CN113091626A - 半导体器件膜厚的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体器件膜厚的测量方法，其中，参考半导体器件与待测半导体器件具有相同的结构，两者基底及目标膜层的结构相同，因此，通过参考半导体器件的参考光谱图与待测半导体器件的测量光谱图的关系获得所述待测半导体器件的目标膜层的真实厚度，从而实际有效地监控主存储区的目标膜层的真实膜厚。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种半导体器件膜厚的测量方法。
背景技术
DRAM结构包括存储区和外围电路区域，对于膜厚量测来说，传统测量方法是切割道(scribe line)上面放一些平坦的测量框(measure PAD),然后用堆叠方式模拟主存储区和外围电路的一维膜层结构，现在的检测方式，在有些关键站点，测量框无法模拟真实的主存储区的结构和膜厚，导致量测结果失真，无法实际有效监控主存储区的真实膜厚。
因此，亟需一种新的半导体器件膜厚的测量方法，以实际有效地监控主存储区的真实膜厚。
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膜厚的测量方法，其能够实际有效地监控主存储区的真实膜厚。
为了解决上述问题，本发明提供了一种半导体器件膜厚的测量方法，所述半导体器件包括基底及设置在所述基底上的目标膜层，所述半导体器件具有主存储区，所述测量方法包括如下步骤：提供参考半导体器件主存储区的参考光谱图；获得待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图；以所述参考光谱图为基准，在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，获得调整后的参考光谱图，并将所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图进行比较；若所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图的相似度大于第一预设值，则将所述调整后的参考光谱图对应的厚度参数作为所述待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度；若所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图的相似度小于所述第一预设值，则继续在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，直至所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图的相似度大于所述第一预设值；其中，所述第一预设值大于零，且小于或者等于1。
在一实施例中，所述第一预设值大于0.95。
在一实施例中，在所述主存储区，所述基底为三维复合基底。
在一实施例中，所述三维复合基底包括硅基底及设置在所述硅基底上的多个膜层。
在一实施例中，还包括获得所述参考半导体器件主存储区的所述参考光谱图的方法，所述方法包括如下步骤：获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数及厚度参数；获得所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图；以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较；若所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于第二预设值，则将所述调整后的第二测量光谱图作为所述参考光谱图；若所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度小于所述第二预设值，则继续调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，直至所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于所述第二预设值；其中，所述第二预设值大于零，且小于或者等于1。
在一实施例中，所述第二预设值大于0.95。
在一实施例中，所述参考半导体器件还具有测量区，所述测量区与所述主存储区采用相同工艺形成，在所述测量区，所述基底为一维结构；其中，获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数的方法包括：获得参考半导体器件测量区的第三测量光谱图；以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较；若所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于第三预设值，则将所述调整后的第三测量光谱图对应的散布参数作为所述半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数；若所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度小于所述第三预设值，则继续调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，直至所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于所述第三预设值；其中，所述第三预设值大于零，且小于或者等于1。
在一实施例中，所述第三预设值大于0.95。
在一实施例中，所述以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较的步骤中，所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为已知参数。
