JPH11260876A - 埋設界面の深さを測定する非破壊的方法および装置 - Google Patents

埋設界面の深さを測定する非破壊的方法および装置

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JPH11260876A JP11001299A JP129999A JPH11260876A JP H11260876 A JPH11260876 A JP H11260876A JP 11001299 A JP11001299 A JP 11001299A JP 129999 A JP129999 A JP 129999A JP H11260876 A JPH11260876 A JP H11260876A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 埋設界面の頂部が位置する深さを非破壊的
に測定する。 【解決手段】本発明はフーリエ変換赤外線測定を用い
る。具体的には本発明の方法は埋設界面を内蔵する半導
体基体を赤外線ビームに当て、返ってくる信号のスペク
トルをフーリエ解析により検出し解析することを含む。
フーリエ解析により解析されるスペクトルは校正用のス
ペクトルと比較されて埋設界面の頂部の深さを決定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体基体における
表面下に埋設された界面の深さを測定する非破壊的方法
に関する。さらに具体的には、本発明の非破壊的方法は
半導体基体における表面下に埋設された界面の深さを検
出するためにフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）測定を用
いる。本発明は埋設された界面の頂部表面が位置する深
さを非破壊的に測定する。本発明はまた埋設された界面
の深さを測定する装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】現在入手できるデータ処理装置における
高速の処理速度は大容量の高速ランダム・アクセス・メ
モリによって支援される必要がある。メモリ・セル当た
りのデバイス数が少なくなっているため所要記憶装置の
多くはダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（Ｄ
ＲＡＭ）によって与えられるので１つの集積回路チップ
にかなり多数のメモリ・セルを設けることができる。こ
のような装置において、主としてメモリ・セル当たり１
つの記憶キャパシタからなるメモリ・セルの密度は重要
度を増している。それは各キャパシタの容量が小さな寸
法のため非常に制限されているが、この容量は記憶され
た電荷の存在、不存在を検出するために用いられる感知
増幅器の動作マージンを適当なものとするためにワード
線及びビット線の容量と比べた場合、それよりも大きく
なければならないからである。従って比較的深く、しか
し非常に接近した間隔でトレンチが形成される。これと
同様な形は隔離用のトレンチなどその他のトレンチ構造
にとっても重要である。
【０００３】半導体基体の中に埋設プレートを設け、そ
こにトレンチ・キャパシタを形成することも最近では行
われている。埋設プレートはダイナミック・ランダム・
アクセス・メモリ中の記憶ノードの側面および底面を取
り囲む領域であり、これは記憶キャパシタの固定電位端
子として働く。埋設プレートは記憶ノード・トレンチの
側面で約６ミクロン下に延びているのが一般的である。
埋設プレートの頂部表面が位置する深さは半導体基体の
表面下１．５±０．１５ミクロンのような一定距離にあ
るべきである。埋設プレートのこの深さは一般にＤBPと
呼ばれる。
【０００４】埋設プレートはレジストにより凹所を形成
する処理とトレンチの下部から砒素などのドーパントの
拡散とを併用し作ることができる。米国特許 第5、618、7
51号にこのような処理が述べられている。レジストによ
り形成された凹所の深さおよび埋設プレートの深さはト
レンチ・キャパシタにとって重要なパラメータである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在のところ、埋設プ
レートの深さおよびその他の埋設界面構造の深さの測定
はランダムなサンプルの断面および顕微鏡像によって破
壊的に行うことができるだけである。従って、埋設界面
の頂部表面が位置する深さを測定する実施可能なかつ非
破壊的な方法を提供することは有意義な進歩を意味す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は半導体基体中に
埋設界面の頂部が位置する深さを測定するための非破壊
的方法を提供する。本発明によれば埋設界面の深さは破
壊的に断面を取ることなく測定することができる。具体
的に述べると、本発明は半導体基体にその表面下にある
埋設界面の頂部表面の深さを測定する非破壊的方法に関
する。本発明の方法はフーリエ変換赤外線測定を用い
る。具体的には本発明の方法は埋設界面を内蔵する半導
体基体を赤外線ビームに当て、返ってくる信号のスペク
トルをフーリエ解析により検出し解析することを含む。
