每個(gè)晶體管的性能十分重要，從而可減少性能差異的晶體管制造方法變得很重要。
如果通過(guò)蝕刻構(gòu)造的晶體管柵極的形狀有較大差異，則晶體管的工作特性差異也會(huì)較大。因此，為了確定晶體管性能改變的原因，在制造期間，廣泛使用通過(guò)電子顯微鏡評(píng)估經(jīng)蝕刻之后柵極的加工形狀(柵極LER，柵極線邊緣粗糙度)的方法。
然而，通過(guò)電子顯微鏡觀測(cè)的柵極加工形狀的改變，不一定與晶體管性能的改變相同。也就是說(shuō)，即使柵極加工形狀的改變程度與晶體管性能的改變程度相同，不同晶體管的性能改變也可能不同。這是因?yàn)闇系绤^(qū)與源-漏擴(kuò)散層的延伸區(qū)之間的邊界處雜質(zhì)分布改變，其中該延伸區(qū)延伸到柵極下方的硅有源區(qū)。
因此，容易想到通過(guò)去除柵極，使用掃描隧道顯微鏡(STM)直接測(cè)量和評(píng)估有源區(qū)中的雜質(zhì)分布。
圖1顯示將傳統(tǒng)的蝕刻方法應(yīng)用于去除柵極以目視檢查雜質(zhì)分布的實(shí)例。在圖1左側(cè)的(a)中，側(cè)壁絕緣膜106形成在多晶硅柵極105的側(cè)壁上，該多晶硅柵極105經(jīng)由柵極絕緣膜(柵極氧化膜)104形成在硅襯底101上。此外，源極102和漏極102形成在硅襯底101上，在源極102和漏極102之間具有溝道103。如上所述，伸出到位于柵極105正下方的硅有源區(qū)的源極和漏極102的延伸重疊距離(D)，是評(píng)估晶體管特性的重要參數(shù)之一。為了獲得延伸重疊距離(D)，需要測(cè)量和評(píng)估雜質(zhì)分布。
通常，通過(guò)KOH、氫氟酸-硝酸(HF-HNO3)、有機(jī)堿等進(jìn)行濕蝕刻，以去除由多晶硅制成的柵極105，而且采用多晶硅與柵極絕緣膜的蝕刻選擇性。然而，由于混合比率和工藝溫度的精確調(diào)整比較困難，因此如圖1右側(cè)的(b)所示，常去除柵極絕緣膜104及其下方的有源區(qū)。也就是說(shuō)，在硅襯底中產(chǎn)生損傷區(qū)108，從而不可能準(zhǔn)確地測(cè)量雜質(zhì)分布。
在小于0.13μm技術(shù)的情況下，由于MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的柵極嚴(yán)重?fù)p壞而導(dǎo)致性能下降。人們嘗試將金屬用作柵極。在此情況下，難以通過(guò)與傳統(tǒng)的多晶硅柵極相同的技術(shù)制造MOSFET。因此，廣泛使用稱為替換柵(replacement gate)或鑲嵌柵(damascene gate)的技術(shù)。依照替換柵的方法，典型的制造工藝如下使用虛設(shè)(dummy)多晶硅形成源極和漏極；覆蓋絕緣層；用CMP(化學(xué)-機(jī)械拋光)方法露出柵極表面；選擇蝕刻虛設(shè)柵極；然后形成柵極絕緣膜和金屬柵極。
在上述制造工藝(替換柵)中，由于選擇去除虛設(shè)柵極時(shí)柵極絕緣膜也被去除，因此同樣產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷溝道層的問(wèn)題。如上所述，使用傳統(tǒng)的濕式工藝難以獲得令人滿意的蝕刻選擇性，而且經(jīng)常損傷硅襯底。雖然已經(jīng)嘗試使用三層Poly/SiN/SiO2構(gòu)成虛設(shè)柵極來(lái)解決此問(wèn)題，但增加了制造步驟數(shù)目，而這不符合需要。
此外，為了解決此問(wèn)題，提出了僅去除由多晶硅制成的柵極105而不溶解柵極絕緣膜104的另一種方法，其中，采用了TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液，且優(yōu)化了TMAH工藝條件(例如，非專利參考文獻(xiàn)1)。
H.Fukutomo等著，“直接評(píng)估低于50納米的N-MOSFET中柵極線粗糙度對(duì)延伸輪廓的影響(Direct evaluation of Gate LineRoughness Impact on Extension Profiles in Sub-50nm N-MOSFETs)”，國(guó)際電子器件大會(huì)(IEDM)技術(shù)研討，第433-436頁(yè)，2004年12月。
