利用同型结监控p型轻掺杂离子注入对准度的结构及方法

利用同型结监控p型轻掺杂离子注入对准度的结构及方法
【专利摘要】本发明提供了利用同型结监控P型轻掺杂离子注入对准度的结构及方法，该监控结构包括光阻区和P型轻掺杂离子注入区，P型轻掺杂离子注入区包括：P型阱、P型轻掺杂离子阱、栅极、介质层以及对应于P型轻掺杂离子阱的接触孔；光阻区包括：P型阱、栅极、介质层，以及对应于P型阱的接触孔；对P型轻掺杂离子注入区注入P型轻掺杂离子；经负电势电子束扫描得到电压衬度影像中，根据发生变化的接触孔即可监控光阻区的对准度，从而实现对CMOS中P型轻掺杂离子注入对准度的实时监控，避免P型轻掺杂离子注入到NMOS的P型阱中而导致NMOS漏电现象的发生。
【专利说明】利用同型结监控P型轻掺杂离子注入对准度的结构及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，特别涉及一种在CMOS中利用同型结来监控P型轻掺 杂离子注入对准度的结构及监控方法。

【背景技术】
[0002] 随着集成电路工艺的发展以及关键尺寸按比例缩小，各种工艺的工艺窗口越来越 小，CMOS器件成为现有集成电路中重要的电子元件之一，在CMOS器件的制备过程中，对各 种工艺制程的要求越来越高，比如源漏极离子注入对准度、轻掺杂离子注入对准度等；如图 1所示，为经电子束扫描得到的NM0S的漏电缺陷示意图，经研究发现，NM0S产生漏电缺陷的 形成原因之一是在P型轻掺杂离子注入时产生对准度偏差，从而导致在NM0S中的P型阱中 注入了 P型轻掺杂离子，如图1中，在正电势电子束扫描模式下，虚线框中本应为暗孔的位 置显示为亮孔，这说明NM0S的P型阱中注入了 P型轻掺杂离子，也即是P型轻掺杂离子注 入产生对准度偏差。NM0S产生漏电缺陷将导致整个CMOS器件甚至良率失效，从而增加成 本。因此，针对此P型轻掺杂离子注入对准度进行监控是十分必要的。P型轻掺杂离子注入 产生对准度偏差归根到底是由于P型轻掺杂离子注入时，覆盖在NM0S的P型阱上方的光阻 发生对准度偏差导致的。因此，监控P型轻掺杂离子注入对准度偏差可以通过监控该P型 轻掺杂离子注入过程中的光阻对准度偏差来实现。
[0003] 如图2所示，P型轻掺杂离子注入时光阻产生对准度偏差的各种情况示意图，其 中，虚线表示异常位置，实线表示正常位置，可以看到，光阻发生偏差的情况包括：单一方向 偏移型（图2(a))、外溢型（图2(b))、内收型（图2(c))、旋转型（图2(d))、综合性（图 2(e))。目前业界都采用光学检测进行监控，但是由于分辨率的限制和实际光刻胶工艺中对 准度偏差的复杂性，因而很难得到准确的监控，更重要的是，其检测结果无法与所导致的漏 电问题建立直接的联系。
[0004] 因此，急需能够准确地对CMOS中P型轻掺杂离子注入对准度进行实时监控的测试 结构和方法，从而避免NM0S器件产生漏电而导致整个器件失效的问题发生。


【发明内容】

[0005] 为了克服以上问题，本发明旨在提供一种CMOS中利用同型结的特性来监控P型轻 掺杂离子注入对准度的结构及方法，并利用P型轻掺杂离子注入时采用的光阻的对准度， 来监控P型轻掺杂离子注入对准度，从而实现对P型轻掺杂离子注入对准度进行准确而有 效的实时监控，避免NM0S器件的P型阱中注入P型轻掺杂离子而产生漏电。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种利用同型结监控P型轻掺杂离子注入对准 度的结构，所述监控结构位于半导体衬底的非功能区域中，其中，所述监控结构包括P型轻 掺杂离子注入区和光阻区，所述光阻区为不注入任何类型的轻掺杂离子的区域，其中，
[0007] 所述P型轻掺杂离子注入区由P型阱-P型轻掺杂离子阱结构构成，包括：在非功 能区中设置的P型阱，在所述P型阱中设置的P型轻掺杂离子阱，位于所述P型轻掺杂离 子阱之间的栅极，位于所述非功能区表面的介质层，以及位于所述介质层中且对应于所述P 型轻掺杂离子阱的接触孔；
[0008] 所述光阻区由P型阱结构构成，包括：在非功能区中设置的P型阱，位于所述P型 阱之间的栅极，位于非功能区表面的介质层，以及位于所述介质层中且对应于所述P型阱 的接触孔；
[0009] 在负电势电子束扫描模式下得到的电压衬度影像图中，所述P型阱-P型轻掺杂离 子阱结构对应的接触孔显示为暗孔，所述P型阱结构对应的接触孔显示为亮孔。
