申请/专利权人：上海华力集成电路制造有限公司

申请日：2019-07-17

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN110411392B

主分类号：G01B21/02(20060101)

分类号：G01B21/02(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明公开了一种半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，包括步骤：步骤一、获取纳米条或纳米片的自热效应产生的温度变化和自热效应指数的关系曲线；步骤二、提供具有纳米条或纳米片的被测试半导体器件；步骤三、采用自热效应测试被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化；步骤四、结合被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化和关系曲线获得被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数并从而获得被测试半导体器件的纳米条或纳米片的宽度。本发明具有非破坏性，能提高测量速度和降低测试复杂性，能进行多面测量，能进行多样品测量并形成分布图，与电性良率连结高。

主权项：1.一种半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取纳米条或纳米片的自热效应产生的温度变化和自热效应指数的关系曲线；所述自热效应指数和纳米条或纳米片的高度和宽度相关；所述自热效应指数正比于对应的所述纳米条或纳米片的高度和宽度的比值；步骤一中通过所述关系曲线获取温度变化和自热效应指数具有线性关系的线性回归模型；步骤二、提供具有纳米条或纳米片的被测试半导体器件；步骤三、采用自热效应测试所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化；步骤四、结合所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化和所述关系曲线获得所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数，通过获得的所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数得到所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的宽度。