在一实施例中，所述以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较的步骤中，所述参考半导体器件测量区的所述基底的厚度参数及所述目标膜层的厚度参数的获取方法包括：对所述参考半导体器件测量区进行切片处理，暴露所述参考半导体器件测量区的侧面；自所述参考半导体器件测量区的侧面测量所述基底及所述目标膜层的厚度，作为所述基底及所述目标膜层的厚度参数。
在一实施例中，获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的厚度参数的方法包括：对所述参考半导体器件主存储区进行切片处理，暴露所述目标膜层的侧面；自所述目标膜层的侧面测量所述目标膜层的厚度，以获得所述目标膜层的厚度参数。
在一实施例中，所述以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较的步骤，进一步包括：获得所述参考半导体器件主存储区不同区域的所述基底的散布参数；将各区域的所述基底的散布参数进行整合，获得参考散布参数；以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较。
在一实施例中，所述散布参数包括材料的折射系数及消光系数。
在一实施例中，通过改变波长振幅、波峰的出现点、波振宽及相位差中的一个或多个来调节所述散布参数。
在一实施例中，所述目标膜层为顶层膜层。
本发明优点在于，参考半导体器件与待测半导体器件具有相同的结构，两者基底及目标膜层的结构相同，因此，通过参考半导体器件的参考光谱图与待测半导体器件的测量光谱图的关系获得所述待测半导体器件的目标膜层的真实厚度，从而实际有效地监控主存储区的目标膜层的真实膜厚。
附图说明
图1是半导体器件的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的半导体器件膜厚的测量方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例提供的获得参考半导体器件主存储区的参考光谱图方法的流程示意图；
图4是本发明一实施例提供的获得所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的半导体器件膜厚的测量方法的具体实施方式做详细说明。
图1是半导体器件的结构示意图。请参阅图1，所述半导体器件包括基底10及设置在所述基底10上的目标膜层11。所述目标膜层11为顶层膜层。所述顶层膜层是在形成当前半导体器件之后，测量所述半导体器件目标膜层的厚度之前，所述半导体器件的最上一层。在测量所述半导体器件目标膜层的厚度之后，也可在所述目标膜层上形成其他膜层，本发明对此不进行限定。
所述半导体器件具有主存储区B及测量区A。所述主存储区B为所述半导体器件的有效工作区。所述测量区A为测量区域，其通常设置在切割道上。在所述测量区A采用膜层堆叠方式模拟主存储区B的膜层结构，从而将主存储区B实际的三维膜层结构用一维膜层结构替代，可直接实现主存储区B的膜层测量。
但是，发明人研究发现，测量区A的膜层是一维结构,而主存储区B的膜层为三维结构，其比测量区A的膜层结构复杂，这使得测量区A无法准确模拟真实的主存储区B的结构和膜厚，导致测量结果失真。
鉴于上述原因，本发明提供了一种半导体器件膜厚的测量方法，其能够实际有效地监控主存储区B的真实膜厚。
图2是本发明一实施例提供的半导体器件膜厚的测量方法的流程示意图。请参阅图2，所述半导体器件膜厚的测量方法包括如下步骤：
步骤S20，提供参考半导体器件主存储区的参考光谱图。
在该实施例中，提供参考半导体器件，所述参考半导体器件与图1所示的半导体器件结构相同，不再赘述。在该步骤中，所述参考半导体器件主存储区的参考光谱图为椭圆偏振光谱。
步骤S21，获得待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图。
所述待测半导体器件为需要监测厚度的半导体器件，其与图1所示半导体器件结构相同，且与所述参考半导体器件结构相同，不再赘述。在该步骤中，所述待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图为椭圆偏振光谱，其可通过如下方法获得：将所述待测半导体器件置于厚度测量机台(THK)内，将椭圆偏振光照射在所述主存储区，从而获得所述主存储区的第一测量光谱图。
步骤S22，以所述参考光谱图为基准，在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，获得调整后的参考光谱图，并将所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图进行比较。
所述参考光谱图对应多种数据参数，其中，厚度参数为其中一个数据参数，其可影响所述参考光谱图的形状。而本发明的目的在于监测待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度，因此，在该步骤中，在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，以获得与该厚度参数对应的参考光谱图，并将该调整后的参考光谱图作为后续比较的基础。其中，所述预设范围可根据所述待测半导体器件主存储区的目标膜层在半导体工艺中的常规厚度而确定。例如，对于顶层二氧化硅层而言，其常规厚度为550nm-650nm，因此，可将所述预设范围设置为500nm-700nm，以覆盖所述顶层二氧化硅层的全部厚度，提高检测结果的准确度。
