[發(fā)明專利]單晶硅晶片、單晶硅晶片的制造方法以及單晶硅晶片的評價(jià)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980116228.4
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN102017069A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田原史夫;大槻剛;名古屋孝俊;三谷清
• 申請（專利權(quán)）人: 信越半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C30B29/06;C30B33/00;H01L21/304;H01L21/324
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 郭曉東;馬少東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單晶硅晶片、單晶硅晶片的制造方法以及其評價(jià)方法，具體來說，是有關(guān)于一種即便柵極氧化膜的厚度是5納米(nm)程度的薄膜，氧化膜耐壓(柵極氧化層的完整性(GOI))也無劣化的單晶硅晶片及其制造方法、以及其評價(jià)方法。

背景技術(shù)

最近的互補(bǔ)式金屬-氧化層-半導(dǎo)體(CMOS)等，其柵極氧化膜的厚度被要求將氧化膜的厚度極薄化至數(shù)納米。在此種薄的氧化膜的情況，即便是在氧化膜形成后，晶片表面的凹凸也會相似地被傳達(dá)而成為氧化膜的凹凸。

因此，對于先前的25納米(nm)的氧化膜厚度(SEMI規(guī)格)的晶片，在實(shí)行GOI(Gate?Oxide?Integrity)評價(jià)的測定時(shí)無法檢出的GOI的劣化，在上述這樣的薄柵極氧化膜的情況，會被檢出。因?yàn)镚OI是晶片表面的平坦性越高，均勻性越提升，所以必須盡力使晶片表面平坦(參照日本特開平6-140377號公報(bào))。

例如，對于10納米以下的氧化膜所測定的晶片的GOI，是依存于表面粗糙度，若利用AFM(原子力顯微鏡)所測定的輪廓算數(shù)平均偏差(Ra)值為0.1納米以下時(shí)，可認(rèn)為是GOI無劣化的晶片。

發(fā)明內(nèi)容

而且，由于評價(jià)技術(shù)的提升，近年來也確立了氧化膜厚度為數(shù)納米時(shí)的GOI的評價(jià)技術(shù)。但是，利用該新的評價(jià)技術(shù)來評價(jià)薄氧化膜的單晶硅晶片的GOI時(shí)，即便晶片的Ra值小的情況，也有觀察到GOI產(chǎn)生劣化。

例如，對于Ra幾乎相同且整個(gè)面為N區(qū)域的無缺陷單晶硅晶片與氮摻雜單晶硅退火晶片，當(dāng)柵極氧化膜的厚度為25納米時(shí)，若利用時(shí)間相依介電崩潰(TDDB)法來進(jìn)行評價(jià)，至到達(dá)絕緣破壞的電荷量(Qbd)，幾乎未觀察到不同，但是柵極氧化膜的厚度為5納米時(shí)，得知在晶片的本征(intrinsic)區(qū)域，其Qbd值的差異變大，且氮摻雜單晶硅退火晶片，相較于無缺陷單晶硅晶片，其Qbd值較小。又，也有即便是Ra為0.1納米以上的晶片，其Qbd值也無劣化的情形。

此處，TDDB(Time?Dependent?Dielectric?Breakdown；時(shí)間相依介電崩潰)法，是指對絕緣膜連續(xù)地施加一定的電壓或電流，并以規(guī)定的時(shí)間間隔，檢測電流或電壓而求取隨時(shí)間的變化，來詳細(xì)地評價(jià)達(dá)到絕緣破壞為止的時(shí)間及其經(jīng)過等的方法。

如此，即便是Ra值小的晶片，當(dāng)柵極氧化膜的厚度是較薄時(shí)，也會觀察到GOI劣化。也即，得知柵極氧化膜的厚度較薄時(shí)，Ra值與GOI的劣化似乎完全無關(guān)聯(lián)。于是，若未在表面上實(shí)際形成MOS結(jié)構(gòu)來進(jìn)行評價(jià)，則無法完全地評價(jià)GOI的劣化，但是，此種方法(實(shí)際形成MOS結(jié)構(gòu)來進(jìn)行評價(jià)的方法)，因?yàn)榛ㄙM(fèi)時(shí)間且是破壞檢查，所以成本昂貴。

本發(fā)明是鑒于上述的問題而開發(fā)出來，其目的是提供一種單晶硅晶片及其制造方法，即便柵極氧化膜的厚度為薄至數(shù)納米時(shí)，GOI也無劣化；以及提供一種評價(jià)方法，當(dāng)柵極氧化膜薄時(shí)，相較于TDDB法，能容易地評價(jià)GOI無劣化。

為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種單晶硅晶片，其特征在于：使用AFM來對該單晶硅晶片的表面測定表面粗糙度時(shí)，對應(yīng)波長20納米～50納米的頻帶的振幅(強(qiáng)度)，將使用AFM來測定所述表面粗糙度時(shí)的測定值的波形進(jìn)行傅立葉變換(Fourier?transformation)，并將頻率設(shè)為X(nm^-1)、將所述振幅(強(qiáng)度)設(shè)為y(nm²)時(shí)，滿足y＜0.00096e^-15X的關(guān)系。

詳細(xì)是如后述，得知柵極氧化膜的厚度為數(shù)納米時(shí)的GOI，是依存于表面粗糙度，但不是僅以Ra值來表示，且也依存于對應(yīng)波長20納米～50納米的頻帶的振幅(強(qiáng)度)。而且，將使用原子力顯微鏡(AFM)來測定表面粗糙度時(shí)的波形進(jìn)行傅立葉變換，并將頻率設(shè)為X(nm^-1)、將所述振幅(強(qiáng)度)設(shè)為y(nm²)時(shí)，若是滿足y＜0.00096e^-15X的關(guān)系的單晶硅晶片，即便柵極氧化膜為薄至數(shù)納米時(shí)，也能作成一種單晶硅晶片，可強(qiáng)力地抑制GOI的劣化。

又，所述單晶硅晶片，設(shè)為是使用縱型熱處理爐退火而成的單晶硅晶片。