[0010] 优选地，所述光阻区与所述P型轻掺杂离子注入区相邻设置，且具有公共边。
[0011] 优选地，所述监控结构中的P型阱呈若干平行的列等间距排布，所述栅极呈若干 平行的行等间距排布；且所述栅极所在的行与所述P型阱所在的列呈正交分布；
[0012] 所述光阻区中，所述栅极之间仅为P型阱；所述P型轻掺杂离子注入区中，所述栅 极之间设置有P型阱及P型轻掺杂离子阱。
[0013] 进一步的，所述光阻区的图形为一内角为30度的直角三角形，所述P型轻掺杂离 子注入区的图形与所述光阻区的图形全等，且所述光阻区的图形的斜边与所述P型轻掺杂 离子注入区的图形的斜边相重合设置；所述P型阱之间的间距为所述栅极之间的间距的 3 1/3,且所述P型阱的宽度为所述栅极的宽度的31/3。
[0014] 本发明还提供了一种利用同型结对P型轻掺杂离子注入对准度进行监控的方法， 其包括监控结构的制备和电子束扫描两个过程，其中，
[0015] 所述监控结构的制备包括：
[0016] 步骤S01 :提供一个半导体衬底的非功能区，并在所述非功能区中设置P型轻掺杂 离子注入区和光阻区；
[0017] 步骤S02 :在所述非功能区中依次进行P型阱和栅极的制备；
[0018] 步骤S03 :在所述光阻区上覆盖一层P型轻掺杂离子注入光阻；
[0019] 步骤S04 :向所述P型轻掺杂离子注入区的P型阱中进行P型轻掺杂离子注入，从 而在该P型阱中形成P型轻掺杂离子阱；
[0020] 步骤S05 :去除所述P型轻掺杂离子注入光阻；
[0021] 步骤S06 :在所述非功能区表面形成介质层，在所述介质层中且分别对应于所述P 型轻掺杂离子阱和所述光阻区的所述P型阱上方形成接触孔；
[0022] 所述电子束扫描过程包括：
[0023] 步骤S07 :在负电势电子束扫描模式下，采用电子束对所述监控结构进行扫描，得 到所述测试结构的实际电压衬度影像图；其中，所述P型阱和P型轻掺杂离子阱结构对应的 接触孔显示为暗孔，所述光阻区的所述P型阱结构对应的接触孔显示为亮孔；
[0024] 步骤S08 :设置所述监控结构在无对准度偏差情况下的标准电压衬度影像图；其 中，所述P型阱和P型轻掺杂离子阱结构对应的接触孔显示为暗孔，所述光阻区的所述P型 阱结构对应的接触孔显示为亮孔；
[0025] 步骤S09 :将所述实际电压衬度影像图与所述标准电压衬度影像图进行对比，找 出发生亮度变化的接触孔：其中，包括所述P型阱和P型轻掺杂离子阱组成的结构中由暗孔 变为亮孔的接触孔或者所述P型阱结构中由亮孔变为暗孔的接触孔；
[0026] 步骤S10 :根据所找出的发生亮度变化的所述接触孔的数据得到所述光阻区的对 准度偏差，也即是所述P型轻掺杂离子注入对准度偏差。
[0027] 优选地，所述步骤S10包括：所述发生亮度变化的接触孔发生的偏移量不为其偏 移方向上的整数倍时，设定偏移量在X?X+1范围内，其中X为非负整数，采用迭代法来逐 步选取所述偏移量，并根据选取的所述偏移量来调整所述光阻区的位置，重新制备所述监 控结构和进行所述电子束扫描，直至实际电压衬度影像图与所述标准电压衬度影像图相 同。
[0028] 优选地，所述步骤S07中，所述电子束对所述监控结构进行扫描的参数包括：像素 为30?80nm，着陆能量为1800?2500eV，电流为80?ΙΟΟηΑ。
[0029] 优选地，所述光阻区与所述P型轻掺杂离子注入区相邻设置，且具有公共边。
[0030] 优选地，所述监控结构中的P型阱呈若干平行的列等间距排布，所述栅极呈若干 平行的行等间距排布；且所述栅极所在的行与所述P型阱所在的列呈正交分布；
[0031] 所述光阻区中，所述栅极之间仅为P型阱；所述P型轻掺杂离子注入区中，所述栅 极之间设置有P型阱及P型轻掺杂离子阱。
[0032] 进一步的，所述光阻区的图形为一内角为30度的直角三角形，所述P型轻掺杂离 子注入区的图形与所述光阻区的图形全等，且所述光阻区的图形的斜边与所述P型轻掺杂 离子注入区的图形的斜边相重合设置；相邻所述P型阱之间的间距为相邻所述栅极之间的 间距的3 1/3,且所述P型阱的宽度为所述栅极的宽度的31/3。
