一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，包括：提供一陰影效應測試晶圓，所述陰影效應測試晶圓包括離子注入區(qū)和非離子注入區(qū)，在陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿一X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層，圖形化光刻膠層，以在陰影效應測試晶圓的非離子注入區(qū)表面形成多個高度沿X方向呈梯度分布的光刻膠柱。本發(fā)明通過在一片測試晶圓基底的非離子注入區(qū)形成具有不同高度的光刻膠柱，可以在一片測試晶圓基底上測試不同高度的光刻膠柱造成的陰影效應，從而降低了陰影效應的分析成本，提高了分析效率，進一步還可得到離子注入時優(yōu)化的光刻膠層高度，以改善陰影效應。
【專利說明】
一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體微電子測試技術領域，更具體地，涉及一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法。
【背景技術】
[0002]在半導體表面摻雜雜質的方法一般通過熱擴散或者離子注入來實現。由于離子注入工藝中沒有側向擴散，且離子注入的注入溫度為室溫附近，容易對晶圓內摻雜的位置和數量進行良好的控制，因此摻雜工藝大多是采用離子注入來實現的。
[0003]離子注入層光刻工藝主要用于提供離子注入時的掩蔽層，即使用光刻膠作為離子注入層的掩蔽物，將晶圓上不需要離子注入的區(qū)域使用光刻膠進行覆蓋掩蔽，而需要離子注入區(qū)域的光刻膠則通過顯影去除掉。
[0004]請參閱圖1，圖1是現有工藝中一種半導體器件的離子注入示意圖。如圖1所示，當需要對NMOS區(qū)域104中的袋狀摻雜區(qū)103進行離子注入(如圖1中箭頭方向所示)時，為了防止離子注入到PMOS區(qū)域105，可以在PMOS區(qū)域105表面上形成一層光刻膠層101來阻擋離子注入。由于在袋狀摻雜區(qū)103進行離子注入的時候通常都需要傾斜一定的角度Θ來進行，而在現有的制造方法中，光刻膠層101通過曝光并顯影后，形成的光刻膠層101均呈現柱狀結構，其側面均為豎直的側面，從而限制了離子注入的傾斜角度范圍。因此，其陰影效應(shadow effect)難以避免，導致原本也需要離子注入的區(qū)域102無法注入離子。
[0005]為了克服上述的陰影效應，通常采用的方法有通過減少光刻膠層101的高度，以獲得較大的離子入射角度，減小陰影效應。但是，隨著器件的特征尺寸進一步的縮小，匪OS區(qū)域104和PMOS區(qū)域105之間的距離也日益縮短，光刻膠層101的寬度以及高度也隨之而縮小，進一步減少光刻膠層101的高度將會導致高強度以及高濃度的離子打穿光刻膠層進入PMOS區(qū)域105，或者進入隔離區(qū)106，影響隔離區(qū)的隔離效果。因而對器件進行離子注入時，評估陰影效應及獲得精準的光刻膠層高度非常重要。
[0006]為了精確確定離子注入時所需光刻膠層的高度，首先需要在測試基底上進行光刻膠層高度的測試。傳統(tǒng)方法的過程為:首先提供一批測試晶圓基底，所述測試基底和正規(guī)片形成有相同的器件結構及分布，所述測試基底上包括有離子注入區(qū)和非離子注入區(qū)；在不同的測試基底的非離子注入區(qū)上對應分別形成不同高度的光刻膠柱，其中單片測試基底上的光刻膠柱高度相同；使用具有一定傾斜角度入射的離子束對測試基底上的離子注入區(qū)進行離子注入;進行后續(xù)常規(guī)化的工藝，在所述測試基底上形成若干數目的MOS晶體管；最后通過分析測試基底上形成的MOS晶體管的電學性能，包括閾值電壓及漏電流;提供預先設定的標準閾值電壓和標準漏電流，并將獲得的閾值電壓與標準的閾值電壓比較，將獲得的漏電流值與標準漏電流比較，分析因不同高度的光刻膠層造成的陰影效應。
[0007]上述分析方法需要在不同的測試晶圓基底上形成對應的不同高度光刻膠層，一片測試晶圓做一次離子注入過程只能對應分析一個光刻膠柱高度，測試過程復雜，需要大量的測試晶圓數量，其分析成本較高，而分析效率較低。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，可在一個測試晶圓上形成具有不同高度的光刻膠柱，以便在一個測試晶圓上測試不同高度光刻膠柱造成的陰影效應。
