一种检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法

摘要

本发明涉及到集成电路制造技术领域，尤其涉及到一种检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，通过设计一表面覆盖一光阻层且去除氧化隔离层的一半导体衬底，并观察形成位于NMOS晶体管和PMOS晶体管的各源极、漏极上的金属接触孔的亮暗程度，判断光阻层尺寸影响到离子阱的偏移从而对器件的性能造成影响；而且通过分析发生亮度异常变化的金属接触孔所对应光阻层的开口尺寸，可以确定光阻层的开口尺寸对产品性能的影响，并且通过进一步的分析可以确定离子阱间距对产品性能的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及到一种检测图形尺寸对 离子阱形貌影响的方法。

背景技术

在现有的技术领域中，信息技术的基础都围绕着一个场效应晶体 管展开，并且随着信息技术的不断向前发展，集成电路工艺表现的越 来越成熟。

现有芯片上的电路制造工艺都包含几百步的工序，主要分为光 刻、刻蚀、清洗、薄膜生长和离子注入等几大模块工艺，因此随着集 成电路工艺的发展及特征尺寸的不断缩小，芯片上电路的分布也越来 越复杂，在如此高密度分布情况下，特别的是当集成电路制造工艺出 现异常时晶体管之间的相互影响也会越来越大，如图1，最终会影响 到产品的良率。例如在器件的离子注入工艺时，所需要的离子注入的 区域是通过光阻层的覆盖与否以及覆盖量进行控制，但是随着当器件 尺寸不断缩小，光刻工艺条件下特别的是光阻层的尺寸和形貌发生稍 微的变化，都有可能导致离子注入工艺中离子阱的形貌发生变化，从 而使得一种离子阱的载流子扩散到另一离子阱中导致器件的性能失 效。而且离子阱的形貌出现异常在生产工艺中是比较难于发现的，需 要在最终的电性测试中才能反映出来，因此一旦出现异常可能往往会 器件的生产造成极高的风险隐患。

中国专利(CN102087471A)公开了一种用于沟槽工艺改善光刻 关键尺寸的方法，步骤一，在沟槽和硅片的表面旋涂负性光刻胶，然 后进行烘烤；步骤二，利用具有前层沟槽图形的掩模板进行曝光，显 影；步骤三，在沟槽内形成的图形上进行底部抗反射材料BARC (Bottom-Anti Reflective Coating，底部抗反射涂层)的旋涂，烘烤。

通过该专利的方法提高并改善了沟槽工艺中光刻关键尺寸的控 制能力以及优化工艺，因此在后续的填充氧化物以及离子注入工艺中 减少了离子扩散效应的缺陷，但是上述专利并未公开如何通过监控光 刻工艺条件下离子注入对离子阱形貌的影响，进而分析对器件性能的 影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种检测图形尺寸对离子阱形貌影响 的方法。通过该方法可以测出P离子阱与N离子阱是否出现异常的 工作状态，同时解决了如何通过监控光刻工艺条件下离子注入对离子 阱形貌的影响，进而分析对器件性能的影响的缺陷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其特征在于，所述 方法包括：