[0033] 本发明的利用同型结特性来监控P型轻掺杂离子注入对准度的结构及方法，采用 了在负电势电子束扫描模式下同型PP结为导通状态而单独P阱为不导通状态的原理，从而 设计出具有P型阱-P型轻掺杂离子阱结构和单独P型阱结构的监控结构；监控结构中划分 出光阻区和P型轻掺杂离子注入区，光阻区为不用进行任何类型轻掺杂离子注入区，即由 单独的p型阱结构构成，p型轻掺杂离子注入区由p型阱-P型轻掺杂离子阱结构构成；在 负电势电子束扫描模式下，P型阱-P型轻掺杂离子阱结构上的接触孔显示为暗孔，P型阱结 构上的接触孔显示为亮孔，因此，一旦光阻区发生对准度偏差，将导致所对应的接触孔发生 亮度变化；然后根据发生亮度变化的接触孔的数据比如位置数据、数量等得到光阻区的对 准度偏差，也即是P型轻掺杂离子注入对准度偏差；从而实现对CMOS中P型轻掺杂离子注 入对准度的实时监控，避免NM0S器件失效和成本的不必要的浪费。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 图1为经电子束扫描得到的NM0S的漏电缺陷示意图
[0035] 图2为P型轻掺杂离子注入时光阻产生对准度偏差的各种情况示意图
[0036] 图3为本发明的一个较佳实施例的P型轻掺杂离子注入对准度的监控结构的俯视 示意图
[0037] 图4为本发明的一个较佳实施例的P型轻掺杂离子注入对准度的监控结构的局部 截面结构示意图
[0038] 图5本发明的P型轻掺杂离子注入对准度的监控方法的流程示意图
[0039] 图6-11为本发明的一个较佳实施例的监控结构的各个制备步骤所对应的俯视结 构示意图
[0040] 图12为本发明的另一个较佳实施例中的监控结构的图形示意图
[0041] 图13为本发明的一个较佳实施例的负电势电子束扫描模式下含有P型轻掺杂离 子注入区和光阻区的监控结构的截面结构及其接触孔的电压衬度影像示意图 [0042] 图14为本发明的一个较佳实施例的监控结构的标准电压衬度影像图 [0043] 图15为本发明的一个较佳实施例的进行电子束扫描后所形成的监控结构的实际 电压衬度影像与标准电压衬度影像的对比示意图

【具体实施方式】
[0044] 为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一 步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也 涵盖在本发明的保护范围内。
[0045] 本发明的监控结构和监控方法的原理是：根据负电势电子束扫描过程中，P型 阱-P型轻掺杂离子阱结构不导通，而P型阱结构导通，从而所对应的接触孔显示不同的亮 度的特性来进行对准度判断，在负电势条件下，前者对应的接触孔显示为暗孔，后者对应的 接触孔显示为亮孔；当P型轻掺杂离子注入过程中的光阻的位置发生对准度偏差时，则在 监控结构中的光阻区也会发生变化，原本应当显示为亮孔（或暗孔）的接触孔则显示为暗 孔（或亮孔），根据产生变化的接触孔的位置得到光阻区的对准度偏差也即为P型轻掺杂离 子注入的对准度偏差。
[0046] 之所以P型阱-型轻掺杂离子阱结构不导通，显示为暗孔，是由于：在负电势条件 下，电子束中入射的二次电子大部分被阻挡在该结构表面，从而该结构对应的接触孔显示 为暗孔；同理，P型阱结构导通，显示为亮孔，是由于：在负电势条件下，电子束中入射的二 次电子大部分被该结构吸收，从而该结构对应的接触孔显示为亮孔。
[0047] 以下将结合附图3-4和具体实施例对利用同型结特性监控P型轻掺杂离子注入对 准度的结构作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比 例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0048] 本发明的监控结构，设置于半导体衬底上，本发明采用的半导体衬底具有功能区 和非功能区，非功能区是指不会影响半导体衬底功能的区域比如切割道、虚拟区域等。半导 体衬底可以但不限于为硅衬底；本发明的监控结构则位于半导体衬底的非功能区域中，其 包括有P型轻掺杂离子注入区和光阻区，光阻区为不进行任何类型的轻掺杂离子注入的区 域。
[0049] 这是因为，NM0S漏电现象的原因之一是P型轻掺杂离子注入时所采用的遮挡无需 进行P型轻掺杂离子注入区域的光阻发生对准度偏差，从而导致在NM0S的P型阱中注入了 P型轻掺杂离子；由此，监控P型轻掺杂离子注入对准度可以通过监控该光阻的对准度来实 现，而该光阻的对准度可以利用监控结构中的光阻区的对准度来进行监控。因此，在监控结 构中设置P型轻掺杂离子注入区和光阻区，P型轻掺杂离子注入区为用于注入P型轻掺杂 离子的区域，光阻区为不注入任何类型轻掺杂离子的区域，在注入P型轻掺杂离子的过程 中，光阻区上设置光阻用于阻挡P型轻掺杂离子注入到光阻区中，如果光阻区发生对准度 偏差，则会导致P型轻掺杂离子注入发生对准度偏差，因此，通过监控光阻区的对准度偏差 即可找到P型轻掺杂离子注入的对准度偏差。