[0009]為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0010]—種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，包括以下步驟:
[0011]步驟SO1:提供一陰影效應測試晶圓，所述陰影效應測試晶圓包括離子注入區(qū)和非離子注入區(qū)，在所述陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿一X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層；
[0012]步驟S02:圖形化光刻膠層，以在所述陰影效應測試晶圓的非離子注入區(qū)表面形成多個高度沿X方向呈梯度分布的光刻膠柱，并暴露出所述陰影效應測試晶圓的離子注入區(qū)表面。
[0013]優(yōu)選地，步驟SOl中，所述光刻膠層的形成方法包括:
[0014]步驟S011:在所述陰影效應測試晶圓表面涂敷一層光刻膠；
[0015]步驟S012:利用一光刻膠烘焙裝置，通過調節(jié)其熱板的各熱源，使各熱源溫度沿X方向呈梯度分布，使得熱板上的所述陰影效應測試晶圓表面光刻膠烘焙的溫度也沿X方向呈梯度變化，從而在烘焙后在所述陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層。
[0016]優(yōu)選地，使所述熱板的各熱源在X方向形成均勻分布。
[0017]優(yōu)選地，進行光刻膠烘焙處理時的溫度在80攝氏度至150攝氏度之間。
[0018]優(yōu)選地，進行光刻膠烘焙處理時的溫度在90攝氏度至120攝氏度之間。
[0019]優(yōu)選地，所述X方向為所述陰影效應測試晶圓的一徑向。
[0020]優(yōu)選地，還包括:步驟S03:使用離子束對離子注入區(qū)進行離子注入，形成離子摻雜區(qū)，并進行后續(xù)常規(guī)化的工藝，在所述陰影效應測試晶圓上形成多個MOS晶體管。
[0021]優(yōu)選地，在進行后續(xù)常規(guī)化的工藝時，去除所述光刻膠柱。
[0022]優(yōu)選地，所述光刻膠柱高度沿X方向上的梯度分布介于120-330nm。
[0023]優(yōu)選地，所述光刻膠層的厚度確定方法包括:利用一光刻膠膜厚測試晶圓，采用步驟SOll和步驟S012，在所述光刻膠膜厚測試晶圓表面同樣形成厚度沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層，對光刻膠膜厚測試晶圓表面不同位置的光刻膠層厚度進行測量，以得到不同位置上光刻膠層的準確厚度，作為所述陰影效應測試晶圓表面對應位置的光刻膠層厚度。
[0024]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明通過在一片測試晶圓基底的非離子注入區(qū)形成具有不同高度的光刻膠柱，可以在一片測試晶圓基底上測試不同高度的光刻膠柱造成的陰影效應，從而降低了陰影效應的分析成本，提高了分析效率，進一步還可得到離子注入時優(yōu)化的光刻膠層高度，以改善陰影效應。
【附圖說明】
[0025]圖1現有工藝中一種半導體器件的離子注入示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明一較佳實施例的一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法流程圖；
[0027]圖3-圖5是本發(fā)明一較佳實施例中根據圖2的形成方法形成離子注入層陰影效應分析結構的工藝步驟示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明一較佳實施例中采用的一光刻膠烘焙裝置的熱板熱源分布示意圖；
[0029]圖7是圖6中熱板熱源的一溫度梯度設定示意圖；
[0030]圖8是根據圖7中的溫度梯度設定得到的光刻膠層膜厚分布示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0032]需要說明的是，在下述的【具體實施方式】中，在詳述本發(fā)明的實施方式時，為了清楚地表示本發(fā)明的結構以便于說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，并進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發(fā)明的限定來加以理解。
