离子注入测试样品的制备方法及测试方法技术

一种离子注入测试样品的制备方法及测试方法，所述制备方法包括：提供衬底以及凸出于衬底的鳍部；在鳍部之间的衬底上形成隔离结构，鳍部的一部分露出于隔离结构，为鳍部第一区域，另一部分位于隔离结构内，为鳍部第二区域；在鳍部第二区域内形成掺杂离子；在鳍部第一区域侧壁形成用于提供第一探测离子的第一探测层；去除隔离结构；形成保形覆盖鳍部且用于提供第二探测离子的第二探测层；形成顶部高于第二探测层顶部的介质层。本发明专利技术自介质层顶部至衬底表面，探测三种离子，获得各离子与位于介质层内深度相关的浓度变化曲线图，通过第一探测离子获得鳍部第一区域高度，通过第二探测离子获得鳍部高度，从而获得掺杂离子在鳍部内的浓度分布。

【技术实现步骤摘要】
离子注入测试样品的制备方法及测试方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种离子注入测试样品的制备方法及测试方法。
技术介绍
离子注入技术是一种向半导体材料中引入掺杂离子，改变半导体器件的电学性能的技术。离子注入现已在半导体制造中被广泛应用。离子注入的剂量和射程是离子注入工艺的两个重要参数，对离子注入的剂量和射程进行精确控制是离子注入工艺优化的目标。其中，不仅要求掺杂离子的峰值浓度控制准确，还要求掺杂离子浓度分布符合设计要求。对于平面晶体管而言，通常采用二次离子质谱(SecondIonMassSpectroscopy，SIMS)来分析掺杂离子注入后在半导体材料内的离子浓度分布情况。具体地，SIMS技术包括：通过在半导体表面区域上照射一次离子而产生二次离子，通过对所述二次离子进行质量分析来测定掺杂离子的离子浓度分布。但是，现有技术发展了鳍式场效应管的3D晶体管技术，如何对鳍式场效应管进行离子浓度分布测量成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种离子注入测试样品的制备方法及测试方法，提高鳍式场效应管离子浓度分布的测量精确度。为解决上述问题，本专利技术提供一种离子注入测试样品的制备方法。包括如下步骤：形成半导体基底，所述半导体基底包括衬底、凸出于所述衬底的鳍部；在所述鳍部之间的衬底上形成隔离结构，所述鳍部的一部分露出于所述隔离结构，为鳍部第一区域，所述鳍部的另一部分位于所述隔离结构内，为鳍部第二区域；对所述鳍部第二区域进行离子掺杂，在所述鳍部第二区域内形成掺杂离子；完成所述离子掺杂工艺后，在所述鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层，用于提供第一探测离子，且所述第一探测离子与所述掺杂离子不同；形成所述第一探测层后，去除所述隔离结构；去除所述隔离结构后，形成保形覆盖所述鳍部第一区域和鳍部第二区域的第二探测层，用于提供第二探测离子，且所述第二探测离子与所述第一探测离子、掺杂离子不同；在所述半导体基底表面形成介质层，所述介质层的顶部高于所述第二探测层的顶部。可选的，所述掺杂离子为N型离子或P型离子。可选的，掺杂离子为N型离子，所述N型离子为砷离子，注入的离子能量为30Kev至120Kev，注入的离子剂量为1E12至1E14原子每平方厘米；或者，掺杂离子为P型离子，所述P型离子为硼离子，注入的离子能量为5Kev至50Kev，注入的离子剂量为5E12至5E14原子每平方厘米。可选的，所述第一探测层的材料为氮化硅、氮化钛或氮化钽，所述第一探测离子为氮离子。可选的，形成所述第一探测层的步骤包括：形成保形覆盖所述隔离结构表面和所述鳍部第一区域表面的第一探测层膜；采用无掩膜刻蚀工艺，去除所述隔离结构表面和所述鳍部第一区域顶部的第一探测层膜，在所述鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层。可选的，通过原子层沉积工艺形成所述第一探测层膜。可选的，所述原子层沉积工艺的工艺参数包括：向原子层沉积室内通入的前驱体为含氮的前驱体，工艺温度为400摄氏度至600摄氏度，压强为1毫托至10毫托，前驱体的气体流量为1500sccm至4000sccm，沉积次数为15次至50次。可选的，所述第二探测层的材料为氧化硅或氧化铪，所述第二探测离子为氧离子。