即使可優(yōu)化僅去除多晶硅柵極105而留下柵極絕緣膜104的TMAH工藝，但條件的優(yōu)化以及蝕刻選擇性的控制仍然是困難的，而且不能確定是否只有柵極絕緣膜104被保留。由于顯然柵極絕緣膜的厚度變得越來(lái)越小，因此需要一種能確實(shí)保留柵極絕緣膜的柵極去除方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，其中在不損傷硅襯底的情況下，穩(wěn)定地進(jìn)行柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布的準(zhǔn)確評(píng)估，該方法基本上消除了一個(gè)或多個(gè)由現(xiàn)有技術(shù)的局限和不足所引起的問(wèn)題。
此外，本發(fā)明提供一種有效地制造半導(dǎo)體器件的方法，該制造方法基于柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布的評(píng)估結(jié)果，減少了半導(dǎo)體器件在運(yùn)行中的差異。
此外，本發(fā)明提供一種包括上述半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體晶片(wafer)。
在下面的說(shuō)明中將闡述本發(fā)明實(shí)施例的特征，上述特征的一部分可從說(shuō)明和附圖中清楚獲知，或者可根據(jù)說(shuō)明書中提供的啟示，通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明實(shí)施例所提供的問(wèn)題解決方案，是通過(guò)半導(dǎo)體器件、其制造方法及評(píng)估方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得，該評(píng)估方法在說(shuō)明書中以完整、清楚、簡(jiǎn)明以及準(zhǔn)確的方式特別指出，從而使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。
為了獲得這些解決方案并依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，如同在此具體實(shí)施和廣泛描述的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件、其制造方法及評(píng)估方法，具體如下。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供了一種柵極去除方法，其中在柵極絕緣膜和柵極之間能夠獲得高蝕刻選擇性。
具體地，使用熱解氫去除柵極；通過(guò)這種方式，即使柵極位于厚度為幾納米或更薄的柵極絕緣膜上，也只有柵極被去除。在觀測(cè)留下的柵極絕緣膜的形狀或側(cè)壁絕緣膜的形狀之后，通過(guò)使用稀釋的氫氟酸去除柵極絕緣膜。通過(guò)這種方式，在不損傷有源區(qū)的情況下，能夠準(zhǔn)確測(cè)量和評(píng)估雜質(zhì)分布。此外，能夠獲得柵極的加工形狀與柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布之間的相關(guān)性。
例如，使氫分子與加熱至大約1800℃的高熔點(diǎn)金屬催化劑相接觸而產(chǎn)生熱解氫。
本發(fā)明的一個(gè)方案提供一種半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法。半導(dǎo)體器件包括柵極、源極以及漏極，其中，該柵極由含硅材料制成且位于形成在半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜之上，該源極和該漏極形成在半導(dǎo)體襯底上并將柵極夾在中間。該評(píng)估方法包括如下步驟(a)通過(guò)使半導(dǎo)體器件與熱解氫相接觸，在不去除柵極絕緣膜的情況下去除柵極；以及(b)通過(guò)觀測(cè)留在半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜的形狀或通過(guò)觀測(cè)側(cè)壁絕緣膜的形狀，評(píng)估在上述(a)步驟中加工的柵極的形狀。
優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法還包括如下步驟(c)通過(guò)濕式工藝去除留在半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜，以及(d)測(cè)量和評(píng)估柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布。
在此，可增加評(píng)估雜質(zhì)分布和柵極的加工形狀之間相關(guān)性的步驟。