フーリエ解析により解析されるスペクトルは校正用のス
ペクトルと比較されて埋設界面の頂部の深さを決定す
る。
【０００７】本発明はまた半導体基体中に埋設界面の頂
部が位置する深さを測定するための装置にも関する。こ
の装置は赤外放射線源で基体を照射し、基体から反射さ
れて戻ってきた信号のフーリエ変換を発生するＦＴＩＲ
スペクトロフォトメータを含む。この装置はまた記憶さ
れた校正スペクトルのライブラリ、および戻ってきたフ
ーリエ変換信号を校正スペクトルと比較して埋設界面の
深さを決定する手段を含む。
【０００８】本発明を実施するための最良の態様を例示
する好適な実施例が図示され、記述されているだけであ
るが、以下の詳細な説明により本発明のその他の目的お
よび利点は当業者に容易に理解されるはずである。本発
明がその他の異なる実施例で実施可能であり、例示され
た好適な実施例の細部の幾つかが本発明の要旨から逸脱
することなく種々の自明な面において変更できることは
言うまでもない。従って、本明細書の記述は例示的なも
のとみなされるべきで制限的なものと解されるべきでは
ない。
【０００９】
【発明の実施の形態】図面、特に図１ないし４を参照す
ると、埋設界面、特に埋設導電性プレートを設ける代表
的な手順が背景説明として図示されている。説明を簡明
にし、本発明の理解を更に容易にするために、以下の説
明は埋設界面として埋設導電性プレートに向けられてい
るが、本発明が性質上異なるドーパントの領域間または
実質上異なるドーピング濃度の領域間の境界線をなすそ
の他の埋設界面構造の深さを測定するためにも応用でき
ることは言うまでもない。埋設導電性プレートのほかの
このような埋設界面の１例はトレンチ内の垂直ＦＥＴト
ランジスタのソース／ドレイン端子またはゲート端子を
形成するシリコンの表面ドープされた領域である。この
ような垂直トランジスタを有するメモリ・アレイにおい
て、本発明をこのような埋設ドープ領域の深さを決定す
るために用いることができる。
【００１０】図１はトレンチ２を内蔵するシリコンアド
の半導体基体１を示す。参照番号３はテトラエチルオル
トシリケート（ＴＥＯＳ）の比較的厚い層４で被覆され
た薄い窒化シリコンパッドを表す。参照番号５はトレン
チ２の中に付着された砒素をドープされたシリケート・
ガラス（ＡＳＧ）の層を表す。トレンチ２の上および内
部にフォトレジスト６が付着される。このフォトレジス
トはノボラック樹脂をベースとするレジストのようなポ
シティブ・フォトレジストであって良い。図２に示すよ
うに、フォトレジスト６は露光、現像または乾式エッチ
ングによって基体表面の約１．５ミクロン下まで凹所を
形成される。層５（ＡＳＧ）は緩衝フッ化水素酸（ＢＨ
Ｆ）を用いるなどによりレジストの凹所に従ってエッチ
される。層５はレジストの凹所の僅か下までエッチされ
るのが普通である（図３参照）。トレンチ内の残りのレ
ジスト充填物６はここで除去されＡＳＧから基体１また
はその中のｐ型ウエルに不純物が拡散または打ち込まれ
て残余のＡＳＧの場所に従って埋設プレートが実質上形
成される。不純物打ち込みの代表的な時間および温度は
１０５０゜Ｃで３時間または１１００゜Ｃで１時間であ
る。
【００１１】異なるＤBPのサンプルが用意されＦＴＩＲ
システムの赤外線ビームに曝される。代表的なＦＴＩＲ
システムは Bio-Rad QS500と指定してBio-Rad Laborato
ries社から入手できる。図５はＦＴＩＲ設定の概略を示
す。具体的に述べると、ＦＴＩＲシステムは制御された
赤外スペクトルを放射し、戻された信号のスペクトル内
容をフーリエ解析によって検出および解析する装置であ
る。図５に示されるように、たとえば波数４００ないし
４５００（約２５ミクロン乃至２ミクロンの波長範囲）
の広帯域赤外線エネルギを放射するため、Ｇｌｏｂａｒ
ＩＲ源などのＩＲ源２０が備えられる。マイケルソン
干渉計等の干渉計がＩＲ源２０からサンプル２２への光
路に置かれる。干渉計は可動鏡２４，固定鏡２６および
ビーム・スプリッタ２１を含んでいる。干渉系は可動鏡
２４を利用して検出器２５に強めあう干渉および弱めあ
う干渉のパターンを生じさせる。このパターンは検出さ
れた光の周波数又は波数、およびサンプルの特性によっ
て決まる。検出器２５に戻ってきた信号にフーリエ変換
を行うための回路（図示せず）が備えられる。当業者が
本明細書の開示を一旦理解するならば不当に多くの実験
をしなくてもこの回路を備えることができるはずである
から、この回路の詳細な説明は不要であろう。
【００１２】埋設プレートを生成するためのドーパント
として砒素を用いる場合、波数４００乃至１５００の間
のスペクトル部分がＡｓ−Ｏ帯域の振動に付随するもの
と認められる特定の吸収帯域を示すと言うことが本発明
によって見いだされている。この吸収帯域は２つの吸収
ピーク、すなわち波数１０２０を中心とするものと、波
数７００および８００の間のものによって特徴づけられ
る。この吸収帯域のパターンおよび２つのピークの高さ
の比はＤBPが増大すると相当に変化する。事実、各ＤBP
の深さはスペクトルのこの部分に顕著に区別できるパタ
ーンを生じることが本発明により見いだされており、こ
れがパターン比較によって比破壊的に埋設プレートの深