可选的，形成所述第二探测层的工艺为原子层沉积工艺。可选的，所述原子层沉积工艺的工艺参数包括：向原子层沉积室内通入的前驱体为含氧的前驱体，前驱体的气体流量为500sccm至5000sccm，工艺温度为80摄氏度至300摄氏度，压强为0.1托至20托，沉积次数为5次至50次。可选的，所述介质层的材料为无定形硅。可选的，所述介质层高于所述第二探测层顶部的厚度为至可选的，对所述半导体基底进行离子掺杂工艺后，在所述鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层之前，还包括：对所述半导体基底进行退火工艺。可选的，所述退火工艺的工艺参数包括：退火温度为950摄氏度至1100摄氏度，工艺时间为10秒至30秒，压强为0.4托至1托，反应气体为氧气，氧气的气体流量为0.5每分钟标准升至2每分钟标准升。相应的，本专利技术还提供一种离子注入测试方法，包括：提供前述制备方法所形成的测试样品；自所述介质层的顶部至所述衬底表面，探测所述第一探测离子、第二探测离子以及所述掺杂离子的信号，获得各离子与所述离子位于所述介质层内深度相关的浓度变化曲线图，所述浓度变化曲线图包括波谷值区域和波峰值区域，所述波谷值区域表示未探测到离子的区域，所述波峰值区域表示离子浓度最大的区域；通过所述第一探测离子的浓度变化曲线图获得所述鳍部第一区域的高度；通过所述第二探测离子的浓度变化曲线图获得所述鳍部的高度；通过所述浓度变化曲线图、鳍部的高度以及鳍部第一区域的高度，获得所述掺杂离子在所述鳍部内的浓度分布；判断所述掺杂离子的浓度波峰值区域是否位于所述鳍部第二区域内，若所述掺杂离子的浓度波峰值区域未在所述鳍部第二区域内或者仅部分位于所述鳍部第二区域内，根据掺杂离子的浓度分布，对离子注入掺杂工艺的参数进行调整。可选的，采用二次离子质谱方法，自所述介质层的顶部至所述衬底表面，探测所述第一探测离子、第二探测离子以及所述掺杂离子的信号，获得各离子与所述离子位于所述介质层内深度相关的浓度变化曲线图。可选的，所述二次离子质谱方法的探测面积范围为50μm×50μm。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术在鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层，形成保形覆盖所述鳍部第一区域和鳍部第二区域的第二探测层，其中，所述第一探测层用于提供第一探测离子，所述第二探测层用于提供第二探测离子，且所述第一探测离子、第二探测离子和掺杂离子各不相同。在所述半导体基底表面形成介质层之后，类似平面晶体管，自介质层的顶部至衬底表面，探测所述第一探测离子、第二探测离子以及掺杂离子的信号时，获得各离子与所述离子位于所述介质层内深度相关的浓度变化曲线图，且通过所述第一探测离子的浓度变化曲线图获得所述鳍部第一区域的高度(能探测到第一探测离子的介质层深度范围)，通过所述第二探测离子的浓度变化曲线图获得所述鳍部的高度(能探测到第二探测离子的介质层深度范围)，从而可以通过所述浓度变化曲线图、鳍部的高度以及鳍部第一区域的高度，直观且精确地获得所述掺杂离子在所述鳍部内的浓度分布，并可以根据掺杂离子的浓度分布，对离子注入掺杂工艺的进行优化，进而提高半导体器件的电学性能。附图说明图1至图7是本专利技术离子注入测试样品的制备方法一实施例中各步骤对应结构示意图；图8是本专利技术离子注入测试中离子与所述离子位于介质层内深度相关的浓度变化曲线图。具体实施方式对于FinFET晶体管包括作为沟道区的鳍部。所述鳍部中掺杂有离子，属于三维离子结构，二次离子质谱(SecondIonMassSpectroscopy，SIMS)适于测量平面样品，难以对三维样品的掺杂离子浓度分布进行测试。现有技术主要借助工艺计算机辅助设计(TechnologyComputerAidedDesign，TCAD)工具，分析得到鳍部内从鳍部顶部至底部的掺杂离子浓度分布。但由于TCAD的模拟分析存在固有误差，得到的掺杂离子浓度分布精确度较低。