本發(fā)明的另一個(gè)方案提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法。該制造方法包括如下步驟(a)在半導(dǎo)體襯底的器件區(qū)中形成半導(dǎo)體器件，同時(shí)在半導(dǎo)體襯底的監(jiān)測(cè)區(qū)中形成監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體器件，該監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體器件包括柵極、源極以及漏極，該柵極由含硅材料組成且經(jīng)由柵極絕緣膜設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上，該源極和該漏極形成在柵極相對(duì)側(cè)的半導(dǎo)體襯底上；(b)通過(guò)使用熱解氫，在不去除柵極絕緣膜的情況下，去除監(jiān)測(cè)區(qū)中監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體器件的柵極；(c)通過(guò)濕式工藝去除柵極絕緣膜，并測(cè)量柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布；以及(d)將測(cè)量結(jié)果反饋給半導(dǎo)體制造工藝。
例如，如果雜質(zhì)分布的測(cè)量結(jié)果不符合預(yù)定條件，則調(diào)整柵極的工藝條件。
如果雜質(zhì)分布的測(cè)量結(jié)果符合預(yù)定條件，則繼續(xù)進(jìn)行半導(dǎo)體制造工藝，并且按原樣完成半導(dǎo)體晶片。
在不損傷硅有源區(qū)的情況下，能夠評(píng)估有源區(qū)的雜質(zhì)分布和柵極的蝕刻加工形狀之間的相關(guān)性。
基于評(píng)估結(jié)果，能夠減少上述制造的半導(dǎo)體器件的差異。此外，能夠提高生產(chǎn)效率，有效地利用制造中的半導(dǎo)體晶片。


圖1為解釋傳統(tǒng)問(wèn)題的剖面圖；圖2為解釋本發(fā)明原理的剖面圖；圖3為顯示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.1)的剖面圖；圖4A為顯示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.2)的剖面圖；圖4B為顯示如圖4A的(d)所示在去除柵極絕緣膜之后露出的硅有源區(qū)的雜質(zhì)分布測(cè)量結(jié)果的平面圖；圖5為顯示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.3)的剖面圖；圖6為顯示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.4)的剖面圖；圖7為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件評(píng)估方法的流程圖；圖8為顯示依照本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.1)的剖面圖；圖9為顯示依照本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.2)的剖面圖；圖10為顯示依照本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造工藝(No.3)的剖面圖；以及圖11為顯示將本發(fā)明應(yīng)用于LDMOS(橫向雙擴(kuò)散MOSFET)的實(shí)例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
參照?qǐng)D2描述本發(fā)明的柵極去除方法的原理，其中本發(fā)明的方法應(yīng)用于圖1所示的傳統(tǒng)去除工藝。
如圖1的(a)所示，側(cè)壁絕緣膜106覆蓋位于柵極絕緣膜104上的柵極105的側(cè)壁，而且位于柵極105正下方的溝道103夾在源電極和漏電極102之間。例如用稀釋的氫氟酸去除形成在晶片表面上的自然氧化膜，然后，將晶片放入處理腔，以及通過(guò)熱解氫(pyrolysis hydrogen)蝕刻去除由多晶硅制成的柵極。處理腔例如包含加熱至大約1800℃的鎢催化劑，并且在1.33Pa的壓強(qiáng)和420℃的溫度下引入氫氣。氫氣與加熱的催化劑接觸，且熱解為氫原子，其被稱為“熱解氫”。熱解氫以高蝕刻選擇性與多晶硅柵極以及側(cè)壁絕緣膜106外側(cè)的硅襯底101反應(yīng)，而保留薄柵極絕緣膜104，僅去除柵極。在此，雖然用多晶硅作為柵極材料，但是此技術(shù)適用于由如多晶硅鍺等其它含硅材料制成的柵極。