[0033]在以下本發(fā)明的【具體實施方式】中，請參閱圖2，圖2是本發(fā)明一較佳實施例的一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法流程圖；同時，請參閱圖3-圖5，圖3-圖5是本發(fā)明一較佳實施例中根據圖2的形成方法形成離子注入層陰影效應分析結構的工藝步驟示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，包括以下步驟:
[0034]步驟一:提供一陰影效應測試晶圓，所述陰影效應測試晶圓包括離子注入區(qū)和非離子注入區(qū)，在所述陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿一X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層。
[0035]請參閱圖3。采用一已形成一定圖形結構的陰影效應測試晶圓200為測試基底，所述測試基底200已完成隔離區(qū)和柵極結構的工藝，后續(xù)工藝在測試基底200上需要形成若干數目的MOS晶體管。測試基底200包括有非離子注入區(qū)201和離子注入區(qū)202;其中，所述非離子注入區(qū)201對應為MOS晶體管的隔離區(qū)和柵極結構、或者是其他不需要進行離子注入的電學器件區(qū)；所述離子注入區(qū)202對應為MOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。后續(xù)工藝需要對所述離子注入區(qū)202進行離子注入。
[0036]首先，需要在所述測試基底200表面形成具有連續(xù)梯度分布膜厚的光刻膠層?？刹捎矛F有的一種光刻膠烘焙裝置，通過對光刻膠進行特定方式的烘焙處理來形成此光刻膠層。如圖6所示，本實施例中，光刻膠烘焙裝置中熱板401上設置有(但不限于)7個熱源402，即H0、H1、H2、H3、H4、H5和!16。7個熱源在熱板上呈如圖6所示的熱板Y方向對稱分布，并在X方向形成均勻分布?？赏ㄟ^調節(jié)各熱源的溫度，使各熱源沿如圖6所示的熱板X方向溫度呈梯度上升分布，例如其溫度梯度可在80-150°C之間變化。熱源的溫度可視為光刻膠的烘焙處理溫度。通過對各熱源進行溫度設定，可得到如圖7所示的光刻膠烘焙裝置熱板熱源的一溫度梯度設定圖。圖中橫坐標依次代表各熱源!11、!13、!12、《0、!15、!14和冊，縱坐標代表設定溫度(°C)。圖中例舉的各熱源的溫度設定范圍較佳地在80-120°C之間呈梯度上升分布。
[0037]可采用涂敷方式，在陰影效應測試晶圓表面形成一層光刻膠。然后，將涂敷有光刻膠的陰影效應測試晶圓放入光刻膠烘焙裝置，并置于熱板401上。熱板的X、Y方向即與陰影效應測試晶圓的Χ、Υ方向相吻合;并且，Χ、Υ方向分別對應陰影效應測試晶圓的一相垂直徑向。接著，設定好熱板各熱源402的溫度，開始對光刻膠進行烘焙處理。
[0038]通過調節(jié)熱板的各熱源設定溫度，可使各熱源溫度沿X方向呈梯度分布，也就使得熱板上的陰影效應測試晶圓表面光刻膠烘焙的溫度也沿X方向呈梯度變化，從而在烘焙后，即可在陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層。也就是說，通過控制陰影效應測試晶圓表面光刻膠層沿X方向不同位置處的烘焙溫度，形成沿X方向的梯度溫度，來得到烘焙后沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層。
[0039]作為一優(yōu)選的實施方式，進行光刻膠烘焙處理時的溫度在80攝氏度至150攝氏度之間；較佳地，進行光刻膠烘焙處理時的溫度可在90攝氏度至120攝氏度之間。如按照圖7的熱源設定溫度，即可得到如圖8所示的光刻膠層膜厚分布示意圖。圖中橫坐標代表陰影效應測試晶圓沿X方向的直徑位置(mm)，圖示為300mm晶圓；縱坐標代表光刻膠層膜厚(nm)。通過圖7的熱源設定溫度，可得到沿測試晶圓X方向的膜厚在120-330nm之間連續(xù)變化的光刻膠層。
