CN102005401A

CN102005401A - 外延薄膜厚度测量方法

Info

Publication number: CN102005401A
Application number: CN2010102786364A
Authority: CN
Inventors: 李秀然; 李春雷
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明提供了一种外延薄膜厚度测量方法。该外延薄膜厚度测量方法包括：参考薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上直接形成具有图案的参考薄膜；外延薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜；以及测量步骤，用于根据参考薄膜来测量外延薄膜的厚度。根据本发明的外延薄膜厚度测量方法通过提供一个同样形成在晶圆衬底上的参考薄膜来作为参照，从而能够简单快速地以高精度测量出外延薄膜厚度。

Description

外延薄膜厚度测量方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，更具体地说，本发明涉及一种外延薄膜厚度测量方法。

背景技术

在半导体器件的制造工艺中，有一种外延薄膜生长工艺(EPI)，它是基于衬底的结构生长出与衬底结构相似的一层外延薄膜，这层外延薄膜可以拓展半导体器件的应用，但由于外延薄膜的结构类似于衬底结构，如何去量测该层外延薄膜的厚度便成了一个新的问题。

如果采用传统的光学测量工具方法来测量外延薄膜的厚度，由于外延薄膜与衬底的结构相似，光的行程相似，利用光谱很难将它们彼此区分开来。

然而，本领域技术人员所公知的是，薄膜厚度不管是对器件性能还是对工艺参数稳定的维护都很关键，所以必须尽可能精确地测量出外延薄膜的厚度。如果采用传统的光学测量工具方法来测量外延薄膜厚度，为了获得精确的外延薄膜厚度，测量程式的建立以及后期精确调整都将耗费相当长的时间周期，这进而又将影响工艺验证周期以及工艺机台检验合格投放使用的进度。

因此，希望提出一种新的简单迅速的能够精确地测量出外延薄膜厚度的方法。

发明内容

为了提供一种简单迅速的能够精确地测量出外延薄膜厚度的方法，根据本发明的一种外延薄膜厚度测量方法包括：参考薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上直接形成具有图案的参考薄膜；外延薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜；以及测量步骤，用于根据参考薄膜来测量外延薄膜的厚度。

根据本发明的外延薄膜厚度测量方法通过提供一个同样形成在晶圆衬底上的参考薄膜来作为参照，从而能够简单快速地以高精度测量出外延薄膜厚度。

在上述外延薄膜厚度测量方法中，所述参考薄膜是不适于所述外延薄膜的生长。例如，在上述外延薄膜厚度测量方法中，所述参考薄膜是氧化物薄膜。

在上述外延薄膜厚度测量方法中，所述参考薄膜形成步骤包括：在晶圆的整个衬底上直接生长参考薄膜；在晶圆的衬底上涂覆光刻抗蚀剂(光刻胶)；以及执行光刻以对晶圆的衬底上的参考薄膜进行刻蚀，从而形成具有图案的参考薄膜。

此外，所述参考薄膜形成步骤还包括在执行刻蚀之后去除光刻抗蚀剂的步骤。

在上述外延薄膜厚度测量方法中，在所述外延薄膜测量步骤中采用扫描电子显微镜(SEM)执行对外延薄膜的厚度的测量。

在上述外延薄膜厚度测量方法中，所述外延薄膜测量步骤包括：第一厚度测量步骤，用于测量具有图案的参考薄膜相对于晶圆的衬底的第一厚度；第二厚度测量步骤，用于测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的第二厚度；以及根据第一厚度以及第二厚度来计算外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。这样，就给出了一种在本发明实施例中采用的具体的计算外延薄膜相对于衬底的厚度的方法。

可选地，在上述外延薄膜厚度测量方法中，所述外延薄膜测量步骤包括：测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的与晶圆的衬底的接触面的厚度，并且将该厚度作为外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。就给出了另一种在本发明实施例中采用的具体的计算外延薄膜相对于衬底的厚度的方法。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流程。

图2示出了根据本发明实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法得到的结构的截面图。

图3示出了根据本发明实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法得到的结构的俯视图。

图4示出了根据本发明的另一改进实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流程图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。并且，附图并非按比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

现在将结合附图1至3来描述本发明的具体实施例。图1示出了根据本发明实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流程图。

如图1所示，工艺开始时，首先在步骤S1中，可在晶圆的整个衬底上直接生长参考薄膜，可以采用本领域技术人员所知的任何合适的方法来执行参考薄膜的生长；并且其中所述参考薄膜不适于所述外延薄膜的生长，并且选择所述参考薄膜的材料从而使得可以很方便的并且很精确地利用扫描电子显微镜来测量所述参考薄膜相对于晶圆衬底的厚度，例如，在某些情况下，所述参考薄膜是氧化物薄膜。