步骤S1、于一衬底分别掺杂P型离子和N型离子，形成多个不 同尺寸离子阱组，各所述离子阱组均包括相邻的一P型离子阱和一N 型离子阱；

步骤S2、于所述P型离子阱上制作一NMOS晶体管，于所述N 型离子阱上制作一PMOS晶体管；

步骤S3、形成所述NMOS晶体管和PMOS晶体管各自包括的源 极、漏极上的金属接触孔；

步骤S4、观察各离子阱组中邻近PMOS晶体管的P型离子阱的 源极或漏极与邻近NMOS晶体管的N型离子阱的源极或漏极上的金 属接触孔的亮暗变化；

其中，通过观察所述金属接触孔的亮暗变化，检测P型离子阱或 N型离子阱的形貌变化对器件性能未造成负面影响的光阻层最小开 口尺寸。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，所述不同 尺寸离子阱组形成的方法包括：提供一表面覆盖有光阻层的衬底，该 光阻层中设置有若干不同尺寸的开口，利用所述开口于衬底中掺杂P 型离子和N型离子，以在衬底中形成多个不同尺寸离子阱组。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，所述光阻 层的开口尺寸以对应工艺平台中光阻层的最小关键尺寸为基准等比 例放大。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，所述放大 比例为正负30％。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，步骤S1 中，采用离子注入法于所述衬底中分别注入不同种类和不同剂量的P 型离子和N型离子。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，步骤S1 中，采用离子注入法于所述衬底中分别注入不同种类或不同剂量的P 型离子和N型离子。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，通过一电 子显微镜观察所述源极、漏极上的金属接触孔的亮暗程度。

上述的检测图形尺寸对离子阱形貌影响的方法，其中，若其中一 离子阱组的金属接触孔的亮暗未出现变化，且与其相邻的离子阱组的 金属接触孔的亮暗出现变化，则金属接触孔亮暗未出现变化的离子阱 组对应的光阻层的开口尺寸为离子阱扩散的最佳安全的开口尺寸。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明公开的一种检测图形尺寸离子阱形貌影响的方法，通过设 计一表面覆盖一光阻层且去除氧化隔离层的一半导体衬底，并观察形 成位于NMOS晶体管和PMOS晶体管的各源极、漏极上的金属接触 孔的亮暗程度，判断光阻层尺寸影响到离子阱的偏移从而对器件的性 能造成影响。而且通过分析发生亮度异常变化的金属接触孔所对应光 阻层的开口尺寸，可以确定光阻层的开口尺寸对产品性能的影响，并 且通过进一步的分析可以确定离子阱间距对产品性能的影响。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附 附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是现有技术中的晶体管剖面结构示意图；

图2是本发明实施例中晶体管剖面结构示意图；

图3是本发明实施例中离子阱组示意图；

图4是本发明实施例中正常离子阱组中的金属接触孔呈亮暗特 征示意图；

图5是本发明实施例中离子阱形貌偏移的晶体管剖面结构示意 图；

图6和图7是本发明实施例中离子阱组中的金属接触孔亮度异常 的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本 发明的限定。

具体的如图1-7所示，首先在一覆盖有设置有若干不同开口尺寸 的光阻层的半导体衬底中掺杂P型离子与N型离子，形成多个不同 尺寸的离子阱组。如图2所示，该若干数量的离子阱组中均包括相邻 的一P型离子阱1与一N型离子阱2(该P型离子阱1与N型离子 阱2均为该衬底的一部分，两个离子阱之间未填充STI(Shallow Trench  Isolation，浅沟槽隔离)结构7)。其中，光阻层的开口尺寸以对应工 艺平台中光阻层的最小关键尺寸为基准等比例放大。

在一种可选但非限制性的实施例中，在半导体衬底形成若干数量 的离子阱组，如图3，并将它们作为多个监控组或者测试组(a₁、 a₂...a_n-m...a_n)，其中n大于m并为非零自然数，且测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n) 中各组离子阱中的P型离子阱与N型离子阱的间距相同且测试组尺寸 (d₁、d₂...d_n-m...d_n)各不相同(光阻层的开口尺寸为(d₁、d₂...d_n-m...d_n)， 并通过离子注入形成尺寸也为(d₁、d₂...d_n-m...d_n)的离子阱组)。在该若 干数量的测试组中，预先设定好最小尺寸的测试组假设为a_n-m(该测 试组中的P型离子阱P_n-m与N型离子阱N_n-m的表面预先覆盖的光阻层开 口尺寸为对应工艺平台中光阻层的最小关键尺寸)，并以该测试组表 面对应的光阻层的开口尺寸为基准进行正负X％依次放大，并在后续 工艺中形成尺寸分别为(d₁、d₂...d_n-m...d_n)的测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n)。 在一种可选但非限制性的实施例中，第n-m个测试组a_n-m与前一个测试 组a_n-m-1的尺寸d_n-m-1额外减少X％(X＝30)，与后一个测试组a_n-m+1尺寸 d_n-m+1额外增大X％(X＝30)并以此类推，形成如图3所示的结构。