在圖3至圖6中示出了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝，其中示出實(shí)際半導(dǎo)體器件的制造和評(píng)估實(shí)例，對(duì)該實(shí)例應(yīng)用了參照?qǐng)D2描述的原理。雖然該實(shí)施例采用p型MOS晶體管進(jìn)行描述，但對(duì)于n型MOS晶體管能獲得相同的效果。
如圖3的(a)所示，用于測(cè)量硅有源區(qū)雜質(zhì)分布的監(jiān)測(cè)區(qū)設(shè)置在半導(dǎo)體晶片的預(yù)定區(qū)域中。對(duì)于每個(gè)芯片或每次曝光(shot)均可設(shè)置監(jiān)測(cè)區(qū)。此外，在芯片的預(yù)定部分中可制備監(jiān)測(cè)區(qū)。而且，兩個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)可設(shè)置在用于劃分芯片的劃片區(qū)。在任何情況下，監(jiān)測(cè)區(qū)的柵極絕緣膜和柵極均與器件區(qū)中的晶體管同時(shí)形成。在此，監(jiān)測(cè)區(qū)可通過(guò)分隔區(qū)(圖3中未示出)與器件區(qū)分隔開。
具體地，器件分隔區(qū)(圖中未示出)形成在p型硅襯底11的預(yù)定區(qū)域中，其中硅襯底11的平面方向是(100)。接下來(lái)，通過(guò)在加速能量大于300KeV且劑量為1E13/cm2(1×1013/cm2)的條件下、將如磷(P)等n型雜質(zhì)離子注入到硅襯底11中，而在p型MOS晶體管形成區(qū)中形成n阱(圖中未示出)。然后，熱氧化硅襯底11的表面，從而在整個(gè)表面上形成所需厚度為5.0nm或更小的柵極絕緣膜14。此外，雖然柵極絕緣膜14通常由氧化硅制成，但必要時(shí)可加入氮。通過(guò)CVD(化學(xué)氣相沉積)方法，在柵極絕緣膜14上生長(zhǎng)厚度介于100和300nm之間的多晶硅膜，該多晶硅膜被蝕刻成預(yù)定的形狀，而形成柵極15。然后，通過(guò)在加速度能量介于0.2和1.0KeV之間且劑量介于1E14/cm2和2E15/cm2(1×1014/cm2和2×1015/cm2)之間的條件下、用柵極15作為掩模，將作為p型雜質(zhì)的硼(B)離子注入到硅襯底11中，而形成延伸擴(kuò)散層(延伸區(qū)域)12a。通過(guò)等離子體CVD方法，在整個(gè)表面上形成作為側(cè)壁絕緣層的SiO2層，并通過(guò)回蝕刻形成側(cè)壁絕緣膜16。此外，側(cè)壁絕緣層可為氮化硅層。通過(guò)以側(cè)壁絕緣膜16作為掩模，進(jìn)行作為p型雜質(zhì)的硼(B)的離子注入，而形成高濃度擴(kuò)散層12b，從而在硅襯底11中形成連接至源極和漏極的雜質(zhì)層12。然后，用層間絕緣膜19(例如氧化硅膜)覆蓋整個(gè)表面。
接下來(lái)，如圖3的(b)所示，去除監(jiān)測(cè)區(qū)中的層間絕緣膜19和側(cè)壁絕緣膜16，而且在孔21中露出監(jiān)測(cè)區(qū)的柵極15。為了去除層間絕緣膜19和側(cè)壁絕緣膜16，例如使用C4F6進(jìn)行干蝕刻。在此，側(cè)壁絕緣膜16不一定被去除，而可能整個(gè)或部分保留。
接下來(lái)，如圖4A的(c)所示，在例如通過(guò)稀釋的氫氟酸去除形成在晶片表面上的自然氧化膜后，將氫(H2)氣引入到包含加熱至1800℃的鎢絲的處理腔內(nèi)，而產(chǎn)生熱解氫，并且通過(guò)熱解氫去除監(jiān)測(cè)區(qū)的多晶硅柵極15。雖然此時(shí)露出的硅襯底11表面也可能被去除，但由于其被蝕刻成錐形而沒(méi)有產(chǎn)生底切(undercut)，從而形成剖面形狀看起來(lái)像字母“W”的孔22。因此，減少了對(duì)柵極下方的硅有源區(qū)的損傷。此外，當(dāng)使用熱解氫時(shí)，多晶硅與位于柵極下方的柵極絕緣膜14的蝕刻選擇率幾乎變?yōu)闊o(wú)窮大。因此，只去除柵極，而以高可靠性保留仍然完好的柵極絕緣膜14，而且在柵極正下方延伸的延伸重疊區(qū)域中硅有源區(qū)的雜質(zhì)分布能夠保持完好。
在此階段，使用電子顯微鏡能夠隨意地直接觀測(cè)露出的柵極絕緣膜14的形狀且將其拍成照片。由于柵極絕緣膜14的形狀相應(yīng)于柵極15底部的形狀，因此最恰當(dāng)?shù)胤从硸艠O的加工形狀(processed form)。觀測(cè)側(cè)壁絕緣膜16的形狀也是為了這個(gè)目的。
