一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法
【专利摘要】本发明公开了一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，包括：提供一阴影效应测试晶圆，所述阴影效应测试晶圆包括离子注入区和非离子注入区，在阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿一X方向呈连续梯度分布的光刻胶层，图形化光刻胶层，以在阴影效应测试晶圆的非离子注入区表面形成多个高度沿X方向呈梯度分布的光刻胶柱。本发明通过在一片测试晶圆基底的非离子注入区形成具有不同高度的光刻胶柱，可以在一片测试晶圆基底上测试不同高度的光刻胶柱造成的阴影效应，从而降低了阴影效应的分析成本，提高了分析效率，进一步还可得到离子注入时优化的光刻胶层高度，以改善阴影效应。
【专利说明】
一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体微电子测试技术领域，更具体地，涉及一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]在半导体表面掺杂杂质的方法一般通过热扩散或者离子注入来实现。由于离子注入工艺中没有侧向扩散，且离子注入的注入温度为室温附近，容易对晶圆内掺杂的位置和数量进行良好的控制，因此掺杂工艺大多是采用离子注入来实现的。
[0003]离子注入层光刻工艺主要用于提供离子注入时的掩蔽层，即使用光刻胶作为离子注入层的掩蔽物，将晶圆上不需要离子注入的区域使用光刻胶进行覆盖掩蔽，而需要离子注入区域的光刻胶则通过显影去除掉。
[0004]请参阅图1，图1是现有工艺中一种半导体器件的离子注入示意图。如图1所示，当需要对NMOS区域104中的袋状掺杂区103进行离子注入(如图1中箭头方向所示)时，为了防止离子注入到PMOS区域105，可以在PMOS区域105表面上形成一层光刻胶层101来阻挡离子注入。由于在袋状掺杂区103进行离子注入的时候通常都需要倾斜一定的角度Θ来进行，而在现有的制造方法中，光刻胶层101通过曝光并显影后，形成的光刻胶层101均呈现柱状结构，其侧面均为竖直的侧面，从而限制了离子注入的倾斜角度范围。因此，其阴影效应(shadow effect)难以避免，导致原本也需要离子注入的区域102无法注入离子。
[0005]为了克服上述的阴影效应，通常采用的方法有通过减少光刻胶层101的高度，以获得较大的离子入射角度，减小阴影效应。但是，随着器件的特征尺寸进一步的缩小，匪OS区域104和PMOS区域105之间的距离也日益缩短，光刻胶层101的宽度以及高度也随之而缩小，进一步减少光刻胶层101的高度将会导致高强度以及高浓度的离子打穿光刻胶层进入PMOS区域105，或者进入隔离区106，影响隔离区的隔离效果。因而对器件进行离子注入时，评估阴影效应及获得精准的光刻胶层高度非常重要。
[0006]为了精确确定离子注入时所需光刻胶层的高度，首先需要在测试基底上进行光刻胶层高度的测试。传统方法的过程为:首先提供一批测试晶圆基底，所述测试基底和正规片形成有相同的器件结构及分布，所述测试基底上包括有离子注入区和非离子注入区；在不同的测试基底的非离子注入区上对应分别形成不同高度的光刻胶柱，其中单片测试基底上的光刻胶柱高度相同；使用具有一定倾斜角度入射的离子束对测试基底上的离子注入区进行离子注入;进行后续常规化的工艺，在所述测试基底上形成若干数目的MOS晶体管；最后通过分析测试基底上形成的MOS晶体管的电学性能，包括阈值电压及漏电流;提供预先设定的标准阈值电压和标准漏电流，并将获得的阈值电压与标准的阈值电压比较，将获得的漏电流值与标准漏电流比较，分析因不同高度的光刻胶层造成的阴影效应。
[0007]上述分析方法需要在不同的测试晶圆基底上形成对应的不同高度光刻胶层，一片测试晶圆做一次离子注入过程只能对应分析一个光刻胶柱高度，测试过程复杂，需要大量的测试晶圆数量，其分析成本较高，而分析效率较低。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，可在一个测试晶圆上形成具有不同高度的光刻胶柱，以便在一个测试晶圆上测试不同高度光刻胶柱造成的阴影效应。
[0009]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0010]—种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，包括以下步骤:
[0011]步骤SO1:提供一阴影效应测试晶圆，所述阴影效应测试晶圆包括离子注入区和非离子注入区，在所述阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿一X方向呈连续梯度分布的光刻胶层；
[0012]步骤S02:图形化光刻胶层，以在所述阴影效应测试晶圆的非离子注入区表面形成多个高度沿X方向呈梯度分布的光刻胶柱，并暴露出所述阴影效应测试晶圆的离子注入区表面。