在本发明的实施例中，优选的采用离子注入法于该半导体衬底中 注入不同种类和不同剂量的离子，形成测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n)。例 如向该半导体衬底中注入浓度为j的磷和硼离子形成磷N型离子阱和 硼P型离子阱，或者向该半导体衬底中注入浓度为k的砷和硼化氟离子 形成砷N型离子阱和硼化氟P型离子阱。其中上述离子的具体浓度和 种类根据生产工艺的需求而设定，并不仅仅固定于某一定值，只要能 达到本发明目的即可。

然后，在上述图2中的P型离子阱1上制作一NMOS晶体管， 并于N型离子阱2上制作一PMOS晶体管；同时形成位于该NMOS 晶体管和PMOS晶体管中栅极4两侧、源极5及漏极6上的金属接 触孔3。

进一步的，观察各测试组中邻近PMOS晶体管的P型离子阱1 的漏极6与邻近NMOS晶体管的N型离子阱2的源极5上的金属接 触孔3的亮暗变化。

如图4所示，正常的测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n)中的P型离子阱(P₁、 P₂...P_n-m...P_n)对应的金属接触孔3呈亮色，N型离子阱(N₁、 N₂...N_n-m...N_n)对应的金属接触孔3呈暗色，根据这一原理，在本发明 的实施例中，通过观察金属接触孔3的亮暗变化，检测光阻层开口尺 寸对器件的性能造成的影响。

在一种可选但非限制性的实施例中该测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n) 中倘若采用离子注入工艺这步骤中发生测试组中离子阱形貌偏移，例 如，如图5所示的临近PMOS晶体管的某一P型离子阱形貌发生偏移 (多余的P型离子阱偏移物8)。

进一步的，通过一电子显微镜观察该测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n) 中P型离子阱1与N型离子阱2对应的源极5、漏极6之上的金属接触 孔3的亮暗变化，优选的，以测试组(a₁、a₂...a_n-m...a_n)表面预先设 置的光阻层的开口尺寸(d₁、d₂...d_n-m...d_n)逐渐变大的方向观察所对应的 金属接触孔3的亮暗变化，例如，如图6所示，倘若测试组(a₁、a₂...a_n-m) 中只邻近NMOS晶体管的N型离子阱2源极5上的金属接触孔3的亮 暗变化出现异常即邻近PMOS晶体管的P型离子阱1的漏极6之上的 金属接触孔3呈亮色，但是与邻近NMOS晶体管的N型离子阱2的源 极5上的金属接触孔3由暗色变成亮色，说明该测试组(a₁、a₂...a_n-m) 表面预先设置的光阻层的开口尺寸导致后续离子注入时离子阱形貌 偏移较大并对器件的性能造成了负面的影响；与此同时倘若测试组 (a_n-m+1...a_n)中邻近NMOS晶体管的N型离子阱2的源极5上的金属 接触孔3的亮暗变化未出现异常即邻近PMOS晶体管的P型离子阱2 的漏极6之上的金属接触孔3呈亮色，与邻近NMOS晶体管的N型离 子阱2的源极5上的金属接触孔3呈暗色，说明该测试组(a_n-m+1...a_n) 表面预先设置的光阻层的开口尺寸(d_n-m+1...d_n)导致后续离子注入时离 子阱形貌偏移较小或者未发生偏移，对器件的性能未造成负面的影 响。因此检测P型离子阱1或N型离子阱2的形貌变化对器件性能未 造成负面影响的光阻层的开口尺寸最小为d_n-m+1，同样从另一方面来 说无论离子阱形貌偏移量多少，只要保证离子阱组(P型离子阱1与 N型离子阱2)表面预先设置的光阻层的开口尺寸至少为d_n-m+1即可。

