CN109950166B

CN109950166B - 晶粒尺寸的检测方法

Info

Publication number: CN109950166B
Application number: CN201910181281.8A
Authority: CN
Inventors: 谢峰
Original assignee: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN109950166A

Abstract

本发明提供了一种晶粒尺寸的检测方法。通过收集多个基准薄膜的晶粒尺寸和折射率，从而建立晶粒尺寸和折射率的对应关系，进而在后续对待检测薄膜进行晶粒尺寸的检测时，可通过测量待检测薄膜的折射率，并结合晶粒尺寸和折射率的对应关系，可以推算出待检测薄膜的晶粒尺寸。可见，基于本发明提供的检测方法，不需要对待检测薄膜进行切片处理，可以避免对待检测薄膜造成损伤，并且晶粒尺寸的检测时间较短，能够及时的反馈出待检测薄膜的品质。

Description

晶粒尺寸的检测方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶粒尺寸的检测方法。

背景技术

在半导体制程中，薄膜生长必不可少。以及，在实际的产品生产过程中，在生长完薄膜之后，需要对薄膜进行检测以评判所生长的薄膜的品质，通常包括对薄膜的厚度和方块电阻等进行测量。此外，针对晶体薄膜而言，薄膜的“晶粒尺寸”也是体现晶体薄膜品质的一项重要指标。例如，以多晶硅薄膜为例，其常常用来作为CMOS器件的栅极，因此构成栅极的多晶硅薄膜的晶粒尺寸将会直接影响到最终所形成的CMOS器件的性能。

目前，在对薄膜的晶粒尺寸进行检测时，通常是对薄膜进行切片处理，接着再利用扫描电子显微镜测量出薄膜的晶粒尺寸。然而，现有的晶粒尺寸的检测方法中，需要对薄膜进行切片处理，具有破坏性，会导致对应的晶片需要被报废；并且，利用现有的检测方法，其检测周期较长，存在检测结果滞后，从而无法及时的反馈所生长的薄膜的品质。

可见，如何及时检测薄膜的晶粒尺寸，并改善由于晶粒尺寸的检测而导致晶片报废的问题至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶粒尺寸的检测方法，以解决现有的检测方法存在检测结果滞后，并具有破坏性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种晶粒尺寸的检测方法，包括：

提供多个基准薄膜，并获取各个基准薄膜的折射率和晶粒尺寸；

根据多个基准薄膜的折射率值和对应的晶粒尺寸值，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系；以及，

提供待检测薄膜，以及检测所述待检测薄膜的折射率，并根据折射率和晶粒尺寸的对应关系，推导出所述待检测薄膜的晶粒尺寸。

可选的，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系的方法包括：

根据多个基准薄膜的折射率值和对应的晶粒尺寸值，建立晶粒尺寸和折射率的对照表。

可选的，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系的方法包括：

根据多个基准薄膜的折射率值和对应的晶粒尺寸值，绘制折射率关于晶粒尺寸的图表，或者绘制晶粒尺寸关于折射率的图表。

可选的，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系的方法包括：

根据多个基准薄膜的折射率值和对应的晶粒尺寸值进行模型推算，以建立折射率关于晶粒尺寸的函数关系式，或者建立晶粒尺寸关于折射率的函数关系式。

可选的，晶粒尺寸关于折射率的函数关系式为：晶粒尺寸是关于折射率的一次函数。

可选的，优先测量所述基准薄膜的折射率，接着再测量所述基准薄膜的晶粒尺寸。

可选的，获取所述基准薄膜的折射率的方法包括：利用激光椭圆偏振仪测量所述基准薄膜的折射率。

可选的，获取所述基准薄膜的晶粒尺寸的方法包括：

对所述基准薄膜进行切片处理，以获取基准薄膜的切片样品；以及，

利用扫描电子显微镜对所述切片样品中的晶粒尺寸进行测量。

可选的，测量所述待检测薄膜的折射率的方法包括：利用激光椭圆偏振仪测量所述待检测薄膜的折射率。

可选的，所述基准薄膜和所述待检测薄膜均为多晶硅薄膜。

在本发明提供的晶粒尺寸的检测方法中，通过获取多个基准薄膜的折射率和晶粒尺寸，从而可以根据所获取的多个折射率值和对应的多个晶粒尺寸值，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系。如此一来，在后续对待检测薄膜的晶粒尺寸进行检测时，可通过对待检测薄膜进行折射率检测之后，结合由基准薄膜所得到的折射率和晶粒尺寸的对应关系，推导出所述待检测薄膜的晶粒尺寸。可见，本发明提供的晶粒尺寸的检测方法，并不需要对待检测薄膜进行切片处理，从而不存在破坏性，保障了待检测薄膜的完整性，避免了对应晶片被报废的问题。并且，本发明提供的检测方法，通过折射率测量之后，既可以推导出待检测薄膜的晶粒尺寸，其检测周期较短，能够及时的反馈待检测薄膜的品质。