[0050] P型轻掺杂离子注入区由P型阱-P型轻掺杂离子阱结构构成，包括：在非功能区 中设置的P型阱，在P型阱中设置的P型轻掺杂离子阱，位于P型轻掺杂离子阱之间的栅极， 位于非功能区表面的介质层，以及位于介质层中且对应于P型轻掺杂离子阱的接触孔。
[0051] 光阻区由P型阱结构构成，包括：在非功能区中设置的P型阱，在P型阱之间的栅 极，位于非功能区表面的介质层，以及位于介质层中且对应于P型阱的接触孔。需要说明的 是，光阻区应当不遮挡在P型源漏离子注入区的P型阱上方，因此，光阻区的轮廓线可以位 于栅极的上方或P型阱之间的区域上方。
[0052] 在负电势电子束扫描模式下得到的电压衬度影像图中，所述P型阱-p型轻掺杂离 子阱结构对应的接触孔显示为暗孔，所述P型阱结构对应的接触孔显示为亮孔。
[0053] 需要说明的是，在本发明中，在光阻区或P型轻掺杂离子注入区中的栅极上方的 介质层中也可以设置有接触孔。
[0054] 请参阅图3,为本发明的一个较佳实施例的P型轻掺杂离子注入对准度的监控结 构的俯视示意图；在本实施例中，监控结构位于半导体衬底的非功能区1中，P型阱2设置 成若干等间距排布的平行列，栅极3设置成若干等间距排布的平行行，且与P型阱2呈正交 排布；虚线框框住的区域为光阻区a，相邻的区域为P型轻掺杂离子注入区b，光阻区a与P 型轻掺杂离子注入区b相邻设置，且具有公共边；为了便于后续计算对准度偏差，光阻区a 的形状优先但不限于为一个内角为45度或30度直角三角形，或者正多边形，因为这些图形 的几何数据便于计算；在本实施例中，光阻区为一内角为30度的直角三角形，P型轻掺杂离 子注入区的图形与光阻区的图形全等，且光阻区的图形的斜边与P型轻掺杂离子注入区的 图形的斜边相重合设置则构成了长方形的监控结构；与之相配合，相邻P型阱的间距设置 为相邻栅极的间距的3 1/3,且P型阱的宽度为栅极的宽度的31/3,这样可以避免光阻区覆盖 在P型轻掺杂离子注入区的P型阱的上方，提高后续计算的对准度的精度。
[0055] 在本发明的另一个较佳实施例中，光阻区环绕设置于P型轻掺杂离子注入区外。 然则本发明的光阻区和P型轻掺杂离子注入区的图形还可以为其它形状，本发明对此不作 限制。
[0056] 光阻区a中，栅极3之间为P型阱2 ;P型轻掺杂离子注入区b中，栅极3之间为P 型阱2和P型轻掺杂离子阱5 ;在栅极3之间且分别在光阻区的P型阱2和P型轻掺杂离 子阱5上方设置有接触孔6 ;需要说明的是，为了便于表达，在附图3中未显示介质层。
[0057] 为了便于清楚完整的表达本发明的监控结构，请参阅图4,列出了本发明的一个较 佳实施例的含有P型轻掺杂离子注入区和光阻区的截面结构示意图；其中，虚线框内为光 阻区；P型轻掺杂离子注入区中包括：在非功能区1中设置的P型阱2,在P型阱2中设置的 P型轻掺杂离子阱5,位于P型轻掺杂离子阱5之间的栅极（未显示），位于非功能区1表面 的介质层7,以及位于介质层7中且对应于P型轻掺杂离子阱5的接触孔6。光阻区包括： 在非功能区1中设置的P型阱2,在P型阱2之间的栅极（未显示），位于非功能区1表面 的介质层7,以及位于介质层7中且对应于P型阱2的接触孔7。
[0058] 以下将结合附图5-15和具体实施例对P型轻掺杂离子注入对准度的监控方法作 进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以 方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0059] 请参阅图5,为本发明的P型轻掺杂离子注入对准度的监控方法的流程示意图；本 发明的P型轻掺杂离子注入对准度的监控方法包括监控结构的制备和电子束扫描两个过 程：
[0060] 首先，请参阅图6-12,其中，图6-11为本发明的一个较佳实施例的监控结构的各 个制备步骤所对应的俯视结构示意图；本实施例的监控结构采用上述附图3和附图4中的 监控结构，以制备和采用电子束扫描附图3和附图4中的监控结构的方法为例进行说明；本 实施例的监控结构的制备包括：