在此階段，也能檢查在柵極絕緣膜14中出現(xiàn)的針孔。這是因?yàn)槿绻嗅樋?，則當(dāng)柵極絕緣膜14暴露于熱解氫中時(shí)下面的襯底會(huì)被蝕刻，而針孔實(shí)際存在。
接下來(lái)，如圖4A的(d)所示，通過(guò)使用氫氟酸的濕式工藝去除柵極絕緣膜14。然后，使用掃描隧道顯微鏡(STM)，測(cè)量和評(píng)估柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布。圖4B顯示測(cè)量的雜質(zhì)分布。在柵極下方的硅有源區(qū)中，在朝向柵極邊緣的方向，即與溝道區(qū)分開的方向，雜質(zhì)濃度越來(lái)越高。在此階段，能夠準(zhǔn)確測(cè)量柵極下方的雜質(zhì)分布和伸出到柵極下方的硅有源區(qū)的延伸重疊距離(D)。
此外，在此階段，如果在柵極絕緣膜14中存在針孔，則可以檢查出來(lái)。這是因?yàn)槿绻嗅樋祝瑒t當(dāng)柵極絕緣膜14暴露于熱解氫時(shí)，硅襯底被蝕刻，而在硅有源區(qū)中形成凹坑。
測(cè)量的雜質(zhì)濃度和/或延伸重疊距離(D)是與在前一步驟中觀測(cè)的柵極的蝕刻加工形狀(柵極線邊緣粗糙度)相關(guān)聯(lián)的，而且能夠評(píng)估雜質(zhì)分布和柵極加工形狀之間實(shí)際的相關(guān)性。此外，能夠評(píng)估柵極絕緣膜中是否有針孔。在測(cè)量和評(píng)估的結(jié)果滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的情況下，繼續(xù)相關(guān)晶片的半導(dǎo)體制造工藝。
也就是說(shuō)，如圖5的(e)所示，在器件區(qū)中，經(jīng)由絕緣膜19形成達(dá)到晶體管的源/漏極12的接觸孔23，并且去除用于形成接觸孔的掩模(圖中未示出)。
接下來(lái)，如圖5的(f)所示，接觸孔23和監(jiān)測(cè)區(qū)的孔21的內(nèi)部經(jīng)由粘合劑膜(圖中未示出)用如多晶硅等硅系材料或如鎢等金屬材料填滿，并將表面平坦化，而形成接觸塞25和虛設(shè)接觸塞26。
接下來(lái)，如圖6的(g)所示，形成連接至接觸塞25的上層布線28，沉積層間絕緣膜27，如果需要可形成上層插塞和布線，從而半導(dǎo)體器件的制作完成。雖然形狀像字母“W”的虛設(shè)插塞埋置于完成晶片的監(jiān)測(cè)區(qū)，但其不與任何地方連接，而且不影響半導(dǎo)體器件的工作。
圖7是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法的流程圖。首先，在硅襯底上的器件區(qū)和監(jiān)測(cè)區(qū)中形成具有多晶硅柵極的晶體管(S101)。沉積覆蓋硅襯底和晶體管整個(gè)表面的層間絕緣膜(S102)。去除監(jiān)測(cè)區(qū)的層間絕緣膜，而露出用于測(cè)量和評(píng)估的整個(gè)柵極(S103)。通過(guò)熱解氫僅去除露出的柵極。然后，通過(guò)電子顯微鏡觀測(cè)留下的柵極絕緣膜的加工形狀(S104)。
接下來(lái)，通過(guò)使用氫氟酸的濕式工藝去除柵極絕緣膜(S105)，使用掃描隧道顯微鏡，測(cè)量和評(píng)估柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布(S106)。此外，可實(shí)施柵極絕緣膜的針孔檢查。當(dāng)評(píng)估結(jié)果符合預(yù)定條件時(shí)(例如，當(dāng)濃度分布的變化在預(yù)定限值內(nèi)時(shí))，繼續(xù)制造工藝。也就是說(shuō)，形成達(dá)到源/漏極的接觸孔(S107)，在該接觸孔的內(nèi)部埋置金屬材料，以及在器件區(qū)的層間絕緣膜中形成接觸塞(S108)。經(jīng)過(guò)其它必要的制造步驟，晶片的制造完成(S109)。
在雜質(zhì)分布的測(cè)量和評(píng)估結(jié)果不符合預(yù)定條件的情況下，將該測(cè)量結(jié)果反饋到接下來(lái)的產(chǎn)品制造工藝(S110)。例如，當(dāng)評(píng)估結(jié)果稍微偏離預(yù)定條件時(shí)，擴(kuò)大柵極蝕刻條件的裕度；以及當(dāng)評(píng)估結(jié)果遠(yuǎn)離預(yù)定條件時(shí)，確定原因并采取對(duì)策，例如，重新檢查影響雜質(zhì)分布的柵極蝕刻條件、雜質(zhì)注入條件、熱處理?xiàng)l件，從而使硅有源區(qū)的雜質(zhì)分布可以返回到預(yù)定的分布。用這種方法，能使最終產(chǎn)品的電特性變化落入容限內(nèi)。此外，通過(guò)收集蝕刻加工形狀和實(shí)際雜質(zhì)分布之間相關(guān)性的數(shù)據(jù)，能夠基于相關(guān)性數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)晶體管的性能。此外，由于在實(shí)際晶片的制造工藝中進(jìn)行的測(cè)量和評(píng)估不影響器件區(qū)，因此提高了生產(chǎn)效率。