附图说明

图1为本发明一实施例中晶粒尺寸的检测方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中晶粒尺寸的检测方法其绘制出的晶粒尺寸关于折射率的拟合曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶粒尺寸的检测方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本发明一实施例中晶粒尺寸的检测方法的流程示意图，下面对本实施例中对晶粒尺寸进行检测的各个步骤进行详细说明。

在步骤S100，提供多个基准薄膜，并获取各个基准薄膜的折射率和晶粒尺寸。具体的，所述基准薄膜例如为多晶硅薄膜或者金属薄膜等。本实施例中，以所述基准薄膜为多晶硅薄膜为例进行解释说明。

其中，可以优先测量所述基准薄膜的折射率，接着再测量所述基准薄膜的晶粒尺寸。此时可以认为，在测量基准薄膜的折射率时，能够基于整个基准薄膜进行测量，即，测量基准薄膜的折射率时，所述基准薄膜仍能够保持其薄膜完整性；以及，在后续获取基准薄膜的晶粒尺寸时，则可以对所述基准薄膜进行切片处理，以进一步测量基准薄膜的晶粒尺寸。当然，在其他实施例中，也可以优先测量所述基准薄膜的晶粒尺寸，接着再测量所述基准薄膜的折射率。

具体的，例如可利用激光椭圆偏振仪测量所述基准薄膜的折射率。以及，所述基准薄膜的晶粒尺寸的获检测方法例如为：

首先，对所述基准薄膜进行切片处理，以暴露出所述基准薄膜内部的截面，并构成基准薄膜的切片样品；通常而言，位于基准薄膜内部的晶粒能够更为精确的表征所述基准薄膜的晶粒状态；

接着，例如可利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)对所述切片样品中的晶粒尺寸进行测量，进而获取所述基准薄膜的晶粒尺寸。

由此，即可获取多个基准薄膜所对应的多个折射率值和晶粒尺寸值。在一个具体的示例中，多个基准薄膜所对应的折射率值和所述晶粒尺寸值的数值例如可参考表1所示。

表1

在步骤S200中，根据多个折射率值和对应的多个晶粒尺寸值，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系。

具体的，例如可根据多个折射率值和对应的多个晶粒尺寸值，进行汇总并建立晶粒尺寸和折射率的对照表，例如表1所示。基于所获取的晶粒尺寸和折射率的对照表，在后续对待检测薄膜进行晶粒尺寸的检测时，即可根据测量得到的折射率，从所述对照表中查找相应的晶粒尺寸值。

进一步的，还可基于所获取的多个折射率值和多个晶粒尺寸值进行模型推算，以建立折射率关于晶粒尺寸的函数关系式，或者是建立晶粒尺寸关于折射率的函数关系式。如此一来，在后续对待检测薄膜进行晶粒尺寸的检测时，即可基于测量得到的折射率并结合折射率关于晶粒尺寸的函数关系式(或者，晶粒尺寸关于折射率的函数关系式)推算出待检测薄膜的晶粒尺寸。

在一个具体的示例中，进行模型推算所得到的晶粒尺寸关于折射率的函数关系式例如为：晶粒尺寸是关于折射率的一次函数，其函数关系式具体为：

晶粒大小＝K-R*折射率；

其中，K为常数项；

R为系数。

由此，即可以根据基准薄膜，获取相应晶体材料其折射率和晶粒尺寸之间的函数关系式。

当然，在可选的方案中，还可根据多个折射率值和对应的多个晶粒尺寸值，进一步绘制折射率关于晶粒尺寸的图表，或者绘制晶粒尺寸关于折射率的图表。

本实施例中，以利用基准多晶硅薄膜，建立多晶硅薄膜中的晶粒尺寸和折射率的对应关系为例进行解释说明。在一个具体的示例中，基于多个基准多晶硅薄膜，得到对应的折射率和晶粒尺寸的实验数据如表2所示。

多晶硅薄膜	反应温度/℃	折射率	晶粒尺寸/nm
				薄膜1	600	4.025	80.15
薄膜2	620	3.9796	97.45
				薄膜3	660	3.9116	111.05
薄膜4	680	3.8776	120.35

表2

需要说明的是，表2中所示的反应温度表示为在形成所述多晶硅薄膜时的温度，即本实施例中，是通过控制反应温度，以制备出多个具有不同晶粒尺寸的多晶硅薄膜。

如表2所示，不同折射率的多晶硅薄膜，分别对应了不同晶粒尺寸的多晶硅薄膜。具体而言，基于如表2所示的实验数据，可绘制出多晶硅的晶粒尺寸关于折射率的图表。

图2为本发明一实施例中晶粒尺寸的检测方法其绘制出的晶粒尺寸关于折射率的拟合曲线，其中，x轴表示折射率，y轴表示晶粒尺寸，以及附图2中的曲线即为晶粒尺寸关于折射率的拟合曲线。