[0040]上述陰影效應測試晶圓上光刻膠層的厚度可通過實際測量來得到。由于陰影效應測試晶圓已制作有MOS晶體管的隔離區(qū)和柵極結構，因而會對光刻膠層的膜厚測量準確度帶來一定影響。為了獲得準確的陰影效應測試晶圓光刻膠膜厚，也可以采用以下方法:
[0041]利用一光刻膠膜厚測試晶圓，此光刻膠膜厚測試晶圓最好是光基片，即未加工有圖形結構的晶圓。然后，按照與在陰影效應測試晶圓上形成光刻膠層的相同方法，采用涂敷方式，在光刻膠膜厚測試晶圓表面形成一層同樣厚度的光刻膠。然后，將涂敷有光刻膠的光刻膠膜厚測試晶圓放入上述的光刻膠烘焙裝置，并置于熱板401上，設定好相同的熱板各熱源402溫度，對光刻膠膜厚測試晶圓的光刻膠進行相同時間的烘焙處理，從而在烘焙后在所述光刻膠膜厚測試晶圓表面同樣形成厚度沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層。對光刻膠膜厚測試晶圓表面不同位置的光刻膠層厚度進行測量，可以得到其不同位置上光刻膠層的準確厚度，可將此厚度值等同作為所述陰影效應測試晶圓表面對應位置光刻膠層的厚度。圖8中的光刻膠層膜厚分布即為采用上述方法得到的沿測試晶圓X方向呈120-330nm厚度連續(xù)梯度分布的厚度測量值，光刻膠膜厚沿測試晶圓直徑的一邊到另一邊呈連續(xù)梯度變化。
[0042]步驟二:圖形化光刻膠層，以在所述陰影效應測試晶圓的非離子注入區(qū)表面形成多個高度沿X方向呈梯度分布的光刻膠柱，并暴露出所述陰影效應測試晶圓的離子注入區(qū)表面。
[0043]請參閱圖4。接下來，可通過掩模版曝光和顯影，對所述陰影效應測試晶圓200上光刻膠層300進行圖案化處理，將所述測試基底200的離子注入區(qū)202表面暴露出來，在所述測試基底的非離子注入區(qū)201表面形成多個高度沿X方向呈梯度分布的光刻膠柱300。例如，當光刻膠層膜厚分布為120-330nm時，則形成的光刻膠柱300高度沿X方向上的梯度分布也將介于120_330nm之間。
[0044]步驟三:使用離子束對離子注入區(qū)進行離子注入，形成離子摻雜區(qū)，并進行后續(xù)常規(guī)化的工藝，在所述陰影效應測試晶圓上形成多個MOS晶體管。
[0045]請繼續(xù)參閱圖4。接下來，采用離子束以一定的傾斜角Θ對所述測試基底200的離子注入區(qū)202進行離子注入，形成離子摻雜區(qū)。離子束通過具有不同高度的光刻膠柱300，對各所述離子注入區(qū)202進行離子注入。如圖4所示，在非離子注入區(qū)201上形成的光刻膠柱300高度越大，則因所述光刻膠柱造成的離子注入陰影區(qū)就越大，不同面積的陰影區(qū)將導致不同的陰影效應。
[0046]接下來，可進行后續(xù)常規(guī)化的工藝，并將各光刻膠柱300去除。最后在所述陰影效應測試晶圓上形成多個MOS晶體管，如圖5所示。并可獲得各MOS晶體管的閾值電壓和漏電流，此時的陰影效應測試晶圓可用于繼續(xù)進行陰影效應分析。
[0047]在進行離子注入層陰影效應分析時，利用預先設置的標準閾值電壓范圍及標準漏電流范圍，將上述獲得的陰影效應測試晶圓上各MOS晶體管的閾值電壓與標準閾值電壓范圍比較，同時將獲得的各漏電流與標準漏電流范圍比較;若其中獲得的閾值電壓值落入標準閾值電壓范圍，同時獲得的漏電流值落入標準漏電流值范圍，則對應的MOS晶體管因該位置光刻膠柱高度所導致的陰影效應處于可容忍范圍，從而可得到離子注入時優(yōu)化的光刻膠層厚度，達到改善陰影效應的目的。
[0048]以圖5所示的半導體結構為例，圖中的離子注入區(qū)202為NMOS區(qū)域，非離子注入區(qū)201為PMOS區(qū)域，匪OS區(qū)域和PMOS區(qū)域之間采用隔離區(qū)205相隔離。從而，NMOS管的源/漏區(qū)203即為需要進行離子注入的區(qū)域(即離子注入區(qū))，而PMOS管的源/漏區(qū)204為不需要進行離子注入的區(qū)域(即非離子注入區(qū))。當在非離子注入區(qū)204上形成光刻膠柱時，若光刻膠柱高度越大，則因光刻膠柱造成的陰影區(qū)也越大，陰影區(qū)覆蓋隔離區(qū)205的面積也越大;若陰影區(qū)覆蓋的區(qū)域大于所述隔離區(qū)205，進而覆蓋至部分的離子注入區(qū)203，則會阻擋離子注入至離子注入區(qū)203;反之，若陰影區(qū)覆蓋的面積不足以覆蓋隔離區(qū)205，或者因為光刻膠柱高度太小、容易被離子束擊穿，則會導致隔離區(qū)205也將有離子注入，從而影響到隔離區(qū)205的隔離效果，進一步將影響器件結構的漏電流值。因此，可以采用本發(fā)明上述的方法形成離子注入層陰影效應分析結構，并借以評估陰影效應及獲得精準的光刻膠層高度。