圖8至圖10顯示依照本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝，其中柵極的加工形狀和雜質(zhì)分布測(cè)量應(yīng)用于制造鑲嵌柵。
首先，如圖8的(a)所示，在半導(dǎo)體晶片的上方形成絕緣薄膜，然后形成多晶硅膜。這些薄膜被蝕刻成預(yù)定的形狀，并且經(jīng)由虛設(shè)柵極絕緣膜34，在器件區(qū)和監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)形成虛設(shè)柵極35。以虛設(shè)柵極35作為掩模形成輕摻雜漏極(LDD)12a，以側(cè)壁絕緣膜16作為掩模形成高濃度擴(kuò)散層12b，從而形成連接至源/漏極的雜質(zhì)擴(kuò)散層12。然后，用層間絕緣膜(氧化硅膜)19覆蓋整個(gè)表面。
接下來(lái)，如圖8的(b)所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理(ground)層間絕緣膜19，直到露出虛設(shè)柵極35的表面。
接下來(lái)，如圖9的(c)所示，去除監(jiān)測(cè)區(qū)的層間絕緣膜19和側(cè)壁絕緣膜16，且在孔41中露出整個(gè)虛設(shè)柵極35。此時(shí)，也露出器件區(qū)中的虛設(shè)柵極35表面。
接下來(lái)，如圖9的(d)所示，使氫氣與加熱的催化劑(例如鎢)接觸，然后產(chǎn)生熱解氫，而去除器件區(qū)和監(jiān)測(cè)區(qū)的虛設(shè)柵極35。由此，在器件區(qū)的側(cè)壁絕緣膜16之間形成孔43。此外，監(jiān)測(cè)區(qū)的孔41底部被蝕刻成字母“W”的形狀，而且在柵極絕緣膜34的兩側(cè)形成錐形槽42。通過(guò)熱解氫的高選擇率，虛設(shè)柵極絕緣膜34留在器件區(qū)和監(jiān)測(cè)區(qū)中，而沒(méi)被蝕刻。使用電子顯微鏡目視檢查和/或拍攝在監(jiān)測(cè)區(qū)的孔41中露出的虛設(shè)柵極絕緣膜34的加工形狀。
接下來(lái)，如圖10的(e)所示，通過(guò)使用氫氟酸的濕法工藝，去除器件區(qū)和監(jiān)測(cè)區(qū)的虛設(shè)柵極絕緣膜34，通過(guò)掃描隧道顯微鏡，測(cè)量和評(píng)估監(jiān)測(cè)區(qū)的孔41中位于柵極正下方的測(cè)量區(qū)45的雜質(zhì)分布。當(dāng)評(píng)估結(jié)果符合預(yù)定條件時(shí)，通過(guò)下列步驟形成鑲嵌柵。
也就是說(shuō)，如圖10的(f)所示，由例如SiO2、SiON、SiN、Ta2O5、HfO2以及Al2O3等材料形成絕緣層。作為薄膜的絕緣層用作器件區(qū)的孔43底部的鑲嵌柵極絕緣膜54a，并用作監(jiān)測(cè)區(qū)的孔41中的虛設(shè)柵極絕緣膜54b。去除絕緣層的多余部分。此外，在整個(gè)表面上沉積如鋁、鎢(W)和鉬(Mo)等金屬材料。由此，在器件區(qū)的孔43中形成金屬柵極55a，以及在監(jiān)測(cè)區(qū)的孔41中形成虛設(shè)柵極55b。然后，經(jīng)過(guò)如形成層間絕緣膜、形成接觸塞以及形成上層布線等必要的工藝，完成半導(dǎo)體器件。
如上所述，本發(fā)明也適用于鑲嵌柵的制造工藝，其中在不損傷溝道區(qū)的情況下，可以準(zhǔn)確測(cè)量柵極下方硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布。此外，通過(guò)具有高可控制性的干式工藝，能形成替換柵(鑲嵌柵)。在此，雖然描述了使用多晶硅作為柵極的實(shí)施例，但是也能使用如多晶硅鍺等其它含硅材料。
圖11顯示另一實(shí)施例，其中將本發(fā)明應(yīng)用到LDMOS(橫向雙擴(kuò)散MOSFET)。LDMOS常用作驅(qū)動(dòng)輸出，如功率放大器。在LDMOS中，通過(guò)兩個(gè)擴(kuò)散步驟使每個(gè)電極橫向擴(kuò)散。由于源極和漏極設(shè)置在襯底的同一表面上，因此LDMOS能夠包含在集成電路中。