步骤S23，判断所述第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度是否大于第一预设值，若所述第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度大于第一预设值，则将所述调整后的参考光谱图对应的厚度参数作为所述待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度；若所述待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度小于所述第一预设值，则继续在预设范围内调整所述主存储区的目标膜层的厚度参数，直至所述待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度大于所述第一预设值。
所述第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度可指所述第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的重合程度或者相似程度。
所述第一预设值为大于零且小于或者等于1的数值。在本实施例中，为了提高测量的精度及准确度，减小测量误差，所述第一预设值为0.95，即在本实施例中，若所述第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度大于0.95，则将所述调整后的参考光谱图对应的厚度参数作为所述待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度。而在本发明其他实施例中，所述第一预设值也可为其他数值，该数值可根据半导体工艺需要的精度而定，若半导体工艺需要的精度小，则可适当减小所述第一预设值，若半导体工艺需要的精度大，则可适当增大所述第一预设值。
下面列举一示例，以进一步明确说明步骤S22及步骤S23的执行过程。
以所述参考光谱图为基准，在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，使所述厚度参数为K1，获得所述厚度参数K1对应的参考光谱图；
将所述第一测量光谱图与所述厚度参数K1对应的参考光谱图进行比较，判断所述第一测量光谱图与所述厚度参数K1对应的参考光谱图的相似度是否大于0.95，若所述第一测量光谱图与所述厚度参数K1对应的参考光谱图的相似度大于0.95，则将所述厚度参数K1作为所述待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度，结束该测量方法。
若所述待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图与所述厚度参数K1对应的参考光谱图的相似度小于0.95，则继续在预设范围内调整所述主存储区的目标膜层的厚度参数，使所述厚度参数为K2，获得所述厚度参数K2对应的参考光谱图。
将所述第一测量光谱图与所述厚度参数K2对应的参考光谱图进行比较，判断所述第一测量光谱图与所述厚度参数K2对应的参考光谱图的相似度是否大于0.95，若所述第一测量光谱图与所述厚度参数K2对应的参考光谱图的相似度大于0.95，则将所述厚度参数K2作为所述待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度，结束该测量方法。
若所述第一测量光谱图与所述厚度参数K2对应的参考光谱图的相似度小于0.95，则继续在预设范围内调整所述主存储区的目标膜层的厚度参数，直至所述待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图与调整后的参考光谱图的相似度大于0.95。
进一步，在本实施例中，在所述主存储区，所述基底为三维复合基底。进一步，所述三维复合基底包括硅基底及设置在所述硅基底上的多个膜层。例如，所述基底为硅基底，所述膜层包括但不限于氧化硅层、氮化硅层、多晶硅层、钨层、氮化钛层、氧化锆层等。而在本发明其他实施例中，所述基底也可为一维基底，其也适用于本发明测量方法。
三维复合基底并非是一维结构，由于所述三维复合基底的复杂性，使得其会影响目标膜层的厚度测量，若是采用常规的以一维结构作为参考的厚度测量方法，并不能够获得目标膜层的真实厚度。而在本发明中，参考半导体器件与待测半导体器件具有相同的结构，两者基底及目标膜层的结构相同，即若参考半导体器件具有一维的基底及目标膜层，则待测半导体器件也具有一维的基底及目标膜层，若参考半导体器件具有三维的基底及目标膜层，则待测半导体器件也具有三维的基底及目标膜层，因此，可通过参考半导体器件的参考光谱图与待测半导体器件的测量光谱图的关系获得所述待测半导体器件的目标膜层的真实厚度，从而实际有效地监控主存储区的目标膜层的真实膜厚。
本发明实施例还提供了获得所述参考半导体器件主存储区的所述参考光谱图的方法。
图3是本发明一实施例提供的获得所述参考半导体器件主存储区的所述参考光谱图的方法的流程示意图。请参阅图3，所述方法包括：
步骤S30，获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数及厚度参数。
对于每一种材料而言，材料的散布参数为两个参数，分别为N和K，N代表材料的折射系数，K代表材料的消光系数。该两个参数会影响材料的光谱图。
该实施例提供一种获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数的方法。在该实施例中，请参阅图1，所述参考半导体器件还具有测量区，所述测量区与所述主存储区采用相同工艺形成，在所述测量区，所述基底为一维结构。图4是本发明一实施例提供的获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数的方法的流程示意图，请参阅图4，所述方法包括如下步骤：
步骤S40，获得所述参考半导体器件测量区的第三测量光谱图。
所述第三测量光谱图可为椭圆偏振光谱，其可通过如下方法获得：将所述参考半导体器件置于厚度测量机台(THK)内，将椭圆偏振光照射在所述测量区，从而获得所述参考半导体器件测量区的第三测量光谱图。
