[发明专利]一种测量半导体鳍部粗糙度的方法

说明书

本发明公开了一种测量半导体鳍部粗糙度的方法，包括以下步骤：步骤S01：提供一表面形成有半导体鳍部的衬底；步骤S02：将一金属电极放置在半导体鳍部的一侧；步骤S03：将半导体鳍部接地，并对金属电极施加一定电压；步骤S04：记录金属电极处于半导体鳍部侧壁不同位置时产生的电场力，以根据电场力的大小来测量半导体鳍部侧壁不同位置的粗糙度。本发明方法简单，成本低，可解决其他测量仪器无法有效测量半导体鳍部侧壁粗糙度的问题。

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种测量半导体鳍部粗糙度的方法。

背景技术

随着半导体工艺的不断发展，半导体工艺节点遵循摩尔定律的发展趋势不断减小。为了适应工艺节点的减小，不得不不断缩短MOSFET场效应管的沟道长度。沟道长度的缩短具有增加芯片的管芯密度，增加MOSFET场效应管的开关速度等好处。但随着器件沟道长度的缩短，器件的特征尺寸(CD：criticalDimension)也相应地下降，这很容易使得亚阈值漏电，即容易发生所谓的短沟道效应(SCE：short-channel effects)。

因此，为了更好地适应器件尺寸按比例缩小的要求，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET晶体管向具有更高效的三维立体式晶体管过渡，如鳍式场效应晶体管(FinFET)。然而，当前业界在形成FinFET的鳍部(Fin)时，为了得到垂直的鳍部，都是采用反应离子刻蚀(RIE：Reactive Ion Etching)的刻蚀工艺。这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10～100MHz的高频电压(RF，radio frequency)时会产生数百微米厚的离子层(ion sheath)，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻。这就导致了在形成FinFET的鳍部时，鳍部的表面粗糙度不一样(有0.1nm到1nm之间的粗糙度差异)。半导体鳍部表面的粗糙度过高，会使得过渡层栅介质层产生缺陷，形成电荷捕获陷阱，进而影响器件性能。

在实际生产过程中,如何在线测量FinFET鳍部表面的粗糙度已成为迫切需要解决的问题。在目前半导体制造技术中，表面粗糙度的测量多采用原子力显微镜(AFM：atomicforce microscope)来定量测量表面粗糙度，其原理是利用针尖和原子间的作用力来表征形貌。但是这种方法在测量表面粗糙度时也受到一定的限制，第一：由于鳍部是垂直的，鳍部侧壁的凹凸(粗糙度)探针无法触及，所以也就达不到测量粗糙度的效果；第二，由于鳍部和鳍部之间的距离越来越小，而探针本身不能无限制地细化，也就不能伸到鳍部侧壁，这也同样起不到测量粗糙度的效果。

黄如等在申请号为201310187691.6的中国发明专利申请中揭示了一种测量FinFET器件侧墙表面粗糙度的方法，通过在Fin一侧插入光纤探头，然后发射入射光，收集散射的光束，将光束转化为电信号输出，根据该信号计算得到表面粗糙度。然而，这种方法存在的致命缺点是，其入射光的光斑太大。目前，光斑直径最小也有2nm，这对表面粗糙度在1nm以下的Fin来说，只能测量一块区域的值，其输出的信号也是一块区域内的平均值，根本无法真正意义上测量出真实的Fin侧壁的粗糙度。

针对这些问题，急需提出一种可以在线测量鳍部(Fin)表面粗糙度的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种测量半导体鳍部粗糙度的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种测量半导体鳍部粗糙度的方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供一表面形成有半导体鳍部的衬底；

步骤S02：将一金属电极放置在半导体鳍部的一侧；

步骤S03：将半导体鳍部接地，并对金属电极施加一定电压；

步骤S04：记录金属电极处于半导体鳍部侧壁不同位置时产生的电场力，以根据电场力的大小来测量半导体鳍部侧壁不同位置的粗糙度。