[发明专利]用于确定掺杂的半导体区域的有效掺杂浓度的方法有效

专利信息
申请号: 201180027583.1 申请日: 2011-06-06
公开(公告)号: CN102939527A 公开(公告)日: 2013-02-20
发明(设计)人: J·波格丹诺维奇;T·克拉里塞;W·范德沃斯特 申请(专利权)人: IMEC公司;鲁汶天主教大学
主分类号: G01N21/17 分类号: G01N21/17;G01N21/95
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 张欣
地址: 比利*** 国省代码: 比利时;BE
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摘要:
搜索关键词: 用于 确定 掺杂 半导体 区域 有效 浓度 方法
【说明书】:

发明领域

本发明涉及掺杂的半导体的表征的领域。更特定地,本发明涉及用于确定半导体区域的有效掺杂浓度分布图(profile)的无损光学测量技术。

发明背景

ITRS路标图突出了通过半导体区域的浅掺杂形成的超浅结的准确表征,作为次-32nm Si-CMOS技术的最高挑战之一。一般用最大有效掺杂水平N和结深度Xj和陡峭度S来表征这样的结。

超浅结(USJ)(诸如源极和漏极扩展区域)的自由载流子分布图的准确测量,是现代硅互补金属氧化物半导体技术中主要挑战之一。用于确定最大掺杂水平和结深度的物理和电分析技术,诸如二次离子质谱法(SIMS)、扩展电阻仿形(profiling)法、四点探针(FPP)、或可选的候选方法,诸如扫描扩展电阻显微法(SSRM),允许对于这个结深度Xj的准确确定。然而,这些表征技术是破坏性的且非常慢,如,样本必须被制备且因此防止任何内嵌测量。明显地,仍然没有准确的、快速的、无损技术的存在。

光调制光反射(PMOR)是广泛使用的无损且非接触式技术,用来定性地表征这样的掺杂半导体区域的掺杂分布图。这是全光学的,因此是非接触式、泵浦探针技术。在测量过程中,电源被调制的泵浦激光被引导向掺杂的半导体区域来修改其折射率分布图。可通过在样本中产生过量载流子(也被称为德鲁德效应(Drude effect))、和/或通过所研究的样本的温度效应,修改这个折射率分布图。同时,探针激光被引导至这个掺杂的半导体区域,此处激光取决于这个折射率分布图被反射。通过将被反射的探针激光信号耦合至锁入放大器,仅测得由调制的泵浦激光所引起掺杂半导体样本的反射率的变化。因此,探针激光,经由反射,测得泵浦激光引起的反射率的变化。

PMOR通常被用于监测注入时(as-implanted)(即,未退火)的硅晶片中的注入剂量,且因此成为这个领域中很多研究的主题。在这样的注入时的分布图上,折射率的变化是由于所照明的样本中温度的较大增加引起的(主要热分量)。这个技术还已经被扩展地在通过化学气相沉积(CVD)获得的盒状(box-like)有效掺杂分布图上被研究,此处,由于温度的轻微增加,所测得的信号大部分是由于仅具有较弱的分布图的泵浦产生的过量载流子(主要是等离子分量)。

这样的PMOR技术的示例是在Lena Nicolaides等人在Review of Scientific Instruments,74卷,第1期,2003年1月中的Non-destructive analysis of ultra shallow junctions using thermal wave technology中所描述的技术(TP)。该TP技术是PMOR技术的高调制频率的实现。

发明概述

本发明的各实施例的目的在于提供用于确定掺杂的半导体区域的完全有效的掺杂分布图的良好的无损方法与系统。

本发明的特定实施例的优势在于用户友好地且易于操作的方法可被应用于在较短测量时间内确定半导体衬底的有效掺杂剂分布图。

本发明的特定实施例的优势在于,可从掺杂分布图上的光学测量中确定或重建完全有效的掺杂分布图。有效掺杂分布图可以是任何任意的掺杂分布图。

在根据本发明的各实施例中,PMOR可被用于确定被激活的注入分布图,藉此PMOR信号是源于等离子和热分量之间的微妙平衡。特定地,本发明的实施例的优势在于,包含在PMOR偏置曲线中(其中PMOR信号被测量作为泵浦探针光束间隔的函数)、和包含在不相关于时间的(DC)反射系数中的组合信息,被组合且足以重建潜在(underlying)自由载流子分布图。

本发明的至少一些实施例的优势在于,提供了提取结深度的方法或系统,藉此所提取的结深度与SIMS获得的结深度具有非常良好的相关性。

本发明的至少一些实施例的优势在于,提供了为从15-30nm范围内的深度,用次-nm再现性提取这个结深度的方法或系统。

本发明的至少一些实施例的优势在于,提供一种方法或系统来提取掺杂分布图的峰值掺杂浓度。

本发明的特定实施例的优势在于,在基本不破坏样本的情况下,对于具有高掺杂浓度的样本,可测得完全有效的掺杂分布图。

本发明的特定实施例的优势在于,可无损地(即,没有样本准备的情况下)确定超浅结中的载流子分布图。

本发明的特定实施例的优势在于,可在处理流程中的关键点监测掺杂结合,且因此导致增强的产品质量。

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