为了解决所述技术问题，本专利技术提供一种离子注入测试样品的制备方法，包括：形成半导体基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，包括：形成半导体基底，所述半导体基底包括衬底、凸出于所述衬底的鳍部；在所述鳍部之间的衬底上形成隔离结构，所述鳍部的一部分露出于所述隔离结构，为鳍部第一区域，所述鳍部的另一部分位于所述隔离结构内，为鳍部第二区域；对所述鳍部第二区域进行离子掺杂，在所述鳍部第二区域内形成掺杂离子；完成所述离子掺杂工艺后，在所述鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层，用于提供第一探测离子，且所述第一探测离子与所述掺杂离子不同；形成所述第一探测层后，去除所述隔离结构；去除所述隔离结构后，形成保形覆盖所述鳍部第一区域和鳍部第二区域的第二探测层，用于提供第二探测离子，且所述第二探测离子与所述第一探测离子、掺杂离子不同；在所述半导体基底表面形成介质层，所述介质层的顶部高于所述第二探测层的顶部。

【技术特征摘要】
1.一种离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，包括：形成半导体基底，所述半导体基底包括衬底、凸出于所述衬底的鳍部；在所述鳍部之间的衬底上形成隔离结构，所述鳍部的一部分露出于所述隔离结构，为鳍部第一区域，所述鳍部的另一部分位于所述隔离结构内，为鳍部第二区域；对所述鳍部第二区域进行离子掺杂，在所述鳍部第二区域内形成掺杂离子；完成所述离子掺杂工艺后，在所述鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层，用于提供第一探测离子，且所述第一探测离子与所述掺杂离子不同；形成所述第一探测层后，去除所述隔离结构；去除所述隔离结构后，形成保形覆盖所述鳍部第一区域和鳍部第二区域的第二探测层，用于提供第二探测离子，且所述第二探测离子与所述第一探测离子、掺杂离子不同；在所述半导体基底表面形成介质层，所述介质层的顶部高于所述第二探测层的顶部。2.如权利要求1所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，所述掺杂离子为N型离子或P型离子。3.如权利要求2所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，掺杂离子为N型离子，所述N型离子为砷离子，注入的离子能量为30Kev至120Kev，注入的离子剂量为1E12至1E14原子每平方厘米；或者，掺杂离子为P型离子，所述P型离子为硼离子，注入的离子能量为5Kev至50Kev，注入的离子剂量为5E12至5E14原子每平方厘米。4.如权利要求1所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，所述第一探测层的材料为氮化硅、氮化钛或氮化钽，所述第一探测离子为氮离子。5.如权利要求1所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，形成所述第一探测层的步骤包括：形成保形覆盖所述隔离结构表面和所述鳍部第一区域表面的第一探测层膜；采用无掩膜刻蚀工艺，去除所述隔离结构表面和所述鳍部第一区域顶部的第一探测层膜，在所述鳍部第一区域的侧壁表面形成第一探测层。6.如权利要求5所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，通过原子层沉积工艺形成所述第一探测层膜。7.如权利要求6所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，所述原子层沉积工艺的工艺参数包括：向原子层沉积室内通入的前驱体为含氮的前驱体，工艺温度为400摄氏度至600摄氏度，压强为1毫托至10毫托，前驱体的气体流量为1500sccm至4000sccm，沉积次数为15次至50次。8.如权利要求1所述的离子注入测试样品的制备方法，其特征在于，所述第二探测层的材料为氧化硅或氧化铪，所述第二探测离子为氧离子。9.如权利要求1所述的离子注入测试样品的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31