[0013]优选地，步骤SOl中，所述光刻胶层的形成方法包括:
[0014]步骤S011:在所述阴影效应测试晶圆表面涂敷一层光刻胶；
[0015]步骤S012:利用一光刻胶烘焙装置，通过调节其热板的各热源，使各热源温度沿X方向呈梯度分布，使得热板上的所述阴影效应测试晶圆表面光刻胶烘焙的温度也沿X方向呈梯度变化，从而在烘焙后在所述阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层。
[0016]优选地，使所述热板的各热源在X方向形成均匀分布。
[0017]优选地，进行光刻胶烘焙处理时的温度在80摄氏度至150摄氏度之间。
[0018]优选地，进行光刻胶烘焙处理时的温度在90摄氏度至120摄氏度之间。
[0019]优选地，所述X方向为所述阴影效应测试晶圆的一径向。
[0020]优选地，还包括:步骤S03:使用离子束对离子注入区进行离子注入，形成离子掺杂区，并进行后续常规化的工艺，在所述阴影效应测试晶圆上形成多个MOS晶体管。
[0021]优选地，在进行后续常规化的工艺时，去除所述光刻胶柱。
[0022]优选地，所述光刻胶柱高度沿X方向上的梯度分布介于120-330nm。
[0023]优选地，所述光刻胶层的厚度确定方法包括:利用一光刻胶膜厚测试晶圆，采用步骤SOll和步骤S012，在所述光刻胶膜厚测试晶圆表面同样形成厚度沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层，对光刻胶膜厚测试晶圆表面不同位置的光刻胶层厚度进行测量，以得到不同位置上光刻胶层的准确厚度，作为所述阴影效应测试晶圆表面对应位置的光刻胶层厚度。
[0024]从上述技术方案可以看出，本发明通过在一片测试晶圆基底的非离子注入区形成具有不同高度的光刻胶柱，可以在一片测试晶圆基底上测试不同高度的光刻胶柱造成的阴影效应，从而降低了阴影效应的分析成本，提高了分析效率，进一步还可得到离子注入时优化的光刻胶层高度，以改善阴影效应。
【附图说明】
[0025]图1现有工艺中一种半导体器件的离子注入示意图；
[0026]图2是本发明一较佳实施例的一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法流程图；
[0027]图3-图5是本发明一较佳实施例中根据图2的形成方法形成离子注入层阴影效应分析结构的工艺步骤示意图；
[0028]图6是本发明一较佳实施例中采用的一光刻胶烘焙装置的热板热源分布示意图；
[0029]图7是图6中热板热源的一温度梯度设定示意图；
[0030]图8是根据图7中的温度梯度设定得到的光刻胶层膜厚分布示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0032]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0033]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图2，图2是本发明一较佳实施例的一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法流程图；同时，请参阅图3-图5，图3-图5是本发明一较佳实施例中根据图2的形成方法形成离子注入层阴影效应分析结构的工艺步骤示意图。如图2所示，本发明的一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，包括以下步骤:
[0034]步骤一:提供一阴影效应测试晶圆，所述阴影效应测试晶圆包括离子注入区和非离子注入区，在所述阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿一X方向呈连续梯度分布的光刻胶层。
[0035]请参阅图3。采用一已形成一定图形结构的阴影效应测试晶圆200为测试基底，所述测试基底200已完成隔离区和栅极结构的工艺，后续工艺在测试基底200上需要形成若干数目的MOS晶体管。测试基底200包括有非离子注入区201和离子注入区202;其中，所述非离子注入区201对应为MOS晶体管的隔离区和栅极结构、或者是其他不需要进行离子注入的电学器件区；所述离子注入区202对应为MOS晶体管的源区和漏区。后续工艺需要对所述离子注入区202进行离子注入。
[0036]首先，需要在所述测试基底200表面形成具有连续梯度分布膜厚的光刻胶层。可采用现有的一种光刻胶烘焙装置，通过对光刻胶进行特定方式的烘焙处理来形成此光刻胶层。如图6所示，本实施例中，光刻胶烘焙装置中热板401上设置有(但不限于)7个热源402，即H0、H1、H2、H3、H4、H5和!16。7个热源在热板上呈如图6所示的热板Y方向对称分布，并在X方向形成均匀分布。可通过调节各热源的温度，使各热源沿如图6所示的热板X方向温度呈梯度上升分布，例如其温度梯度可在80-150°C之间变化。热源的温度可视为光刻胶的烘焙处理温度。通过对各热源进行温度设定，可得到如图7所示的光刻胶烘焙装置热板热源的一温度梯度设定图。图中横坐标依次代表各热源!11、!13、!12、《0、!15、!14和册，纵坐标代表设定温度(°C)。图中例举的各热源的温度设定范围较佳地在80-120°C之间呈梯度上升分布。
