N阱和深N阱的着色方法和混合溶液技术

本发明专利技术公开了一种对半导体器件中的N阱和深N阱的着色方法和混合溶液。本发明专利技术在对N阱和深N阱进行着色之前先对半导体结构进行刻蚀，以使半导体结构变得松散，以利于随后混合溶液对松散的N阱和深N阱区域进行着色；在着色过程中采用了体积比为20:50:1的去离子水、70%浓度硝酸和49%浓度氢氟酸的新的混合溶液，使得对N阱和深N阱的着色速率可控，并且能够达到很好的着色效果。本发明专利技术解决了目前进行FA分析时，对小于90nm制程工艺的半导体器件中N阱和深N阱着色难的问题。

【技术实现步骤摘要】
N阱和深N阱的着色方法和混合溶液
本专利技术涉及半导体分析技术，特别涉及一种故障分析时对N阱和深N阱进行着色的方法以及对N阱和深N阱进行着色的混合溶液。
技术介绍
着色（stain）是FA（FailureAnalysis，故障分析）中用来检测掺杂轮廓或者结构轮廓的常用手段。例如，对于半导体器件的SEM（ScanningElectronMicroscope，扫描电子显微镜）的截面CA（ConstructionAnalysis，结构分析）分析中需要HF（氢氟酸）着色，GOX（GateOxide，栅极氧化层）检测需要多晶硅刻蚀液（Polyacid）着色，NMOS（N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体）中源/漏区掺杂检测需要N型掺杂刻蚀液着色等。但是，在FA中，对于N阱（N-well）和深N阱（DNW，DeepN-well）的掺杂轮廓检测却是一项艰难的课题。图1为一种半导体器件的结构示意图，该半导体器件为CMOS（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体），其包括NMOS和PMOS（P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属氧化物半导体）。如图1所示，该结构包括衬底1，在衬底1中形成有深N阱2，位于深N阱2之上形成有STI（ShallowTrenchIsolation，浅沟道隔离）3，位于STI3的两侧分别为PMOS和NMOS。其中PMOS包括：形成于衬底1中的N阱41，位于衬底1上的栅极43，位于栅极43两侧并位于衬底1中的源/漏区42，以及位于栅极43两侧并位于衬底1之上的侧墙44。NMOS包括：形成于衬底1中的P阱51，位于衬底1上的栅极53，位于栅极53两侧并位于衬底1中的源/漏区52，以及位于栅极53两侧并位于衬底1之上的侧墙54。NMOS和PMOS结构上大体相同，但是由于掺杂的离子不同而分成N型和P型，其中，NMOS位于P阱51之上，NMOS的源/漏区52为N型掺杂，PMOS位于N阱41之上，PMOS的源/漏区42为P型掺杂。在NMOS和PMOS之上形成有ILD（InterLayerDielectric，层间介质层）6，在NMOS和/或PMOS的源/漏区42、52以及栅极43、53根据电路设计需要，可设有通孔7，以供电路连接。如图1所示，在CMOS结构中，源/漏区、轻掺杂漏区等区域由于位置较浅，所使用的试剂易于渗入并和相关区域进行反应以着色，但是，对于N阱41以及深N阱2来说，由于其所处位置较深（位于PMOS底部），用以着色的试剂或者难以进入N阱41、深N阱2，或者着色过度而影响其它区域致使掺杂轮廓模糊，各个区域无法区分，进而影响FA检测。对于半导体器件的着色来说，制程工艺越先进，掺杂浓度越低，着色反应越不容易。另外，还需要指出的是，在MOS器件中，N阱和深N阱的掺杂浓度比MOS器件的其他位置的掺杂浓度要低，所以N阱和深N阱也是MOS器件中最难着色的部分。而目前对N阱41和深N阱2的着色试剂一般采用98%浓度醋酸（CH3OOH）、70%浓度硝酸（HNO3）和49%浓度氢氟酸（HF）的混合溶液，醋酸、硝酸和氢氟酸的体积比为100:20:1，例如，由100ml的98%浓度醋酸、20ml的70%浓度硝酸和1ml的49%浓度氢氟酸相混合。其中醋酸作为缓冲液以稀释着色试剂的酸度，硝酸用于对硅元素进行氧化，氢氟酸用于与氧化物进行反应以形成着色区域的轮廓。该混合溶液在CD（CriticalDimension，关键尺寸）为90nm（纳米）以上的制程工艺中可以对N阱41和深N阱2进行很好的着色，对于90nm工艺的半导体器件来说，采用该混合溶液进行着色的时间为19～21s（秒），优选为20s。能够使用上述现有着色试剂的混合溶液进行着色的掺杂浓度至少需要在1×1013atoms/cm2（原子/平方厘米）量级，例如90nm工艺下的N阱的掺杂浓度约为2.8×1013atoms/cm2，深N阱的掺杂浓度约为1.1×1013atoms/cm2，二者的掺杂浓度都在1×1013atoms/cm2量级，因此现有的混合溶液对90nm工艺的N阱和深N阱的着色能够达到很好的效果。