CN102683240B

CN102683240B - 评估淀积形成薄膜性能的方法

Info

Publication number: CN102683240B
Application number: CN201210143419.3A
Authority: CN
Inventors: 杜杰; 姜国伟; 牟善勇; 赵高辉
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN102683240A

Abstract

本发明提出一种评估淀积形成薄膜性能的方法，包括如下步骤：步骤1：采用第一设备对淀积薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的厚度及其相应的拟合程度值，采用第二设备对该薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的方块电阻值，所述拟合程度值为测量该薄膜厚度时自动产生的相应的值；步骤2：将步骤1记录的拟合程度值和方块电阻值进行公式拟合，得到拟合程度值与方块电阻为线性关系，并通过拟合程度值表征方块电阻。本发明提供的方法可以减少监控测量半导体薄膜的方块电阻而造成的成本支出。

Description

评估淀积形成薄膜性能的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，尤其涉及一种用于评估淀积形成薄膜性能的方法，以减少监控测量半导体薄膜的方块电阻而造成的成本支出。

背景技术

淀积薄膜是半导体芯片结构中的重要组成部分，在集成电路制备中，许多材料由淀积工艺形成。其中，化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition，CVD)是薄膜制备常用技术之一。CVD常用于各种介质材料和半导体材料的淀积，如氧化硅、氮化硅、多晶硅、金属(如钨)和氮化钛(TiN)等多种薄膜材料，尤其，TiN作为一种常见的阻挡层和粘合层材料在大规模集成电路中广泛应用。

现以CVD TiN的制备为例，对淀积薄膜的过程进行详细说明。CVD TiN是采用烷基化合物TDMAT(Ti[N(CH₃)₂]₄，四二甲基胺钛)通过下述步骤反应实现的：

第一步：CVD TiN淀积。

氦气做为载气将TDMAT载入沉积室内，通过CVD技术淀积在硅片上面，然后，加热至400℃，在硅片上面进行热化学分解反应，其反应方程式为：

Ti[N(CH₃)₂]₄=TiN(C,H)+HN(CH₃)₂+其他碳氢化合物.

热化学分解反应的结果是在硅片上面淀积了一层主要成分是TiN(C,H)的薄膜，里面还包含有很多含H+(氢元素)和C+(碳元素)等杂质。

第二步：等离子体处理以去除TiN(C，H)薄膜中的H+(氢元素)和C+(碳元素)等杂质，形成TiN薄膜。

第三步，重复第一步和第二步。完成第三步后形成的TiN薄膜，且淀积花费时间需要30秒(s)。

在每次进行第三步后，始终需要借助量测薄膜厚度的设备和量测薄膜方块电阻的设备分别测量薄膜的厚度和方块电阻，所述方块电阻是一种描述薄膜导电性能的方法，通过薄膜的厚度和方块电阻可以获悉薄膜的性能，具体步骤如下：

第一步：在薄膜淀积及等离子体处理后采用量测薄膜厚度的第一设备对淀积薄膜进行多次测量并记录测量的厚度；

第二步：采用量测薄膜方块电阻的第二设备对淀积薄膜进行多次测量并记录测量的方块电阻值；

第三步：将记录的厚度、方块电阻值及淀积薄膜后等离子体处理时间T0制作关系图。

所述关系图如图1所示，横坐标为淀积薄膜后等离子体处理时间T0(单位为秒)，左边的纵坐标为薄膜的方块电阻值(单位为欧姆/sq)，右边的纵坐标为薄膜的厚度(单位为埃)。事实上，淀积薄膜如图2所示，其长、宽、厚分别用L、W、d表示，电阻率用ρ表示，其电阻计算公式为R=(ρ/d)(L/W)，可以理解为，薄膜的电阻正比于长度比宽度(L/W)，比例系数为ρ/d，这个比例系数就是方块电阻Rs，当L=W时，R=Rs，也就是说，方块电阻实际上表示的是一个正方形薄膜边到边之间的电阻，如图2所示，即淀积薄膜B边到C边的电阻值,其任意大小的正方形边到边之间的电阻都是一样的，与正方形的边长无关，只与材料和厚度有关。而材料为一定时，其电阻率ρ一定，因此，测量薄膜的方块电阻的最好方法就是测量薄膜的厚度。这与第一步重复。