[0037]可采用涂敷方式，在阴影效应测试晶圆表面形成一层光刻胶。然后，将涂敷有光刻胶的阴影效应测试晶圆放入光刻胶烘焙装置，并置于热板401上。热板的X、Y方向即与阴影效应测试晶圆的Χ、Υ方向相吻合;并且，Χ、Υ方向分别对应阴影效应测试晶圆的一相垂直径向。接着，设定好热板各热源402的温度，开始对光刻胶进行烘焙处理。
[0038]通过调节热板的各热源设定温度，可使各热源温度沿X方向呈梯度分布，也就使得热板上的阴影效应测试晶圆表面光刻胶烘焙的温度也沿X方向呈梯度变化，从而在烘焙后，即可在阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层。也就是说，通过控制阴影效应测试晶圆表面光刻胶层沿X方向不同位置处的烘焙温度，形成沿X方向的梯度温度，来得到烘焙后沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层。
[0039]作为一优选的实施方式，进行光刻胶烘焙处理时的温度在80摄氏度至150摄氏度之间；较佳地，进行光刻胶烘焙处理时的温度可在90摄氏度至120摄氏度之间。如按照图7的热源设定温度，即可得到如图8所示的光刻胶层膜厚分布示意图。图中横坐标代表阴影效应测试晶圆沿X方向的直径位置(mm)，图示为300mm晶圆；纵坐标代表光刻胶层膜厚(nm)。通过图7的热源设定温度，可得到沿测试晶圆X方向的膜厚在120-330nm之间连续变化的光刻胶层。
[0040]上述阴影效应测试晶圆上光刻胶层的厚度可通过实际测量来得到。由于阴影效应测试晶圆已制作有MOS晶体管的隔离区和栅极结构，因而会对光刻胶层的膜厚测量准确度带来一定影响。为了获得准确的阴影效应测试晶圆光刻胶膜厚，也可以采用以下方法:
[0041]利用一光刻胶膜厚测试晶圆，此光刻胶膜厚测试晶圆最好是光基片，即未加工有图形结构的晶圆。然后，按照与在阴影效应测试晶圆上形成光刻胶层的相同方法，采用涂敷方式，在光刻胶膜厚测试晶圆表面形成一层同样厚度的光刻胶。然后，将涂敷有光刻胶的光刻胶膜厚测试晶圆放入上述的光刻胶烘焙装置，并置于热板401上，设定好相同的热板各热源402温度，对光刻胶膜厚测试晶圆的光刻胶进行相同时间的烘焙处理，从而在烘焙后在所述光刻胶膜厚测试晶圆表面同样形成厚度沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层。对光刻胶膜厚测试晶圆表面不同位置的光刻胶层厚度进行测量，可以得到其不同位置上光刻胶层的准确厚度，可将此厚度值等同作为所述阴影效应测试晶圆表面对应位置光刻胶层的厚度。图8中的光刻胶层膜厚分布即为采用上述方法得到的沿测试晶圆X方向呈120-330nm厚度连续梯度分布的厚度测量值，光刻胶膜厚沿测试晶圆直径的一边到另一边呈连续梯度变化。
[0042]步骤二:图形化光刻胶层，以在所述阴影效应测试晶圆的非离子注入区表面形成多个高度沿X方向呈梯度分布的光刻胶柱，并暴露出所述阴影效应测试晶圆的离子注入区表面。
[0043]请参阅图4。接下来，可通过掩模版曝光和显影，对所述阴影效应测试晶圆200上光刻胶层300进行图案化处理，将所述测试基底200的离子注入区202表面暴露出来，在所述测试基底的非离子注入区201表面形成多个高度沿X方向呈梯度分布的光刻胶柱300。例如，当光刻胶层膜厚分布为120-330nm时，则形成的光刻胶柱300高度沿X方向上的梯度分布也将介于120_330nm之间。
[0044]步骤三:使用离子束对离子注入区进行离子注入，形成离子掺杂区，并进行后续常规化的工艺，在所述阴影效应测试晶圆上形成多个MOS晶体管。
[0045]请继续参阅图4。接下来，采用离子束以一定的倾斜角Θ对所述测试基底200的离子注入区202进行离子注入，形成离子掺杂区。离子束通过具有不同高度的光刻胶柱300，对各所述离子注入区202进行离子注入。如图4所示，在非离子注入区201上形成的光刻胶柱300高度越大，则因所述光刻胶柱造成的离子注入阴影区就越大，不同面积的阴影区将导致不同的阴影效应。
[0046]接下来，可进行后续常规化的工艺，并将各光刻胶柱300去除。最后在所述阴影效应测试晶圆上形成多个MOS晶体管，如图5所示。并可获得各MOS晶体管的阈值电压和漏电流，此时的阴影效应测试晶圆可用于继续进行阴影效应分析。
[0047]在进行离子注入层阴影效应分析时，利用预先设置的标准阈值电压范围及标准漏电流范围，将上述获得的阴影效应测试晶圆上各MOS晶体管的阈值电压与标准阈值电压范围比较，同时将获得的各漏电流与标准漏电流范围比较;若其中获得的阈值电压值落入标准阈值电压范围，同时获得的漏电流值落入标准漏电流值范围，则对应的MOS晶体管因该位置光刻胶柱高度所导致的阴影效应处于可容忍范围，从而可得到离子注入时优化的光刻胶层厚度，达到改善阴影效应的目的。