在圖11的(a)中，顯示n溝道有源間隙(active gap)LDMOS(LDMOS1)。在漏極72d和柵極邊緣之間存在間隙，并且圍繞n+漏極72d的n型阱用作漂移區(qū)(drift region)。用作溝道區(qū)(反型層形成區(qū))的p型本體71與源極和柵極邊緣之一自對(duì)準(zhǔn)。在圖11的(b)中，顯示n溝道場(chǎng)間隙(field gap)LDMOS(LDMOS2)。柵極75的一部分覆蓋厚場(chǎng)氧化膜73。
在n溝道LDMOS中，用作溝道區(qū)的p型本體71與柵極邊緣的重疊長(zhǎng)度的控制，對(duì)于工作特性而言很重要。本發(fā)明適用于確定p型本體71的濃度輪廓。
也就是說(shuō)，類似于器件區(qū)，在監(jiān)測(cè)區(qū)中形成LDMOS，通過(guò)熱解氫僅去除監(jiān)測(cè)區(qū)的柵極75，而且觀測(cè)極絕緣膜74的形狀。此后，通過(guò)使用氫氟酸的濕蝕刻去除極絕緣膜74，并通過(guò)掃描隧道顯微鏡測(cè)量柵極下方的p型本體71的雜質(zhì)分布輪廓。測(cè)量結(jié)果能反映以下晶片的柵極處理?xiàng)l件、p型本體形成條件等。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，在不損傷硅有源區(qū)的情況下，充分精確地評(píng)估柵極下方硅有源區(qū)的雜質(zhì)分布與柵極的蝕刻形狀之間的相關(guān)性，以及能夠預(yù)測(cè)晶體管的性能。
此外，由于評(píng)估之后能繼續(xù)進(jìn)行制造工藝而制成產(chǎn)品，因此保持了較高的生產(chǎn)效率。在此，雖然以上描述了使用多晶硅作為柵極材料的實(shí)施例，但也可以使用如多晶硅鍺等其它含硅材料，且上述的技術(shù)仍然是適用的。
此外，本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例，而且在沒(méi)有脫離本發(fā)明范圍的情況下，可進(jìn)行改變和修改。
本申請(qǐng)基于在2005年12月19日提交日本專利局的在先日本申請(qǐng)No.2005-365074，在此通過(guò)參考援引該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，該半導(dǎo)體器件包括柵極、源極以及漏極，其中，該柵極由含硅材料制成且經(jīng)由柵極絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，該源極和該漏極形成在該柵極相對(duì)側(cè)的半導(dǎo)體襯底上，該評(píng)估方法包括如下步驟通過(guò)將熱解作用產(chǎn)生的熱解氫應(yīng)用至該半導(dǎo)體器件，在不去除柵極絕緣膜的情況下去除柵極；以及通過(guò)觀測(cè)留在該半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜和側(cè)壁絕緣膜之一的形狀，評(píng)估柵極的加工形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，還包括如下步驟通過(guò)濕式工藝去除留在該半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜；以及測(cè)量和評(píng)估去除柵極絕緣膜之后露出的硅有源區(qū)中的雜質(zhì)分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，還包括如下步驟評(píng)估雜質(zhì)分布和柵極加工形狀之間的相關(guān)性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，還包括如下步驟檢查留在該半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜的針孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的評(píng)估方法，其中通過(guò)將氫氣提供給加熱至大約1800℃的金屬催化劑而產(chǎn)生熱解氫。
