散射方法測量嵌入式SiGe間隔結(jié)構(gòu)

散射測量方法日益應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的測量，并逐漸在間隔層的量測中占據(jù)主導(dǎo)地位。數(shù)量級在10nm或更薄的間隔層測量尤其困難。除間隔層厚度外，由間隔層過刻蝕導(dǎo)致的基板凹陷深度也對器件有著明顯的影響。嵌入式SiGe通過刻蝕出溝道并填充SiGe來將其嵌入到SOI基板中，它的引入增加了測量的難度。和柵極電介質(zhì)的底部相比，溝槽可能會出現(xiàn)欠填充或過填充的現(xiàn)象。對大量欠填充或過填充的測量對器件性能的監(jiān)控是非常重要的。

本文討論了用于測量eSiGe溝槽的復(fù)雜薄間隔PFET結(jié)構(gòu)的散射測量方法。間隔層厚度和eSiGe溝槽的過填充量是該類結(jié)構(gòu)的重要測量參數(shù)。通過測量關(guān)鍵參數(shù)，可以了解不同系統(tǒng)間測量性能上的差異。與舊系統(tǒng)比較，新系統(tǒng)的光學(xué)元件顯著提高了參數(shù)的動態(tài)可重復(fù)性，同時將波長范圍延伸到了深紫外光 (DUV)，而這個波長范圍對測量參數(shù)有極大的靈敏度，顯著提高了測量的準(zhǔn)確性。

實驗
本實驗主要對45nm節(jié)點SOI技術(shù)的NFET與PFET結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量。每個結(jié)構(gòu)包含一個間距為190nm的多晶硅柵極，其氧化物間隔層厚度約為10nm左右。測量的PFET 結(jié)構(gòu)包含過填充的eSiGe。評估的參數(shù)包括PFET和NFET氧化物間隔層的厚度，以及PFET的過填充量。上述兩種結(jié)構(gòu)樣本的TEM如圖1所示。

本實驗采用的樣品為經(jīng)過間隔層刻蝕工藝的6枚晶圓。在這一組晶圓中，確保兩個參數(shù)不一樣，一個是間隔淀積厚度，它會形成不同厚度的間隔層；另一個是間隔層過刻蝕量，它會形成不同的NFET凹陷深度和PFET過填充量。采用的設(shè)備是Spectra CD200（SCD）散射測量系統(tǒng)和新一代平臺NGP。

本文把波長范圍在235nm以上的光源定義為“紫外光 (UV)”，而把波長范圍為150nm～235nm的光源定義為“深紫外光 (DUV)”。創(chuàng)建2個NFET模型并進(jìn)行比較，每個系統(tǒng)均使用相同的波長，并確保所有波長在紫外光的范圍內(nèi)。此外還采用相同的光學(xué)常數(shù) (n＆k)，以及相同的固定和浮動模型參數(shù)。5個浮動參數(shù)分別是：氧化物間隔層厚度、柵極多晶硅關(guān)鍵尺寸的MCD、柵極多晶硅高度、SOI厚度和埋層氧化物厚度。

同樣也創(chuàng)建2個PFET模型，與NFET模型類似，也使用相同的固定與浮動模型參數(shù)。PFET模型中的7個浮動參數(shù)分別是氧化物間隔層厚度、柵極多晶硅 MCD、柵極多晶硅高度、SOI梯形高度、余下的SOI厚度、埋層氧化物厚度以及eSiGe過填充量。圖2 展示了NFET與PFET模型的示意圖。

結(jié)果
光學(xué)常數(shù)的確定
由于光學(xué)常數(shù)或散射參數(shù)對最后的建模結(jié)果有著重大的影響，因此確定正確的光學(xué)常數(shù)或散射參數(shù)是非常關(guān)鍵的。確定SCD紫外光薄膜常數(shù)可采用常見的疊加堆棧辦法。這種方法是在有圖形的實驗晶圓上收集經(jīng)過多個工藝步驟后的平坦薄膜區(qū)光譜，直至間隔層刻蝕。這一過程可以追蹤每一道工藝是如何影響不同材料的薄膜性能的。

確定NGP PFET模型的光學(xué)常數(shù)則更具挑戰(zhàn)性，因為實驗晶圓不能像SCD應(yīng)用那樣，可在每個工藝步驟后測量。除帶有氧化物間隔層薄膜的無圖形晶圓外，所有薄膜光譜的收集只能在這6片晶圓的間隔層刻蝕之后，在三個不同的平坦襯底上進(jìn)行。這些襯底的示意圖如圖3所示。利用在DUV與UV范圍測得的光譜數(shù)據(jù)創(chuàng)建合適的散射參數(shù)。換而言之，將來自這兩個波長區(qū)域的光譜首次進(jìn)行合并，然后創(chuàng)建散射參數(shù)。此外，在這個合并后的光譜范圍內(nèi)，同時對DUV與UV散射參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，而不是單獨優(yōu)化，然后拼接在一起。雖然這種方法面臨更多的挑戰(zhàn)，但可以防止產(chǎn)生無規(guī)律的不連續(xù)光學(xué)常數(shù)，或在235nm躍遷波長處產(chǎn)生衍生數(shù)據(jù)。

DUV的穿透深度相對較淺，這樣可以在平坦襯底區(qū)獲得上層薄膜特性（圖3）。該上層薄膜特性獨立于下層薄膜特性以及由于受后續(xù)工藝步驟的影響而導(dǎo)致的不確定性。對比來看，UV和可見光具有更深的穿透深度，因此該光譜對下層薄膜的不確定性更敏感，更難以得到上層薄膜的特性。所以，缺乏適當(dāng)?shù)挠糜诒∧ぬ卣髅枋龅木A可能會影響NGP PFET薄膜的散射質(zhì)量，尤其是在UV波長范圍內(nèi)。