[0048]以图5所示的半导体结构为例，图中的离子注入区202为NMOS区域，非离子注入区201为PMOS区域，匪OS区域和PMOS区域之间采用隔离区205相隔离。从而，NMOS管的源/漏区203即为需要进行离子注入的区域(即离子注入区)，而PMOS管的源/漏区204为不需要进行离子注入的区域(即非离子注入区)。当在非离子注入区204上形成光刻胶柱时，若光刻胶柱高度越大，则因光刻胶柱造成的阴影区也越大，阴影区覆盖隔离区205的面积也越大;若阴影区覆盖的区域大于所述隔离区205，进而覆盖至部分的离子注入区203，则会阻挡离子注入至离子注入区203;反之，若阴影区覆盖的面积不足以覆盖隔离区205，或者因为光刻胶柱高度太小、容易被离子束击穿，则会导致隔离区205也将有离子注入，从而影响到隔离区205的隔离效果，进一步将影响器件结构的漏电流值。因此，可以采用本发明上述的方法形成离子注入层阴影效应分析结构，并借以评估阴影效应及获得精准的光刻胶层高度。
[0049]综上所述，本发明通过在一片测试晶圆基底的非离子注入区形成具有不同高度的光刻胶柱，可以在一片测试晶圆基底上测试不同高度的光刻胶柱造成的阴影效应，从而降低了阴影效应的分析成本，提高了分析效率，进一步还可得到离子注入时优化的光刻胶层高度，以改善阴影效应。
[0050]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤SO1:提供一阴影效应测试晶圆，所述阴影效应测试晶圆包括离子注入区和非离子注入区，在所述阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿一 X方向呈连续梯度分布的光刻胶层； 步骤S02:图形化光刻胶层，以在所述阴影效应测试晶圆的非离子注入区表面形成多个高度沿X方向呈梯度分布的光刻胶柱，并暴露出所述阴影效应测试晶圆的离子注入区表面。2.根据权利要求1所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，步骤SOl中，所述光刻胶层的形成方法包括: 步骤S011:在所述阴影效应测试晶圆表面涂敷一层光刻胶； 步骤S012:利用一光刻胶烘焙装置，通过调节其热板的各热源，使各热源温度沿X方向呈梯度分布，使得热板上的所述阴影效应测试晶圆表面光刻胶烘焙的温度也沿X方向呈梯度变化，从而在烘焙后在所述阴影效应测试晶圆表面形成厚度沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层。3.根据权利要求2所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，使所述热板的各热源在X方向形成均匀分布。4.根据权利要求2所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，进行光刻胶烘焙处理时的温度在80摄氏度至150摄氏度之间。5.根据权利要求4所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，进行光刻胶烘焙处理时的温度在90摄氏度至120摄氏度之间。6.根据权利要求1或2所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，所述X方向为所述阴影效应测试晶圆的一径向。7.根据权利要求1所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，还包括: 步骤S03:使用离子束对离子注入区进行离子注入，形成离子掺杂区，并进行后续常规化的工艺，在所述阴影效应测试晶圆上形成多个MOS晶体管。8.根据权利要求7所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，在进行后续常规化的工艺时，去除所述光刻胶柱。9.根据权利要求1所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，所述光刻胶柱高度沿X方向上的梯度分布介于120-330nm。10.根据权利要求2所述的离子注入层阴影效应分析结构的形成方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度确定方法包括:利用一光刻胶膜厚测试晶圆，采用步骤SOll和步骤S012，在所述光刻胶膜厚测试晶圆表面同样形成厚度沿X方向呈连续梯度分布的光刻胶层，对光刻胶膜厚测试晶圆表面不同位置的光刻胶层厚度进行测量，以得到不同位置上光刻胶层的准确厚度，作为所述阴影效应测试晶圆表面对应位置的光刻胶层厚度。
【文档编号】H01L21/027GK106024601SQ201610319144
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】甘志锋, 毛智彪
【申请人】上海华力微电子有限公司