因此，在淀积薄膜后进行监控量测过程中，如何通过减少第二设备的使用，而获得可以反映淀积薄膜导电性能的方块电阻是目前半导体制造工艺领域亟需解决的主要问题之一，以便减少设备的使用和降低反复测量方块电阻所带来的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于评估淀积形成薄膜性能的方法，以减少监控测量半导体薄膜的方块电阻而造成的成本支出。

为解决上述问题，本发明提出的一种评估淀积形成薄膜性能的方法，包括如下步骤：

步骤1：采用第一设备对淀积薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的厚度及其相应的拟合程度值(goodness of fit，GOF)，采用第二设备对该薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的方块电阻值，所述拟合程度值为测量该薄膜厚度时自动产生的相应的值；

步骤2：将步骤1记录的拟合程度值和方块电阻值进行公式拟合，得到拟合程度值与方块电阻为线性关系，并通过拟合程度值表征方块电阻。

进一步的，所述拟合程度值与方块电阻的线性关系为一次项公式拟合，拟合公式为，

GOF··A+B*Rs

其中，GOF为拟合程度值，Rs为代表拟合得出的该薄膜的方块电阻，A和B为常数，A为截距，B为斜率。

进一步的，所述拟合程度值与方块电阻得到拟合公式之后，还包括：

重复步骤1，将记录的多个GOF代入一次项拟合公式，分别计算逐一得到的Rs值作为该薄膜的方块电阻值。

进一步的，所述GOF表示淀积薄膜的纯度，若GOF的取值为0～1，结果越接近1，表明淀积薄膜的性能越纯。

与传统通用的测量淀积薄膜的厚度和方块电阻方法相比，本发明在步骤1通过第一设备量测薄膜的厚度及其相应的GOF值和通过第二设备量测薄膜的方块电阻后，在步骤2中将GOF值与方块电阻值进行公式拟合，得到GOF与Rs为线性关系，由此可见，通过GOF可以表征方块电阻。在以后的量测过程中，只需通过第一设备测量薄膜厚度的同时，记录测量该薄膜厚度时自动产生的相应的GOF值，并将GOF代入拟合公式即可推算得到Rs值。因此，大量的减少了第二设备的反复使用，并使测量人员从繁重的测量工作腾出更多的时间用于其他工作，降低了成本，提高了量测效率。

附图说明

图1为现有技术中薄膜厚度、方块电阻和淀积薄膜后等离子体处理时间T0的关系图；

图2为薄膜的方块电阻与厚度之间的关系示意图；

图3为本发明评估淀积薄膜性能的方法流程；

图4为图3之实测的薄膜厚度、GOF以及淀积薄膜后等离子体处理时间T1的关系图；

图5为图3之实测的薄膜方块电阻、GOF以及淀积薄膜后等离子体处理时间T1的关系图；

图6为图3之实测的GOF与拟合的薄膜方块电阻的线性关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

下面以图3所示的方法流程为例，结合附图4至6，对一种评估淀积形成薄膜性能的方法进行详细描述。

步骤1：采用第一设备对淀积薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的厚度Thk及其相应的拟合程度值，所述拟合程度值为测量该薄膜厚度时自动产生的相应的值。

其中，所述第一设备可以采用KLA-Tencor上的F5X，F5X可以量测薄膜厚度。在F5X中可以自行设定参数，当设定需要量测薄膜厚度的时候，也可以同步设定当量测薄膜厚度的时候，自动产生记录于F5X中对应于该厚度的拟合程度值。而所述第二设备可以采用Res工具，Res工具可以量测薄膜方块电阻。

当然，可以将在淀积薄膜后进行的等离子体处理时间后实际量测的薄膜厚度Thk、对应于该薄膜厚度自动产生的GOF进行关系图的制作，如图4所示，横坐标为淀积薄膜后等离子体处理时间T1，左边的纵坐标为薄膜的厚度(单位为埃)，右边的纵坐标为薄膜的GOF，取值范围为0至1，通过图4，可以直观的观察到薄膜的厚度随淀积薄膜后等离子体处理时间T1的增加而变的越来越薄，而该薄膜的厚度所对应的GOF值随淀积薄膜后等离子体处理时间T1的增加却变的越来越接近1。