[0049]綜上所述，本發(fā)明通過在一片測試晶圓基底的非離子注入區(qū)形成具有不同高度的光刻膠柱，可以在一片測試晶圓基底上測試不同高度的光刻膠柱造成的陰影效應，從而降低了陰影效應的分析成本，提高了分析效率，進一步還可得到離子注入時優(yōu)化的光刻膠層高度，以改善陰影效應。
[0050]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟SO1:提供一陰影效應測試晶圓，所述陰影效應測試晶圓包括離子注入區(qū)和非離子注入區(qū)，在所述陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿一 X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層； 步驟S02:圖形化光刻膠層，以在所述陰影效應測試晶圓的非離子注入區(qū)表面形成多個高度沿X方向呈梯度分布的光刻膠柱，并暴露出所述陰影效應測試晶圓的離子注入區(qū)表面。2.根據權利要求1所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，步驟SOl中，所述光刻膠層的形成方法包括: 步驟S011:在所述陰影效應測試晶圓表面涂敷一層光刻膠； 步驟S012:利用一光刻膠烘焙裝置，通過調節(jié)其熱板的各熱源，使各熱源溫度沿X方向呈梯度分布，使得熱板上的所述陰影效應測試晶圓表面光刻膠烘焙的溫度也沿X方向呈梯度變化，從而在烘焙后在所述陰影效應測試晶圓表面形成厚度沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層。3.根據權利要求2所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，使所述熱板的各熱源在X方向形成均勻分布。4.根據權利要求2所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，進行光刻膠烘焙處理時的溫度在80攝氏度至150攝氏度之間。5.根據權利要求4所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，進行光刻膠烘焙處理時的溫度在90攝氏度至120攝氏度之間。6.根據權利要求1或2所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，所述X方向為所述陰影效應測試晶圓的一徑向。7.根據權利要求1所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，還包括: 步驟S03:使用離子束對離子注入區(qū)進行離子注入，形成離子摻雜區(qū)，并進行后續(xù)常規(guī)化的工藝，在所述陰影效應測試晶圓上形成多個MOS晶體管。8.根據權利要求7所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，在進行后續(xù)常規(guī)化的工藝時，去除所述光刻膠柱。9.根據權利要求1所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，所述光刻膠柱高度沿X方向上的梯度分布介于120-330nm。10.根據權利要求2所述的離子注入層陰影效應分析結構的形成方法，其特征在于，所述光刻膠層的厚度確定方法包括:利用一光刻膠膜厚測試晶圓，采用步驟SOll和步驟S012，在所述光刻膠膜厚測試晶圓表面同樣形成厚度沿X方向呈連續(xù)梯度分布的光刻膠層，對光刻膠膜厚測試晶圓表面不同位置的光刻膠層厚度進行測量，以得到不同位置上光刻膠層的準確厚度，作為所述陰影效應測試晶圓表面對應位置的光刻膠層厚度。
【文檔編號】H01L21/027GK106024601SQ201610319144
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】甘志鋒, 毛智彪
【申請人】上海華力微電子有限公司