但是对于CD更小（例如65nm、45nm、32nm）的先进制成工艺下的半导体器件来说，其中的N阱和深N阱的掺杂浓度更低，低于1×1013atoms/cm2量级，所以着色更不容易，使用现有的该混合溶液进行着色难以控制。如果着色时间稍长，则容易破坏整个阱结构，如图2中黑色区域所示，图2中，由于着色过度，使得栅极43、53，源/漏区42、52，N阱41、P阱51以及深N阱2全部被过渡着色而难以区分。如果着色时间稍短，则无法达到着色效果，如图3网状区域所示，仅有较浅区域的栅极53、源/漏区52被着色。因此，现有的混合溶液和着色方法难以应用于CD小于90nm的先进制程工艺下的半导体器件。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种N阱和深N阱的着色方法，以实现在CD小于90nm的更小的先进工艺下对半导体器件的N阱和深N阱的着色，使得着色后的区域轮廓清晰，利于FA检测。本申请的技术方案是这样实现的：一种N阱和深N阱的着色方法，包括：对半导体结构进行刻蚀，以使所述半导体结构松散；采用去离子水、硝酸和氢氟酸的混合溶液对松散的半导体结构进行反应，以使所述半导体结构中的N阱和深N阱着色。进一步，对半导体结构进行刻蚀包括：采用XeF2气体对所述半导体结构进行刻蚀，使得其中的F离子刻蚀所述半导体结构中的硅材料，进而使得所述半导体结构松散。进一步，刻蚀时，XeF2气体流量可控制在3×106～8×106nm3/s，刻蚀反应时间为1～5s。进一步，所述混合溶液采用去离子水、70%浓度硝酸和49%浓度氢氟酸混合而成，所述去离子水、70%浓度硝酸和49%浓度氢氟酸的体积比为20:50:1。进一步，采用去离子水、硝酸和氢氟酸的混合溶液对松散的半导体结构进行反应的持续时间为24～36s。进一步，所述半导体结构包括：衬底；形成于衬底中的深N阱；衬底中位于深N阱之上的N阱；位于衬底上的栅极；位于栅极两侧并位于衬底中的源/漏区；以及位于栅极两侧并位于衬底之上的侧墙。进一步，所述混合溶液由去离子水、70%浓度硝酸和49%浓度氢氟酸混合而成，所述去离子水、70%浓度硝酸和49%浓度氢氟酸的体积比为20:50:1。从上述方案可以看出，本专利技术所提供的N阱和深N阱的着色方法和混合溶液，在着色之前先对半导体结构进行刻蚀，以使半导体结构变得松散，以利于随后混合溶液对松散的N阱和深N阱区域进行着色，在着色过程中采用了体积比为20:50:1的去离子水、70%浓度硝酸和49%浓度氢氟酸的新的混合溶液，使得对N阱和深N阱的着色速率可控，并且能够达到很好的着色效果。本专利技术解决了目前进行FA分析时，对小于90nm制程工艺的半导体器件中N阱和深N阱着色难的问题。附图说明图1为半导体器件的结构示意图；图2为现有方法对小于90nm制成工艺的半导体器件的N阱和深N阱着色失败的示意之一图；图3为现有方法对小于90nm制成工艺的半导体器件的N阱和深N阱着色失败的示意之二图；图4为本专利技术的N阱和深N阱的着色方法实施例流程图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N阱和深N阱的着色方法，包括：对半导体结构进行刻蚀，以使所述半导体结构松散；采用去离子水、硝酸和氢氟酸的混合溶液对松散的半导体结构进行反应，以使所述半导体结构中的N阱和深N阱着色。

【技术特征摘要】
1.一种N阱和深N阱的着色方法，包括：对半导体结构进行刻蚀，以使所述半导体结构松散；采用去离子水、硝酸和氢氟酸的混合溶液对松散的半导体结构进行反应，以使所述半导体结构中的N阱和深N阱着色；其中，所述N阱和深N阱为关键尺寸CD小于90nm的先进半导体制造工艺中的N阱和深N阱。2.根据权利要求1所述的N阱和深N阱的着色方法，其特征在于，对半导体结构进行刻蚀包括：采用XeF2气体对所述半导体结构进行刻蚀，使得其中的F离子刻蚀所述半导体结构中的硅材料，进而使得所述半导体结构松散。3.根据权利要求2所述的N阱和深N阱的着色方法，其特征在于：刻蚀时，XeF2气体流量可控制在3×106～8×106nm3/s，刻蚀反应时间为1～5s。4.根据权利要求1所述的N阱和深N阱的着色方法，其特征在于，所述混合溶液采用去离子水、70％浓度硝酸和49％浓度氢氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷原梓，高保林，杨梅，文智慧，张菲菲，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31