[0061] 步骤S01 :请参阅图6,提供一个半导体衬底的非功能区1，并在非功能区1中设置 P型轻掺杂离子注入区b和光阻区a ;
[0062] 具体的，本发明中，半导体衬底包括用于制备CMOS器件的功能区以及用于制备监 控结构的非功能区；半导体衬底可以为任意半导体衬底，在本实施例中，半导体衬底为娃衬 底；为便于描述，在图6-11中，仅显示非功能区1的监控结构示意图，而功能区中的CMOS器 件的结构和制备为现有技术，在此不再赘述。光阻区a为不进行任何类型轻掺杂离子注入 的区域，如图6中虚线框框住的区域；P型轻掺杂离子注入区b为与虚线框相邻的区域。光 阻区a与P型轻掺杂离子注入区b相邻设置；在本实施例中，光阻区为正立的一内角为30 度的直角三角形，P型轻掺杂离子注入区b为倒立的内角为30度的直角三角形，两个图形 全等，两个图形拼合起来构成了长方形，也即该长方形为本实施例的监控结构的形状。请参 阅图12,为本发明的一个较佳实施例中的监控结构的图形示意图；光阻区环绕设置于P型 轻掺杂离子注入区外，且光阻区的图形与P型轻掺杂离子注入区的图形形成同心方环。
[0063] 步骤S02 :请参阅图7,在非功能区1中依次进行P型阱2和栅极3的制备；
[0064] 具体的，本实施例中，可以采用现有方法在非功能区1中依次进行P型阱2和栅极 3的制备，本发明对此不再赘述；需要说明的是，为了实现对CMOS制备工艺中的P型轻掺杂 离子注入的实时监控，在制备本发明中的监控结构的过程中，在功能区也在同步制备CMOS 器件，这样，一旦在监控结构中发现光阻区出现对准度偏差，则可以知道NM0S的P型阱中的 P型轻掺杂离子注入出现对准度偏差，从而可以停止制备，并作出相应的修正来消除P型轻 掺杂离子注入对准度偏差。P型阱2设置成若干等间距排布的平行列，栅极3设置成若干等 间距排布的平行行，且与P型阱2呈正交排布；相邻P型阱的间距设置为相邻栅极的间距的 3 1/3,且P型阱的宽度为栅极的宽度的31/3。
[0065] 步骤S03 :请参阅图8,在光阻区上覆盖一层P型轻掺杂离子注入光阻4 ;
[0066] 具体的，本实施例中，由于在整个硅衬底的非功能区1上均进行P型轻掺杂离子注 入过程，则需要采用光阻将不进行任何类型轻掺杂离子注入区域遮挡住；这里，监控结构的 制备过程中，P型轻掺杂离子注入时采用的光阻称为P型轻掺杂离子注入光阻4, P型轻掺 杂离子注入光阻4对应的区域则为光阻区；也即是，光阻区是不用进行任何类型轻掺杂离 子注入的区域，P型轻掺杂离子注入光阻4的形状与光阻区的形状且大小相同。
[0067] 步骤S04 :请参阅图9,向P型轻掺杂离子注入区中的P型阱2中进行P型轻掺杂 离子注入，从而在该P型阱中形成P型轻掺杂离子阱5 ;
[0068] 具体的，本实施例中，在P型轻掺杂离子注入光阻4的保护下，仅对光阻区之外的 区域需要进行P型轻掺杂离子注入的P型阱2中进行P型轻掺杂离子注入；P型轻掺杂离 子注入的各个工艺参数可以根据实际工艺要求来设定，本发明对此不作限制。
[0069] 步骤S05 :请参阅图10,去除P型轻掺杂离子注入光阻4 ;
[0070] 具体的，本实施例中，在P型轻掺杂离子注入完成后，可以但不限于湿法刻蚀去除 P型轻掺杂离子注入光阻4。
[0071] 步骤S06 :请参阅图11，在非功能区表面形成介质层（图11中未显示介质层），在 介质层中且分别对应于P型轻掺杂离子阱5和光阻区a中的P型阱2上方形成接触孔6 ;
[0072] 具体的，本实施例中，可以但不限于采用化学气相沉积法沉积介质层，介质层的材 料可以但不限限于为氧化硅。
[0073] 本实施例中，可以采用现有技术形成接触孔，包括采用光刻和等离子体干法刻蚀 工艺在介质层中形成接触孔结构，然后在接触孔结构中填充导电材料，比如金属钨，从而形 成具有导电功能的接触孔。
[0074] 至此，本实施例中的监控结构就制作完毕，以下结合附图13-15对实施例的电子 束扫描过程作进一步说明，本实施例的电子束扫描过程包括以下步骤：
[0075] 步骤S07 :在负电势电子束扫描模式下，采用电子束对监控结构进行扫描，得到测 试结构的实际电压衬度影像图；