如图2所示，根据如上所述的实验数据可以发现，多晶硅薄膜的晶粒尺寸和折射率之间存在对应的函数关系。具体的，基于如上所述的实验数据，进行模型推算时，可建立晶粒尺寸关于折射率的拟合函数关系式，所得到的拟合函数关系式如下所示：

y＝-261.05x+1133

其中，y表示晶粒尺寸，x表示折射率。

并且，如图2所示，所述拟合函数关系式的拟合度R²＝0.9821，即，基于如上实验数据进行模拟推算所得到的拟合函数的拟合度较高。由此，进一步说明了，晶体薄膜中的晶粒尺寸和晶体薄膜的折射率之间存在对应的函数关系。例如，多晶硅薄膜中其晶粒尺寸是关于折射率的一次函数。

在步骤S300中，提供待检测薄膜，以及检测所述待检测膜薄的折射率，并根据折射率和晶粒尺寸的对应关系，推导出所述待检测薄膜的晶粒尺寸。

其中，所述待检测薄膜和所述基准薄膜均为晶体薄膜，并且所述待检测薄膜和所述基准薄膜是采用相同晶体材料所形成的薄膜。本实施例中，所述待检测薄膜为多晶硅薄膜。

进一步的，可采用与所述基准薄膜的折射率测量方法相同的方法，测量所述待检测薄膜的折射率。即，本实施例中，利用激光椭圆偏振仪测量所述待检测薄膜的折射率。

应当说明的是，在对所述待检测薄膜进行折射率测量时，是基于完整的待检测薄膜进行测量的，不会对待检测薄膜造成损伤。并且，在形成所述待检测薄膜之后，通过检测所述待检测薄膜的折射率，并结合晶粒尺寸和折射率的对应关系，即可以推算出待检测薄膜的晶粒尺寸(例如，本实施例中，基于待检测薄膜的折射率，利用晶粒尺寸和折射率的函数关系式推算出所述待检测薄膜的晶粒尺寸)。在此检测过程中，其检测时间较短，能够及时的反馈出所述待检测薄膜的品质，并且不会对待检测薄膜造成损伤，避免了对应的晶片需要被报废的问题。

综上所述，本发明提供的晶粒尺寸的检测方法，通过收集多个基准薄膜的折射率和对应晶粒尺寸的数据，从而可以建立由相应晶体材料所构成的薄膜其晶粒尺寸和折射率的对应关系，如此一来，在后续对待检测薄膜进行晶粒尺寸的检测时，则可根据待检测薄膜的折射率并结合折射率和晶粒尺寸的对应关系，推算出待检测薄膜的晶粒尺寸。

由此可见，与传统的通过切片的方式测量薄膜的晶粒尺寸相比，本发明提供的晶粒尺寸的检测方法，一方面不需要对薄膜进行切片处理，保障了薄膜的完整性，避免了对应晶片需要被报废的问题；另一方面，本发明提供的检测方法，可以在形成薄膜之后，通过折射率的测量即可以及时的推算出所述薄膜的晶粒尺寸，进而能够及时的反映出待检测薄膜的品质，有利于克服现有的检测方法中存在测量结果滞后的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，包括：

根据多个基准薄膜的折射率值和对应的晶粒尺寸值，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系，包括：根据多个基准薄膜的折射率值和对应的晶粒尺寸值进行模型推算，以建立折射率关于晶粒尺寸的函数关系式，或者建立晶粒尺寸关于折射率的函数关系式；以及，

提供待检测薄膜，以及检测所述待检测薄膜的折射率，并根据所述折射率和晶粒尺寸的对应关系，推导出所述待检测薄膜的晶粒尺寸。

2.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系的方法包括：

3.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，建立折射率和晶粒尺寸的对应关系的方法包括：

4.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，晶粒尺寸关于折射率的函数关系式为：晶粒尺寸是关于折射率的一次函数。

5.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，优先检测所述基准薄膜的折射率，接着再测量所述基准薄膜的晶粒尺寸。

6.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，检测所述基准薄膜的折射率的方法包括：

利用激光椭圆偏振仪测量所述基准薄膜的折射率。

7.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，获取所述基准薄膜的晶粒尺寸的方法包括：

8.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，检测所述待检测薄膜的折射率的方法包括：

利用激光椭圆偏振仪测量所述待检测薄膜的折射率。

9.如权利要求1所述的晶粒尺寸的检测方法，其特征在于，所述基准薄膜和所述待检测薄膜均为多晶硅薄膜。