[发明专利]沟道区应变的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，尤其是涉及一种沟道区应变的测量方法。

背景技术

随着纳米加工技术的迅速发展，晶体管的特征尺寸已进入纳米级。通过等比例缩小的方法提高当前主流硅CMOS器件的性能受到越来越多物理和工艺的限制。为了使集成电路技术能延续摩尔定律所揭示的发展速度，必须开发与硅工艺兼容的新材料、新结构和新性质。近年来，应变硅(Strained Si)技术由于在提高CMOS器件性能方面的卓越表现而备受关注。例如，通过在沟道中引入适当的压应力和张应力能分别提高PMOS的空穴迁移率和NMOS的电子迁移率。典型的PMOS应变硅器件可通过外延SiGe源漏引入沟道压应力，利用源漏和沟道的晶格常数失配控制应变大小，进而改善空穴迁移率；而对于NMOS应变硅器件则可通过淀积SiN薄膜引入沟道张应力，利用SiN薄膜的高本征应力控制应变大小，进而改善电子迁移率。因此，通过工艺、材料和结构参数的优化设计，研究半导体纳米器件中应力和应变的控制有重要的科学意义和实用价值。

为防止栅极泄露电流的产生，业已提出具有高K介质层和金属栅极结构（HKMG）的晶体管，在此类晶体管中，沟道区位于金属栅下方，如何测量此类晶体管沟道区应变，是本领域遇到的技术难题。

（超）深亚微米半导体结构中的局域微应力和应变的精确测量通常必须借助复杂的微结构分析和测量手段。沟道区应变作为纳米半导体器件应变分布的一部分，无论是从技术上还是从成本方面考虑，通过实验测量都是非常困难的。一方面，制作该类器件的工艺要求很高，投入不菲，而器件成品也不太可能逐一去进行破坏性测量；另一方面，纳米尺度上的局域微应力和应变测量往往必须借助复杂高超的微结构分析、测量手段。

一种可运用于沟道区应变测量的技术是聚束电子衍射(Convergent Beam Electron Difraction，CBED)。聚束电子衍射具有高空间分辨率（空间分辨率高达5nm～10nm）和应变测量精度，目前更广泛地应用于纳米尺寸CMOS器件的应变测量，但是该方法对样品是破坏性的（必须对试样仔细减薄到测量区域呈电子透明，以适合透射电子显微镜分析），而且配备聚束电子衍射功能的透射电子显微镜（TEM）相当昂贵，操作和分析也比较复杂，更不利的是，在透射电子显微镜试样的制备过程中，需要进行减薄，要想保持原始的沟道应变状态不受影响是非常困难的，因此，其最终测量结果的可靠性具有争议。

另一种可运用于沟道区应变测量的技术是微拉曼散射(Micro-Raman Scattering)技术。拉曼散射光反映着物质晶格振动能级的信息，因而能够反映物质元素组分、晶格质量、分子结构等方面的信息。拉曼光谱法测量应变的微观基础是拉曼频移反映了原子间距的变化，也就是反映了应变的信息。然而，现有拉曼散射虽然是非破坏性的，但是其空间分辨率只有0.2μm～1μm，其无法应用于亚微米，特别是超深亚微米器件的应变测量。

为此，需要一种新的沟道区应变的测量方法，以解决现有方法无法对沟道区应变进行准确测量的问题。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种沟道区应变的测量方法，以对沟道区应变进行准确测量。

为解决上述问题，本发明提供一种沟道区应变的测量方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括多个器件区域；

在各器件区域形成同一导电类型的待测晶体管，所述待测晶体管包括位于半导体衬底中的离子注入区和位于相邻两离子注入区之间的沟道区，不同器件区域内待测晶体管的离子注入区结构具有差异；

采用紫外光光斑对各器件区域依次进行照射，并获取各器件区域内待测晶体管的离子注入区和沟道区返回的总硅硅键拉曼光谱；

根据不同器件区域内待测晶体管返回的不同总硅硅键拉曼光谱，分离出沟道区的硅硅键拉曼光谱，并获得所述沟道区的应变量。

可选的，所述沟道区位于硅衬底中，所述离子注入区制作有锗化硅，所述总拉曼光谱为总硅硅键拉曼光谱。

可选的，所述器件区域包括第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，所述待测晶体管为PMOS晶体管，所述离子注入区制作有西格玛形锗化硅，其中：

位于所述第一区域的所述PMOS晶体管返回第一总硅硅键拉曼光谱，所述离子注入区表面形成有金属硅化物，内部进行了离子注入；

位于所述第二区域的所述PMOS晶体管返回第二总硅硅键拉曼光谱，所述离子注入区表面未形成金属硅化物，内部进行了离子注入；