[0076] 具体的，本实施例中，采用电子束对监控结构进行扫描的参数可以根据实际工艺 要求来设定，较佳的，可以为：像素为30?80nm，着陆能量为1800?2500eV，电流为80? ΙΟΟηΑ。电压衬度影像反映成图形称之为电压衬度影像图；在负电势电子束扫描模式下，监 控结构中的P型轻掺杂离子注入区中的P型阱-P型轻掺杂离子阱结构对应的接触孔显示 为暗孔，光阻区中的P型阱结构对应的接触孔显示为亮孔，如图13所示，为本发明的一个较 佳实施例的负电势电子束扫描模式下含有P型轻掺杂离子注入区和光阻区的监控结构的 截面结构及其接触孔的电压衬度影像示意图，其中，虚线框为光阻区；接触孔显示亮孔或暗 孔是根据接触孔所对应的结构对电子束中的二次电子的吸收程度来决定的；在负电势扫描 模式下，当接触孔所对应的结构导通时，则吸收大量的二次电子，从而接触孔显示为亮孔， 反之，则显示为暗孔；在本实施例中，在负电势电子束扫描模式下，光阻区a中的P型阱2构 成的结构呈导通状态，其可以吸收大量的二次电子，从而该结构对应的接触孔6显示为亮 孔；而P型阱2-P型轻掺杂离子阱5构成的同型PP结构呈不导通状态，大量的二次电子聚 集在P型轻掺杂离子阱5表面，从而该结构对应的接触孔6显示为暗孔。
[0077] 步骤S08 :设置监控结构在无对准度偏差情况下的标准电压衬度影像图；
[0078] 具体的，请参阅图14,为本发明的一个较佳实施例的监控结构的标准电压衬度影 像图；根据前述原理，在无对准度偏差的情况下，P型轻掺杂离子注入区中P型阱2-P型轻 掺杂离子阱5结构对应的接触孔显示为暗孔，光阻区的P型阱2结构对应的接触孔显示为 亮孔。标准电压衬度影像图为无对准度偏差情况下的数据，可以根据现有的图形模拟软件 将相关数据输入得到标准电压衬度影像图。
[0079] 这里，标准电压衬度影像还可以通过以下方式得到：在电子束扫描仪中设置缺陷 扫描程式，设定本发明的监控结构中至少一个接触孔发生异常，根据监控结构的类型模拟 出监控结构的标准电压衬度影像图。
[0080] 还可以通过设定监控结构中的一特定位置为坐标原点，将每个接触孔的位置数据 和尺寸数据输入到模拟软件中，经仿真模拟得到标准电压衬度影像图。
[0081] 步骤S09 :将实际电压衬度影像图与标准电压衬度影像图进行对比，找出发生亮 度变化的接触孔；其中，包括P型阱-P型轻掺杂离子阱结构中由暗孔变为亮孔的接触孔或 者P型阱结构中由亮孔变为暗孔的接触孔；
[0082] 具体的，请参阅图15,为本发明的一个较佳实施例的进行电子束扫描后所形成的 监控结构的实际电压衬度影像与标准电压衬度影像的对比示意图，为了便于表达，图15中 不显示监控结构中的P型轻掺杂离子阱，以及半导体衬底的非功能区。
[0083] 实际电压衬度影像图与标准电压衬度影像图对比之下，光阻区发生对准度偏差情 况则可以有效的检测出来；当光阻区发生对准度偏差时，也即是实际光阻区发生各种不对 准的情况下，某一接触孔在标准电压衬度影像图中所对应的数据与实际电压衬度影像图中 所对应的数据会出现差异，这就表明实际光阻区产生了对准度偏差，产生影像变化的这些 接触孔的位置或数量等数据则可以反映出光阻区发生对准偏差的情况。
[0084] 在图15中，粗虚线表示实际光阻区，细虚线表示未发生偏移的光阻区，实际光阻 区向左发生整体偏移，则标准电压衬度影像图中，光阻区的右侧斜边位置的P型阱结构上 显示亮孔的接触孔在实际电压衬度影像图中显示为暗孔，这表明光阻区向左发生了偏移。
[0085] 步骤S10 :根据发生亮度变化的接触孔的数据得到光阻区的对准度偏差，也即是P 型轻掺杂离子注入对准度偏差。
[0086] 具体的，请继续参阅图15,根据发生影像变化的接触孔的数据比如接触孔间距、接 触孔与光阻区的距离等位置数据，以及发生异常变化的接触孔的数量等，则可以计算出光 阻区偏移量，即对准度偏差；图15中，光阻区向左发生偏移，偏移量为水平方向上相邻的两 个接触孔的间距，也即是P型轻掺杂离子阱离子注入对准度偏差。需要说明的是，在实际监 控过程中，光阻区偏移量可能存在不是接触孔间距的整数倍的情况，然当光阻区偏移造成 光阻区的P型阱区中注入了 P型轻掺杂离子时，负电势电子束扫描模式得到的电压衬度影 像图中，该注入位置也会显示为暗孔，这就难免造成仅仅取接触孔间距的整数倍的数值的 不准确性，此时，只要通过调整使实际的光阻区遮挡住其下面所有的P型阱即可，比如，根 据亮度变化的接触孔的位置，初步设定实际偏移量非整数部分在偏移方向上的相邻两个接 触孔间距范围内，将该一个间距再分为多个区间，比如1. 3、1. 5、1. 7等，利用这些区间对应 的偏移量数值来调整实际光阻区，直至监控结构的实际电压衬度影像图与标准电压衬度影 像图相同。然而，根据实际电压衬度影像图与标准电压影像数据的对比，还可以采用现有的 其它数学方法来得到光阻区的对准度偏差，本发明对此不作限制。例如，设定偏移量在X? χ+1范围内，其中X为非负整数，采用二次迭代法，来逐步选取偏移量，并根据此偏移量来调 整光阻区的位置，重新制备监控结构和电子束扫描，直至实际电压衬度影像图与所述标准 电压影像数据相同。