さを測定するために本発明において用いられる。
【００１３】具体的に述べると、既知の深さの埋設プレ
ートの幾つかのサンプルについての戻された信号のスペ
クトル内容が参照スペクトルまたは校正スペクトルの本
体またはライブラリを作るために解析される。もし所望
ならば、このライブラリは異なる組の校正スペクトル、
たとえば各ＤＲＡＭを作る毎に校正スペクトルの組を含
んでも良く、これを用いるときにテストされるウエハー
の特性に合うスペクトルの組に対してだけ装置が回帰信
号を比較するようにすることができる。解析されたサン
プルの既知の深さの埋設プレートは外方拡散領域を断面
ハイライトまたはコントラスト・エッチングして走査電
子顕微鏡測定を行うことにより決定される。本発明によ
れば、未知のサンプルはＩＲ光で照射され、回帰信号の
スペクトル内容が解析されて、未知のスペクトルが参照
又は校正スペクトルのいずれに最も近く一致するかが決
定される。未知のスペクトルに最も良く一致する参照ス
ペクトルは埋設プレートの頂部の深さを示す。
【００１４】本発明の好適な側面によれば、比較を最大
限に有効にするため校正スペクトルは４４０ｃｍ-1 お
よび１１８０ｃｍ-1 において切り取られ、強度値は０
と１との間に正規化される。同様にＤBPを決定する必要
のある未知のサンプルからのスペクトルも４４０ｃｍ
-1 および１１８０ｃｍ-1 において切り取られ、強度値
は０と１との間に正規化される。
【００１５】一致する既知スペクトルを見つける処理は
既知スペクトルのあるもの又はすべてに対して未知スペ
クトルを最小自乗法で比較することにより行うことがで
きる。たとえば、最小合計を見つけるために、各曲線に
沿った対応点（ａi−ｂi）2の合計ＳＵＭ ｉ＝１ない
しｉ＝ｎが用いられる。つまり、最小自乗法による一致
手順は、各波数と各校正スペクトルとの差を計算し、各
波数と各校正スペクトルとの差を自乗し、すべての波数
および各校正スペクトルについて自乗値を合計してすべ
ての合計の最小値を決定することを含む。最小値は最も
良く一致する校正スペクトルに対して見つかり、サンプ
ルのＤBPは校正スペクトルのＤBPと同じである。所望な
らば他の相関方法を用いることができ、たとえば Micro
soft Excel（Microsoft 社の商標）のユーザ・ガイドに
記述された共分散ＣＯＶまたは相関係数ρxyを計算する
等の方法を用いることができることは勿論である。
【００１６】共分散ツールはそれぞれの平均からのデー
タ点の偏差の積の平均を与える。共分散は２つの範囲の
データの間の関係の測度である。 ＣＯＶ（Ｘ、Ｙ）＝１／ｎ＊Σ（ｘi−μx）（ｙi−
μy） ここでμxはｘデータの組の平均値、μyはｙデータの組
の平均値である。
【００１７】相関ツールは測度の単位とは独立にスケー
ルされた２つのデータ組の間の関係を測定する。母相関
計算は２つのデータ組の共分散をそれらの標準偏差で割
ったものを与える。 ρx、y＝ＣＯＶ（Ｘ、Ｙ）／σxσy ここでσyはｙデータ組の標準偏差、σxはｘデータ組の
標準偏差である。 σx 2＝１／ｎΣ（Ｘ1−μx）2 および σy 2＝１／ｎΣ（Ｙ1−μy）2
【００１８】図６は異なる埋設プレート深さ測定値を有
する既知サンプルおよび未知サンプルのスペクトル内容
を示すグラフである。図６は強度について正規化され、
最小自乗法などによりプロットに現れる未知サンプルと
直ちに比較できるようにされた後のプロットである。図
６の未知サンプルは１．５３μｍの深さを表す曲線に最
も良く一致している。相関曲線の数を増加させると測定
精度がよくなることが判るであろう。
【００１９】図７は本発明で得られた深さ測度をＳＥＭ
断面法によって確認するグラフである。ｘ軸の値はＦＴ
ＩＲからのものである。ｙ軸の値はＳＥＭからのもので
ある。
【００２０】本発明についての以上の説明は本発明を図
示、説明している。また、本明細書の開示は本発明の好
適な実施例のみを図示し、記述しているが、以上の教示
およびこの分野における知識に従って、種々のその他の
組み合わせ、変更および環境で本発明が使用できるこ
と、また本明細書に開示された本発明の概念の範囲内で
修正がなされうることが理解されるべきである。以上に
記述された実施例は、本発明の特定の応用面において必
要とされる種々の変更を加えてかかる実施例またはその
他の実施例において本発明を利用し、また本発明を実施
するための最良の態様と考えられるものを説明する事を
意図したものである。従って、以上の記述は本発明をこ
こに開示された形態に制限することを意図するものでは
ない。また、本明細書の特許請求の範囲は変更実施形態
を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 埋設界面を設けるための従来のプロセスを示
す概略図。
【図２】 埋設界面を設けるための従来のプロセスを示
す概略図。
【図３】 埋設界面を設けるための従来のプロセスを示
す概略図。
【図４】 埋設界面を設けるための従来のプロセスを示
す概略図。
【図５】 本発明によるＦＴＩＲ測定を行うために用い
られる装置の概略を示す図。
【図６】 埋設プレートの幾つかの異なる深さ測定値を