全文数据：半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法技术领域本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法。背景技术相对于平面式晶体管，鳍式晶体管FinFET具有立体式沟道结构，故具有更好的导通电流和关断电流特性；也能改善短沟道效应SCE，如漏感应势垒降低效应DIBL和亚阈值斜率SS都能得到改善。如图1所示，是现有鳍式晶体管的立体结构图；所述鳍式晶体管包括鳍体102，所述鳍体102由形成于半导体衬底101上的半导体材料形成的纳米条或纳米片组成。所述鳍体102的半导体材料包括硅或锗硅。同一半导体衬底101上的各所述鳍体102平行排列且各所述鳍体102之间隔离有介质层103。栅极结构覆盖在部分长度的所述鳍体102的顶部表面和侧面，被所述栅极结构覆盖的所述鳍体102的表面用于形成沟道。从图1可以看出，在所述鳍体102的顶部表面和两个侧面都具有如箭头108所示的沟道。图1中，所述栅极结构包括叠加而成的栅介质层104和栅导电材料层105。所述栅介质层104的材料为栅氧化层；或者，所述栅介质层104的材料包括高介电常数材料HK。所述栅导电材料层105为金属栅MG；或者，所述栅导电材料层105为多晶硅栅。源区106和漏区107形成在所述栅极结构两侧的所述鳍体102中。由于沟道会直接形成于被栅极结构所覆盖的所述鳍体102的表面，故所述鳍体102的宽度对器件的性能影响很大，往往需要对所述鳍体102的宽度进行测量。所述鳍体102的宽度都为纳米量级，且器件形成后也无法直接测量所述鳍体102的宽度，故现有方法中往往需要对半导体器件进行切片，然后采用透射电子显微镜TEM进行成像来测量。采用TEM图片进行分析时，具有如下缺点：因为要进行切片，故具有破坏性；同时，测量速度也较慢；一张TEM图片仅能分析一个侧面，故仅能测试一个平面；另外，TEM所能测量的样品数量也较少且工序繁杂；与电性良率连结也一般。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，具有非破坏性，能提高测量速度和降低测试复杂性。为解决上述技术问题，本发明提供的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法包括如下步骤：步骤一、获取纳米条或纳米片的自热效应SelfHeatingEffect，SHE产生的温度变化和自热效应指数index的关系曲线；所述自热效应指数和纳米条或纳米片的高度和宽度相关。步骤二、提供具有纳米条或纳米片的被测试半导体器件。步骤三、采用自热效应测试所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化。步骤四、结合所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化和所述关系曲线获得所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数，通过获得的所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数得到所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的宽度。进一步的改进是，所述自热效应指数正比于对应的所述纳米条或纳米片的高度和宽度的比值。进一步的改进是，步骤一中通过所述关系曲线获取温度变化和自热效应指数具有线性关系的线性回归模型linearregressionmodel。进一步的改进是，所述关系曲线通过多次学习周期learningcycle获取。进一步的改进是，所述半导体器件为鳍式晶体管。进一步的改进是，所述鳍式晶体管包括鳍体，所述鳍体由半导体材料形成的纳米条或纳米片组成。进一步的改进是，栅极结构覆盖在部分长度的所述鳍体的顶部表面和侧面，被所述栅极结构覆盖的所述鳍体的表面用于形成沟道。进一步的改进是，源区和漏区形成在所述栅极结构两侧的所述鳍体中。进一步的改进是，所述栅极结构包括叠加而成的栅介质层和栅导电材料层。进一步的改进是，所述栅介质层的材料为栅氧化层；或者，所述栅介质层的材料包括高介电常数材料。进一步的改进是，所述栅导电材料层为多晶硅栅；或者，所述栅导电材料层为金属栅。进一步的改进是，所述鳍体的半导体材料包括硅或锗硅。进一步的改进是，同一半导体衬底上的各所述鳍体平行排列且各所述鳍体之间隔离有介质层。进一步的改进是，在所述源区或所述漏区中形成有嵌入式外延层。进一步的改进是，所述嵌入式外延层的材料包括锗硅。本发明结合纳米条或纳米片本身所具有的自热效应，通过对自热效应的温度变化的测量并结合纳米条或纳米片的自热效应产生的温度变化和自热效应指数的关系曲线来获取自热效应指数，并从自热效应指数获取纳米条或纳米片的宽度，本发明能很好的应用于鳍式晶体管的鳍体的宽度的测量，相对于现有方法中采用TEM照片来测试纳米条或纳米片宽度的技术方案，本发明并不需要进行切片，故本发明为非破坏性测量，而且测试速度快以及测试成本低；本发明能实现多个平面宽度的测量从而有利于对立体结构的纳米条或纳米片各面上的宽度的测量；本发明测试简单，能对整片半导体衬底上的各纳米条或纳米片的宽度进行测量并形成测量结果分布图mapping，从而有利于对整片半导体衬底上的各纳米条或纳米片的宽度进行监测；本发明与产品的电性良率的连结非常高，能很好的检测出产品的良率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：图1是现有鳍式晶体管的立体结构图；图2是本发明实施例半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法的流程图；图3是本发明实施例方法中步骤一种获取的关系曲线。具体实施方式如图2所示，是本发明实施例半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法的流程图；本发明实施例半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法包括如下步骤：步骤一、获取纳米条或纳米片的自热效应产生的温度变化和自热效应指数的关系曲线；所述自热效应指数和纳米条或纳米片的高度和宽度相关。所述自热效应指数正比于对应的所述纳米条或纳米片的高度和宽度的比值。本发明实施例中，通过所述关系曲线获取温度变化和自热效应指数具有线性关系的线性回归模型；所述关系曲线通过多次学习周期获取。如图3是本发明实施例方法中步骤一种获取的关系曲线，横坐标为自热效应指数，纵坐标为温度变化值即ΔT，可以看出曲线201为线性曲线。所述半导体器件为鳍式晶体管，鳍式晶体管的结构请参考图1所示。所述鳍式晶体管包括鳍体102，所述鳍体102由形成于半导体衬底101上的半导体材料形成的纳米条或纳米片组成。所述鳍体102的半导体材料包括硅或锗硅。