[0087] 需要说明的是，针对CMOS的电子束扫描过程中，由于CMOS器件中存在不同类型的 缺陷，则需要建立多个不同类型的监控结构，那么如何在电子束扫描时准确的找到所需要 的监控结构的电压衬度影像也是十分重要的；因此，在本发明的另一个较佳实施例中，电子 束扫描过程还可以具体包括：
[0088] 步骤A01 :利用电子束扫描仪器根据缺陷检测程式对监控结构进行扫描得到监控 结构中的接触孔的实际位置的电压衬度影像图；这里，接触孔的实际位置的电压衬度影像 图可以通过拍摄电子扫描图片得到。
[0089] 具体的，在缺陷检测程式中，设定不同类型的监控结构中至少有一个接触孔出现 缺陷；所说的缺陷不一定是真正的缺陷，只是一种假设；根据假设出现缺陷的位置得到监 控结构的类型数据，并与接触孔实际位置的影像图进行对照，找到本发明中的监控结构的 接触孔实际位置的影像图。
[0090] 步骤A02 :在电子束扫描仪器中建立缺陷检测程式，根据缺陷检测程式得到监控 结构中的接触孔的标准位置的电压衬度影像图；这里，接触孔的标准位置的电压衬度影像 图可以通过数据模拟程序得到；
[0091] 步骤A03 :根据实际位置的电压衬度影像图与标准位置的电压衬度影像图进行对 t匕，得到接触孔的实际位置的对准度偏差分布数据；
[0092] 步骤A04 :根据上述对准度偏差分布数据得到光阻区的对准度偏差。
[0093] 综上所述，本发明的利用同型结特性来监控P型轻掺杂离子注入对准度的结构及 方法，采用了在负电势扫描模式下同型PP结为导通状态而单独P阱为不导通状态的原理， 从而设计出具有P型阱-P型轻掺杂离子阱结构和单独P型阱结构的监控结构。监控结构 中，划分出光阻区和P型轻掺杂离子注入区，光阻区为不用进行任何类型轻掺杂离子注入 区，即由单独的P型阱结构的构成，P型轻掺杂离子注入区为P型阱-P型轻掺杂离子阱结 构；在负电势电子束扫描模式下，P型阱-P型轻掺杂离子阱结构上的接触孔显示为暗孔，单 独P型阱结构上的接触孔显示为亮孔，因此，一旦光阻区发生对准度偏差，将导致所对应的 接触孔发生亮度变化；然后根据发生亮度变化的接触孔的数据比如位置数据、数量等得到 光阻区的对准度偏差，也即是P型轻掺杂离子注入对准度偏差；从而实现对CMOS中P型轻 掺杂离子注入对准度的实时监控，避免NM0S器件失效和成本的不必要的浪费。
[0094] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而 已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若 干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【权利要求】
1. 一种利用同型结监控P型轻掺杂离子注入对准度的结构，所述监控结构位于半导体 衬底的非功能区域中，其特征在于，所述监控结构包括P型轻掺杂离子注入区和光阻区，所 述光阻区为不注入任何类型的轻掺杂离子的区域，其中， 所述P型轻掺杂离子注入区由P型阱-P型轻掺杂离子阱结构构成，包括：在非功能区 中设置的P型阱，在所述P型阱中设置的P型轻掺杂离子阱，位于所述P型轻掺杂离子阱之 间的栅极，位于所述非功能区表面的介质层，以及位于所述介质层中且对应于所述P型轻 掺杂离子阱的接触孔； 所述光阻区由P型阱结构构成，包括：在非功能区中设置的P型阱，位于所述P型阱之 间的栅极，位于非功能区表面的介质层，以及位于所述介质层中且对应于所述P型阱的接 触孔； 在负电势电子束扫描模式下得到的电压衬度影像图中，所述P型阱-P型轻掺杂离子阱 结构对应的接触孔显示为暗孔，所述P型阱结构对应的接触孔显示为亮孔。
2. 根据权利要求1所述的监控结构，其特征在于，所述光阻区与所述P型轻掺杂离子注 入区相邻设置，且具有公共边。
3. 根据权利要求1所述的监控结构，其特征在于，所述监控结构中的P型阱呈若干平行 的列等间距排布，所述栅极呈若干平行的行等间距排布；且所述栅极所在的行与所述P型 阱所在的列呈正交分布； 所述光阻区中，所述栅极之间仅为P型阱；所述P型轻掺杂离子注入区中，所述栅极之 间设置有P型阱及P型轻掺杂离子阱。