随后，在步骤S2中，在晶圆的衬底上涂覆光刻抗蚀剂；以及在步骤S3中，执行光刻以对晶圆的衬底上的参考薄膜进行刻蚀，从而形成具有图案的参考薄膜。并且，在步骤S4中，在执行刻蚀之后去除光刻抗蚀剂的步骤。具体地说，在本发明的一个优秀实施方式中，所形成的具有图案的参考薄膜正好覆盖了晶圆的衬底的半个圆，从而呈现出一个半圆形状。但是，本领域技术人员可以理解的是，本发明并不限于形成半圆形的参考薄膜图案，而是可以形成任何合适的形状的参考薄膜图案。实际上，虽然半圆形的参考薄膜图案是一个优选示例(因为半圆形的参考薄膜图案更方便测量)，但是本发明还可以采用很多其它形状的参考薄膜图案。

在形成了具有图案的参考薄膜之后，在步骤S5中，在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜。在这个步骤中，可以利用本领域技术人员所知道的任何合适的方式生长具有期望图案的外延薄膜。由于，所述参考薄膜的材料被选择成不适于所述外延薄膜的生长，所以生长了参考薄膜的表面不会再生长外延薄膜。

随后在步骤S6至步骤S8中进行厚度测量。

具体地说，第一厚度测量步骤S6中，测量具有图案的参考薄膜相对于晶圆的衬底的第一厚度H；例如可采用扫描电子显微镜执行对参考薄膜的厚度的测量。

并且，第二厚度测量步骤S7中，用于测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的第二厚度h；同样，例如可采用扫描电子显微镜执行外延薄膜相对于参考薄膜的厚度的测量。

注意，第一厚度测量步骤S6和第二厚度测量步骤S7的执行顺序并不固定，例如可以先执行第一厚度测量步骤S6再执行第二厚度测量步骤S7，同样可选地，也可以先执行第二厚度测量步骤S7再执行第一厚度测量步骤S6。

最后，在计算步骤S8中，根据第一厚度以及第二厚度来计算外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。具体地说，当外延薄膜厚度低于参考薄膜(参见图2)，外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度等于第一厚度H减去第二厚度h之差；或是当外延薄膜厚度高于参考薄膜(未在附图中示出)，外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度等于第一厚度H加上第二厚度h之和。

实际上，提供了这样一个参考薄膜：可以很方便并且很精确地利用扫描电子显微镜来测量所述参考薄膜相对于晶圆衬底的厚度，从而使得可以很精确地测量得到所形成的参考薄膜相对于晶圆的衬底的第一厚度H。

并且，在外延薄膜的色散与衬底的色散很类似从而使得光计量工具很难将它们彼此区分开来的情况下，如果可以很方便并且很精确地利用扫描电子显微镜(光计量工具)来测量所述参考薄膜相对于晶圆衬底的厚度，那么则表示由于外延薄膜的色散与衬底的色散的相似性，也可以很精确地测量得到参考薄膜与外延薄膜之间的厚度(第二厚度h)。所以，由于还可以很精确地测量得到参考薄膜与外延薄膜之间的第二厚度h。所以最终可以很精确地得到第一厚度H与第二厚度h之差或和，即，最终可以很精确地得到外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。

在本发明的一个改进实施例中，可测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的与晶圆的衬底的接触面的厚度，并且将该厚度作为外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。

具体地说，图4示出了根据本发明的另一改进实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流程图。图4中的步骤步骤S1至步骤S5与图2中的步骤步骤S1至步骤S5相同，不同点在于，附图4的步骤S9取代了图2中的步骤S5至步骤S8。即，不同于图2所示的实施例中，通过计算两个厚度来计算最终厚度的方案，图4所示的改进实施例以具有图案的参考薄膜的与晶圆的衬底的接触面作为参考面，直接测量外延薄膜相对于该参考面的厚度，这样就直接测量出了外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。这样，相对于图2所示的实施例，测量厚度的方案得到了进一步地简化，节省了时间并加快了速度。

对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。本领域技术人员可以理解的是，所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。

Claims

1.一种外延薄膜厚度测量方法，其特征在于包括：

参考薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上直接形成具有图案的参考薄膜；

外延薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜；以及

外延薄膜测量步骤，用于根据参考薄膜来测量外延薄膜的厚度。

2.根据权利要求1所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述参考薄膜是不适于所述外延薄膜的生长。

3.根据权利要求1或2所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述参考薄膜是氧化物薄膜。

4.根据权利要求1或2所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述参考薄膜形成步骤包括：

在晶圆的整个衬底上直接生长参考薄膜；

在晶圆的衬底上涂覆光刻抗蚀剂；以及

执行光刻以对晶圆的衬底上的参考薄膜进行刻蚀，从而形成具有图案的参考薄膜。

5.根据权利要求4所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述参考薄膜形成步骤还包括在执行刻蚀之后去除光刻抗蚀剂的步骤。

6.根据权利要求1或2所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，在所述外延薄膜测量步骤中采用扫描电子显微镜执行对外延薄膜的厚度的测量。

7.根据权利要求1或2所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述外延薄膜测量步骤包括：

第一厚度测量步骤，用于测量具有图案的参考薄膜相对于晶圆的衬底的第一厚度；

第二厚度测量步骤，用于测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的第二厚度；以及

根据第一厚度以及第二厚度来计算外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。

8.根据权利要求1或2所述的外延薄膜厚度测量方法，其特征在于，所述外延薄膜测量步骤包括：

测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的与晶圆的衬底的接触面的厚度，并且将该厚度作为外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。