同一半导体衬底101上的各所述鳍体102平行排列且各所述鳍体102之间隔离有介质层103。栅极结构覆盖在部分长度的所述鳍体102的顶部表面和侧面，被所述栅极结构覆盖的所述鳍体102的表面用于形成沟道。从图1可以看出，在所述鳍体102的顶部表面和两个侧面都具有如箭头108所示的沟道。图1中，所述栅极结构包括叠加而成的栅介质层104和栅导电材料层105。所述栅介质层104的材料包括高介电常数材料。在其他实施例中，也能为：所述栅介质层104的材料为栅氧化层。所述栅导电材料层105为金属栅。在其他实施例中也能为：所述栅导电材料层105为多晶硅栅。源区106和漏区107形成在所述栅极结构两侧的所述鳍体102中。在所述源区106或所述漏区107中形成有嵌入式外延层。所述嵌入式外延层的材料包括锗硅。步骤二、提供具有纳米条或纳米片的被测试半导体器件。步骤三、采用自热效应测试所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化，如图3中的ΔT测试所示。步骤四、结合所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化和所述关系曲线获得所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数，通过获得的所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数得到所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的宽度。由图3所示可知，通过ΔT测试对应的ΔT能得到对应的自热效应指数，而自热效应指数和纳米条或纳米片的宽度成反比，故能得到对应的纳米条或纳米片的宽度，图3中显示获得宽度为8nm。本发明实施例结合纳米条或纳米片本身所具有的自热效应，通过对自热效应的温度变化的测量并结合纳米条或纳米片的自热效应产生的温度变化和自热效应指数的关系曲线来获取自热效应指数，并从自热效应指数获取纳米条或纳米片的宽度，本发明能很好的应用于鳍式晶体管的鳍体102的宽度的测量，相对于现有方法中采用TEM照片来测试纳米条或纳米片宽度的技术方案，本发明实施例并不需要进行切片，故本发明实施例为非破坏性测量，而且测试速度快以及测试成本低；本发明实施例能实现多个平面宽度的测量从而有利于对立体结构的纳米条或纳米片各面上的宽度的测量；本发明实施例测试简单，能对整片半导体衬底101上的各纳米条或纳米片的宽度进行测量并形成测量结果分布图mapping，从而有利于对整片半导体衬底101上的各纳米条或纳米片的宽度进行监测；本发明实施例与产品的电性良率的连结非常高，能很好的检测出产品的良率。本发明实施例方法相对于现有TEM测量方法所取得的技术效果还可以参考表一所示：表一项目本发明实施例方法现有TEM测量方法试片非破坏性破坏性测量速度快慢测量广度各平面等效仅一个平面测量样品数量支持mapping少且工序繁杂与电性良率连结非常高一般以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取纳米条或纳米片的自热效应产生的温度变化和自热效应指数的关系曲线；所述自热效应指数和纳米条或纳米片的高度和宽度相关；步骤二、提供具有纳米条或纳米片的被测试半导体器件；步骤三、采用自热效应测试所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化；步骤四、结合所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的温度变化和所述关系曲线获得所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数，通过获得的所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的自热效应指数得到所述被测试半导体器件的纳米条或纳米片的宽度。2.如权利要求1所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述自热效应指数正比于对应的所述纳米条或纳米片的高度和宽度的比值。3.如权利要求2所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：步骤一中通过所述关系曲线获取温度变化和自热效应指数具有线性关系的线性回归模型。4.如权利要求3所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述关系曲线通过多次学习周期获取。5.如权利要求1所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述半导体器件为鳍式晶体管。6.如权利要求5所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述鳍式晶体管包括鳍体，所述鳍体由半导体材料形成的纳米条或纳米片组成。7.如权利要求6所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：栅极结构覆盖在部分长度的所述鳍体的顶部表面和侧面，被所述栅极结构覆盖的所述鳍体的表面用于形成沟道。8.如权利要求7所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：源区和漏区形成在所述栅极结构两侧的所述鳍体中。9.如权利要求7所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述栅极结构包括叠加而成的栅介质层和栅导电材料层。10.如权利要求9所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述栅介质层的材料为栅氧化层；或者，所述栅介质层的材料包括高介电常数材料。11.如权利要求10所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述栅导电材料层为多晶硅栅；或者，所述栅导电材料层为金属栅。12.如权利要求6所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述鳍体的半导体材料包括硅或锗硅。13.如权利要求6所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：同一半导体衬底上的各所述鳍体平行排列且各所述鳍体之间隔离有介质层。14.如权利要求8所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：在所述源区或所述漏区中形成有嵌入式外延层。15.如权利要求14所述的半导体器件的纳米条或纳米片宽度的测量方法，其特征在于：所述嵌入式外延层的材料包括锗硅。

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