有する既知サンプルおよび未知サンプルのスペクトル内
容を示す曲線を与えるグラフ。
【図７】 本発明により得られた測定値をＳＥＭ断面法
と比較して確認するグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケイ・ポール・ミュラー アメリカ合衆国12590、ニューヨーク州ワ ッピンガーズ・フォールズ、ブラザーズ・ ロード 89 (72)発明者 ベンカタチャラム・シー・ジャイプラカシ ュ アメリカ合衆国12508、ニューヨーク州ベ ーコン、ハドソン・ビュー・ドライブ、ナ ンバー・シー、39

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基体の表面下に埋設された界面の頂
    部の深さを測定する非破壊的方法であって、 測定されるべき前記埋設された界面を内蔵する半導体基
    体を赤外線で照射するステップと、 前記半導体基体から戻ってくる信号を検出し、そのスペ
    クトル内容をフーリエ解析により解析するステップと、 前記戻ってきた信号のスペクトル内容を校正スペクトル
    と比較して前記埋設された界面の深さを決定するステッ
    プと、 を含む方法。
  2. 【請求項２】前記赤外線は広帯域ＩＲ放射である請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ＩＲ放射の波長は２ないし２５ミクロ
    ンである請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記埋設された界面は埋設導電性プレート
    である請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記埋設導電性プレートの頂部の深さは前
    記半導体基体の表面から１．５±０．１５ミクロン下に
    ある請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記埋設導電性プレートは砒素である請求
    項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】波数１０２０を中心とする吸収帯および波
    数７００ないし８００にある吸収帯が吸収ピークを有す
    る請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記比較はサンプルからのスペクトルと校
    正スペクトルとの最小自乗法比較を用いる請求項１に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】前記スペクトルの強度値が比較の前に０と
    １との間に正規化される請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】半導体基体の表面下に埋設された界面の
    深さを測定する装置であって、 前記半導体基体を赤外線放射源で照射し、前記半導体基
    体から戻ってくる信号のフーリエ解析を発生するＦＴＩ
    Ｒ分光光度計と、 記憶された校正スペクトルのライブラリと、 前記戻ってきた信号のフーリエ解析を前記校正スペクト
    ルと比較して前記埋設された界面の深さを決定する手段
    と、 を含む装置。
  11. 【請求項１１】前記赤外線源は広帯域ＩＲ放射源である
    請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記ＩＲ放射の波長は２ないし２５ミク
    ロンである請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記比較手段は前記基体からのスペクト
    ルと前記校正スペクトルとを比較するための最小自乗法
    比較手段を含む請求項１０に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記戻された信号の強度値を０と１との
    間に正規化するための手段をさらに含む請求項１０に記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】記憶された校正スペクトルの前記ライブ
    ラリは埋設された導電性プレートに対する校正スペクト
    ルを含む請求項１０に記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記ライブラリは校正スペクトルの複数
    の異なる組を含む請求項１０に記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記複数の異なる組は各ＤＲＡＭの生成
    ごとに校正スペクトルを含む請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】記憶された校正スペクトルの前記ライブ
    ラリは砒素を含有する埋設された導電性プレートに対す
    る校正スペクトルを含む請求項１０に記載の装置。
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