在本发明又一实施例中，将该光阻层的开口尺寸d_n-m+1设为最佳 开口尺寸，进一步也可以分析出在最佳开口尺寸d_n-m+1的条件下，P型 离子阱与N型离子阱的最佳间距，具体的如图7所示：在另一若干测 试组(c₁、c₂...c_n-m...c_n)中各测试组的尺寸均为d_n-m+1。在该若干数量的 测试组中，预先设定好最小距离尺寸的测试组假设为c_n-m(该测试组 中的P_n-m^丿阱与N_n-m^丿阱的间距为工艺制造中离子阱的最小距离尺寸)， 并以该测试组为基准根据P、N型离子阱间距尺寸的正负50％依次放 大，形成P型离子阱1与N型离子阱2间的间距分别为(b₁、b₂...b_n-m...b_n) 的上述测试组(c₁、c₂...c_n-m...c_n)，其中n大于m并为任一非零自然数。

在本发明的实施例中，栅极4对P型离子阱1或者N型离子阱2 源极5与漏极6具有隔离效应：即在采用离子注入法于P型离子阱1 以及N型离子阱2进行上述的离子注入时，由于测试组(a₁、 a₂...a_n-m...a_n)中栅极4隔离后的离子阱的面积逐渐减小(即图7中A₁-A_n中的离子阱的面积逐渐减小，或者间距(b₁、b₂...b_n-m...b_n)逐渐变大))， 由于其整个离子注入的剂量较大，因此在P、N型离子阱间距较小时 更易观察到离子阱形貌的偏移以及对器件性能的影响。

优选的，以P型离子阱1与N型离子阱2之间的间距(b₁、b₂...b_n-m...b_n) 逐渐变大的方向观察所对应的金属接触孔3的亮暗变化，例如，如图 7所示，倘若测试组(c₁、c₂...c_n-m)中只邻近NMOS晶体管的N型离子 阱2源极5上的金属接触孔3的亮暗变化出现异常即邻近PMOS晶体 管的P型离子阱1的漏极6之上的金属接触孔3呈亮色，但是与邻近 NMOS晶体管的N型离子阱2的源极5上的金属接触孔3由暗色变成 亮色，说明该测试组(c₁、c₂...c_n-m)中P型离子阱1与N型离子阱2之 间的间距(b₁、b₂...b_n-m)在离子阱形貌偏移情况下对器件的性能造成的 负面的影响；与此同时测试组(c_n-m+1...c_n)中邻近NMOS晶体管的N 型离子阱2的源极5上的金属接触孔3的亮暗变化未出现异常即邻近 PMOS晶体管的P型离子阱2的漏极6之上的金属接触孔3呈亮色， 与邻近NMOS晶体管的N型离子阱2的源极5上的金属接触孔3呈暗 色，说明该测试组(c_n-m+1...c_n)中P型离子阱1与N型离子阱2之间的 间距(b_n-m+1...b_n)在离子阱形貌偏移情况下对器件的性能未造成负面的 影响。因此检测P型离子阱1或N型离子阱2的形貌变化对器件性能 未造成负面影响的P、N型离子阱的最小间距为b_n-m+1，也就是说离子 阱组在最佳开口尺寸均为d_n-m+1的条件下，P型离子阱与N型离子阱的 最佳间距为b_n-m+1。

通过本发明的技术，可以在线的检测离子注入条件下，P型离子 阱1与N型离子阱2发生形貌变化对晶体管器件性能的影响，而且 通过进一步的分析发生金属接触孔3的亮度异常的离子阱表面预先 设置的光阻层的开口尺寸，可以分析出不同的光阻层的开口尺寸影响 到离子阱的形貌进而对器件性能造成影响。

综上所述，本发明公开的一种检测图形尺寸离子阱形貌影响的方 法，通过设计一表面覆盖一光阻层且去除氧化隔离层的一半导体衬 底，并观察形成位于NMOS晶体管和PMOS晶体管的各源极、漏极 上的金属接触孔的亮暗程度，判断光阻层尺寸影响到离子阱的偏移从 而对器件的性能造成影响。而且通过分析发生亮度异常变化的金属接 触孔所对应光阻层的开口尺寸，可以确定光阻层的开口尺寸对产品性 能的影响，并且通过进一步的分析可以确定离子阱间距对产品性能的 影响。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正 无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真 实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等 价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。