[發明專利]半導體器件測試方法

有效

• 申請號: 201210214365.5
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN103512508A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 付作振;馬小龍;殷華湘
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;H01L23/544
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術領域

本發明涉及一種半導體器件測試方法，特別是涉及一種通過Raman測量應力金屬柵下短溝道(10納米~1000納米)應變的方法，借此方法能夠通過光斑直徑約1微米的Raman測量任意短溝道中襯底應變。

背景技術

隨著大規模集成電路技術的不斷發展，電路的集成度不斷提高，CMOSFET器件的特征尺寸已經到了22nm以下的技術結點。事實上，當進入90nm的技術結點之后，單純的通過縮小柵長以滿足摩爾定律的要求已經越來越困難了。因為隨著柵長的縮短，被用來抑制短溝道效應的溝道重摻雜引入的溝道摻雜散射、強場效應以及寄生電阻的增加，導致溝道載流子遷移率降低，影響了器件電學性能的提升。在這種背景下，應變工程應運而生，它是提高溝道載流子遷移率的重要方法之一。

這種技術通過在器件制造過程中引入各種應力源來對溝道施加應力。其中應力金屬柵在45nm以下結點得到了廣泛的應用。然而不論是在工業界還是學術界，金屬柵下短溝道應變的測量一直是個難題。

目前，短溝道應變的測量主要基于透射電子顯微鏡(TEM)技術，如納米電子束衍射(NBD)和聚焦電子束衍射(CBED)。然而這兩種方法都有缺點，樣品制作非常復雜。Raman是測量晶格形變的常用方法，準確度高，但是由于Raman光斑直徑一般約為1微米，所以Raman測量的空間分辨率比較差。一般不能夠用來直接測量短溝道(10nm~1000nm)內的襯底應變。

發明內容

由上所述，本發明的目的在于通過一種特殊測試結構和較厚的金屬屏蔽層解決了Raman空間分辨率差的問題，使金屬柵下短溝道應變的測量變得簡單易行。

為此，本發明提供了一種半導體器件測試方法，包括：在襯底上形成柵絕緣介質層；在柵絕緣介質層上形成無應力金屬屏蔽層；在無應力金屬屏蔽層中形成柵極形狀的多個無應力金屬屏蔽層線條構成的凹槽陣列；在凹槽陣列中形成應力金屬柵層；去除無應力金屬屏蔽層頂部的應力金屬柵層，余下的應力金屬柵在襯底中形成多個溝道應變區；采用Raman測量凹槽陣列中應力金屬柵層下方的短溝道襯底應變。

其中，無應力金屬屏蔽層線條寬度在10nm到1000nm范圍內，凹槽陣列寬度大于Raman光斑直徑。Raman光斑直徑大于等于1微米。

其中，無應力金屬屏蔽層厚度足以屏蔽除應力金屬柵層正下方襯底以外的Raman光波信號，使得能夠通過Raman測量應力金屬柵正下方短溝道襯底應變。

其中，應力金屬柵層的厚度既能夠不屏蔽、甚至增強Raman信號，又能夠引起其下方襯底晶格形變并記憶。其中，應力金屬柵層的厚度小于10nm。

其中，襯底包括單晶體硅或絕緣體上硅基底，或應變硅襯底，或包括鍺硅襯底、III-V族化合物、II-VI族化合物、石墨烯的高遷移率襯底材料。

其中，柵絕緣介質層包括選自HfO₂、HfSiO_x、HfSiON、HfAlO_x、HfTaO_x、HfLaO_x、HfAlSiO_x、HfLaSiO_x及其組合的鉿基高K介質材料，選自ZrO₂、La₂O₃、LaAlO₃、TiO₂、Y₂O₃及其組合的稀土基高K介質材料，以及選自SiO₂、SiON、Si₃N₄、Al₂O₃的常用絕緣介質材料，以及上述各類材料的復合多層結構。

其中，應力金屬柵層包括氮化鈦、氮化鉭及其組合，淀積方法包括LPCVD、PECVD、蒸發、濺射、離子束沉積、PLD、ALD及其組合。

其中，無應力金屬屏蔽層的厚度等于柵的高度。

其中，形成凹槽陣列的方法為槽形開口曝光/光刻。其中，由等離子刻蝕、RIE或濕法腐蝕實現各向異性刻蝕，形成直角溝槽，溝槽深度為無應力金屬屏蔽層厚度，溝槽寬度為溝道寬度。

其中，通過LPCVD、PECVD、蒸發、濺射、離子束沉積、PLD、ALD及其組合的方法淀積無應力金屬屏蔽層，材料包括Al、Ti、Cu、Mo及其組合，淀積厚度等于溝槽深度。

通過CMP、光刻/刻蝕的方法去除無應力金屬屏蔽層上的部分應力金屬柵層，形成獨立的應力金屬柵。