4. 根据权利要求2所述的监控结构，其特征在于，所述光阻区的图形为一内角为30度 的直角三角形，所述P型轻掺杂离子注入区的图形与所述光阻区的图形全等，且所述光阻 区的图形的斜边与所述P型轻掺杂离子注入区的图形的斜边相重合设置；所述P型阱之间 的间距为所述栅极之间的间距的3 1/3,且所述P型阱的宽度为所述栅极的宽度的31/3。
5. -种利用同型结对P型轻掺杂离子注入对准度进行监控的方法，其特征在于，包括 监控结构的制备和电子束扫描两个过程，其中， 所述监控结构的制备包括： 步骤S01 :提供一个半导体衬底的非功能区，并在所述非功能区中设置P型轻掺杂离子 注入区和光阻区； 步骤S02 :在所述非功能区中依次进行P型阱和栅极的制备； 步骤S03 :在所述光阻区上覆盖一层P型轻掺杂离子注入光阻； 步骤S04 :向所述P型轻掺杂离子注入区的P型阱中进行P型轻掺杂离子注入，从而在 该P型阱中形成P型轻掺杂离子阱； 步骤S05 :去除所述P型轻掺杂离子注入光阻； 步骤S06 :在所述非功能区表面形成介质层，在所述介质层中且分别对应于所述P型轻 掺杂离子阱和所述光阻区的所述P型阱上方形成接触孔； 所述电子束扫描过程包括： 步骤S07 :在负电势电子束扫描模式下，采用电子束对所述监控结构进行扫描，得到所 述测试结构的实际电压衬度影像图；其中，所述P型阱和P型轻掺杂离子阱结构对应的接触 孔显示为暗孔，所述光阻区的所述P型阱结构对应的接触孔显示为亮孔； 步骤SOS :设置所述监控结构在无对准度偏差情况下的标准电压衬度影像图；其中，所 述p型阱和p型轻掺杂离子阱结构对应的接触孔显示为暗孔，所述光阻区的所述p型阱结 构对应的接触孔显示为亮孔； 步骤S09 :将所述实际电压衬度影像图与所述标准电压衬度影像图进行对比，找出发 生亮度变化的接触孔：其中，包括所述P型阱和P型轻掺杂离子阱组成的结构中由暗孔变为 亮孔的接触孔或者所述P型阱结构中由亮孔变为暗孔的接触孔； 步骤S10 :根据所找出的发生亮度变化的所述接触孔的数据得到所述光阻区的对准度 偏差，也即是所述P型轻掺杂离子注入对准度偏差。
6. 根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于，所述步骤S10包括：所述发生亮度变 化的接触孔发生的偏移量不为其偏移方向上的整数倍时，设定偏移量在X?x+1范围内，其 中X为非负整数，采用迭代法来逐步选取所述偏移量，并根据选取的所述偏移量来调整所 述光阻区的位置，重新制备所述监控结构和进行所述电子束扫描，直至实际电压衬度影像 图与所述标准电压衬度影像图相同。
7. 根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于，所述步骤S07中，所述电子束对所述 监控结构进行扫描的参数包括：像素为30?80nm，着陆能量为1800?2500eV，电流为80? 100nA 〇
8. 根据权利要求5所述的监控结构，其特征在于，所述光阻区与所述P型轻掺杂离子注 入区相邻设置，且具有公共边。
9. 根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于，所述监控结构中的P型阱呈若干平行 的列等间距排布，所述栅极呈若干平行的行等间距排布；且所述栅极所在的行与所述P型 阱所在的列呈正交分布； 所述光阻区中，所述栅极之间仅为P型阱；所述P型轻掺杂离子注入区中，所述栅极之 间设置有P型阱及P型轻掺杂离子阱。
10. 根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于，所述光阻区的图形为一内角为30度 的直角三角形，所述P型轻掺杂离子注入区的图形与所述光阻区的图形全等，且所述光阻 区的图形的斜边与所述P型轻掺杂离子注入区的图形的斜边相重合设置；相邻所述P型阱 之间的间距为相邻所述栅极之间的间距的3 1/3,且所述P型阱的宽度为所述栅极的宽度的 31/3。
【文档编号】H01L21/66GK104124231SQ201410357174
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】范荣伟, 陈宏璘, 龙吟, 顾晓芳, 刘飞珏 申请人:上海华力微电子有限公司