也可以在淀积薄膜后进行的等离子体处理时间后实际量测的薄膜Rs、对应于该薄膜厚度自动产生的GOF进行关系图的制作，如图5所示，横坐标为淀积薄膜后等离子体处理时间T1，左边的纵坐标为薄膜的Rs，右边的纵坐标为薄膜的GOF，通过图5，可以直观的观察到薄膜的Rs值随淀积薄膜后等离子体处理时间T1的增加而变的越来越小，而该薄膜的厚度所对应的GOF值随淀积薄膜后等离子体处理时间T1的增加却变的越来越接近1。

步骤2：将步骤1记录的GOF值和Rs值进行公式拟合，得到GOF与Rs为线性关系，并通过拟合程度值表征方块电阻。

将步骤1中淀积薄膜后进行的等离子体处理时间后记录的GOF值、Rs值进行拟合，得到GOF与Rs之间的关系为线性关系，即GOF与Rs的线性关系可用一次项公式拟合，得到的拟合公式为，

GOF··A+B*Rs （1）

其中，GOF为拟合程度值，Rs代表拟合得出的该薄膜的方块电阻，A、B为常数，A为截距，B为斜率。所述GOF表示淀积薄膜的纯度，若GOF的取值为0～1，GOF值越接近1，表明淀积薄膜的性能越纯。

采用Excel表中自带的数据拟合工具，也可以采用matlab、JMP等软件将步骤1分别记录的GOF值、Rs值进行拟合来确定公式(1)的各项常数，本实施例中得到的A、B常数分别为1.0776873、0.0002462，此时，公式为：

GOF··1.0776873-0.0002462*Rs (2)

得到具体的拟合公式之后，重新通过第一设备将记录的量测该薄膜的厚度自动产生的各GOF值代入拟合公式(2)中，因此，可以逐一拟合计算得到Rs值，并将代入拟合公式(2)中的各GOF值及其对应推导得到的拟合值Rs制作出GOF与拟合的薄膜Rs的线性关系图，如图6所示，GOF的取值为0～1，从图6中可以直观的观察到，Rs与GOF之间为线性关系，拟合推算得到的Rs值随着GOF的值越接近1，其Rs值越小，与实际量测的薄膜Rs值吻合，由此可知，通过拟合公式(1)，只要确定了GOF值，就可以推算得到Rs值，所以，通过GOF可以表征Rs。

与传统通用的测量淀积薄膜的厚度和方块电阻方法相比，本发明在步骤1通过第一设备量测薄膜的厚度及其相应的GOF值和通过第二设备量测薄膜的方块电阻后，在步骤2中将GOF值与方块电阻值进行公式拟合，得到GOF与Rs为线性关系，由此可见，通过GOF可以表征方块电阻。在以后的量测过程中，只需通过第一设备测量薄膜厚度的同时，记录测量该薄膜厚度时自动产生的相应的GOF值，并将GOF代入一次项拟合公式即可推算得到Rs值。因此，大量的减少了第二设备的反复使用，并使测量人员从繁重的测量工作腾出更多的时间用于其他工作，降低了成本，提高了量测效率。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种评估淀积形成薄膜性能的方法，包括：

步骤1：采用第一设备对淀积薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的厚度及其相应的拟合程度值，采用第二设备对该薄膜进行多次测量，同步记录薄膜的方块电阻值，所述拟合程度值为测量该薄膜厚度时自动产生的相应的值；

步骤2：将步骤1记录的拟合程度值和方块电阻值进行公式拟合，得到拟合程度值与方块电阻为线性关系，并通过拟合程度值表征方块电阻；

所述拟合程度值与方块电阻的线性关系为一次项公式拟合，拟合公式为，

GOF＝A+B*Rs

其中，GOF为拟合程度值，Rs为代表拟合得出的该薄膜的方块电阻，A和B为常数，A为截距，B为斜率；

所述拟合程度值与方块电阻得到拟合公式之后，还包括：

重复步骤1，将记录的多个拟合程度值代入一次项拟合公式，分别计算逐一得到的Rs值作为该薄膜的方块电阻值。

2.根据权利要求1所述的评估淀积形成薄膜性能的方法，其特征在于：所述拟合程度值表示淀积薄膜的纯度，若拟合程度值的取值为0～1，结果越接近1，表明淀积薄膜的性能越纯。