6.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底的器件區(qū)中形成半導(dǎo)體器件，同時(shí)在半導(dǎo)體襯底的監(jiān)測(cè)區(qū)中形成監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體器件，該監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體器件包括柵極、源極以及漏極，其中，該柵極由含硅材料制成且設(shè)置在柵極絕緣膜上，該源極和漏極形成在該柵極相對(duì)側(cè)的半導(dǎo)體襯底上；通過(guò)將熱解作用產(chǎn)生的熱解氫應(yīng)用到監(jiān)測(cè)區(qū)中的監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體器件，在不去除柵極絕緣膜的情況下去除柵極；以及通過(guò)濕式工藝去除柵極絕緣膜，而且測(cè)量去除柵極絕緣膜之后露出的硅有源區(qū)的雜質(zhì)分布；以及將測(cè)量結(jié)果反饋到半導(dǎo)體制造工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括如下步驟在測(cè)量結(jié)果不符合預(yù)定條件的情況下，調(diào)整柵極處理?xiàng)l件、雜質(zhì)注入條件以及雜質(zhì)擴(kuò)散的熱處理?xiàng)l件至少其中之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括在測(cè)量結(jié)果符合預(yù)定條件的情況下，繼續(xù)進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體制造工藝，以制成半導(dǎo)體晶片。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在該半導(dǎo)體襯底的芯片區(qū)和劃分芯片的劃片區(qū)之一中設(shè)置監(jiān)測(cè)區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中由含硅材料制成的柵極為用于鑲嵌柵的虛設(shè)柵極和橫向雙擴(kuò)散金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過(guò)將氫氣與加熱至大約1800℃的金屬催化劑接觸而產(chǎn)生熱解氫。
12.一種半導(dǎo)體晶片，包括虛設(shè)金屬填充區(qū)，設(shè)置在配置于半導(dǎo)體襯底上的預(yù)定部分的監(jiān)測(cè)區(qū)中；其中該虛設(shè)金屬填充區(qū)的截面形狀像字母“W”，且該虛設(shè)金屬填充區(qū)不與任何其它元件電連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體晶片，其中該虛設(shè)金屬填充區(qū)為虛設(shè)接觸塞和虛設(shè)金屬柵極之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體晶片，其中虛設(shè)填充區(qū)設(shè)置在芯片區(qū)和劃分芯片的劃片區(qū)之一中。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種在不損傷硅襯底的情況下穩(wěn)定且準(zhǔn)確地評(píng)估半導(dǎo)體器件柵極下方的雜質(zhì)分布的方法。依照該評(píng)估方法，通過(guò)使由熱解作用產(chǎn)生的熱解氫與半導(dǎo)體器件接觸，而在不去除柵極絕緣膜的情況下，去除由含硅材料制成的柵極，該半導(dǎo)體器件包括柵極、源極以及漏極，其中，該柵極經(jīng)由柵極絕緣膜設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上，該源極和該漏極形成在該柵極相對(duì)側(cè)的半導(dǎo)體襯底上。此外，通過(guò)觀測(cè)留在半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜的形狀來(lái)評(píng)估柵極的加工形狀，通過(guò)濕式工藝去除留在半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜，以及測(cè)量和評(píng)估柵極下方的雜質(zhì)分布。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1988123SQ20061008476
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者橋見一生, 佐藤豪一 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社