步骤S41，以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较。
其中，所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为已知参数。在一实施例中，由于所述参考半导体器件测量区的所述基底为一维堆叠结构，在其材料已知的情况下，其散布参数已知，同时，所述基底及所述目标膜层的厚度参数可在半导体器件制备过程中获得。在本发明另一实施例中，也可对所述参考半导体器件测量区进行切片处理，暴露所述参考半导体器件测量区的侧面；自所述参考半导体器件测量区的侧面测量所述基底及所述目标膜层的厚度，作为所述基底及所述目标膜层的厚度参数。
其中，由于所述散布参数与光谱图的波长振幅(Nosc)、波峰的出现点(En)、波振宽(Eg)及相位差(Nu)等参数相关，因此，可通过改变所述波长振幅、波峰的出现点、波振宽及相位差中的一个或多个来调整所述散布参数，从而获得与所述散布参数对应的第三测量光谱图。
步骤S42，判断所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度是否大于第三预设值。若所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于第三预设值，则将所述调整后的第三测量光谱图对应的散布参数作为所述半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数；若所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度小于所述第三预设值，则继续调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，直至所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于所述第三预设值；
所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度可指所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的重合程度或者相似程度。
所述第三预设值大于零，且小于或者等于1。在本实施例中，为了提高测量的精度及准确度，减小测量误差，所述第三预设值为0.95，而在本发明其他实施例中，所述第三预设值也可为其他数值，该数值可根据半导体工艺需要的精度而定，若半导体工艺需要的精度小，则可适当减小所述第三预设值，若半导体工艺需要的精度大，则可适当增大所述第三预设值。
下面列举一示例，以进一步明确说明步骤S41及步骤S42的执行过程。
以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，使所述散布参数为NK1，获得所述散布参数NK1对应的第三测量光谱图。
将所述散布参数NK1对应的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较，判断所述散布参数NK1对应的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度是否大于0.95，若是，则将所述散布参数NK1作为所述半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数，结束该方法。
若否，则继续调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，使所述散布参数为NK2，获得所述散布参数NK2对应的第三测量光谱图。
将所述散布参数NK2对应的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较，判断所述散布参数NK2对应的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度是否大于0.95，若是，则将所述散布参数NK2作为所述半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数，结束该方法。
若否，则继续调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，直至所述散布参数对应的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于0.95。
上述仅是本发明列举的一种获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数的方法的实施例，在本发明其他实施例中，也可采用其他方法获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数的方法。
进一步，对于步骤S30，该实施例还提供一种获得所述参考半导体器件主存储区的所述厚度参数的方法：对所述参考半导体器件主存储区进行切片处理，暴露所述目标膜层的侧面；自所述目标膜层的侧面测量所述目标膜层的厚度，以获得所述目标膜层的厚度参数。
请继续参阅图3，如步骤S31，获得所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图。
所述第二测量光谱图可为椭圆偏振光谱，其可通过如下方法获得：将所述参考半导体器件置于厚度测量机台(THK)内，将椭圆偏振光照射在所述主存储区，从而获得所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图。其中，在本实施例中，由于所述第二测量光谱图及所述第三测量光谱图均为所述参考半导体器件的光谱图，因此，所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的第三测量光谱图可在同一步骤获得。即将所述参考半导体器件置于厚度测量机台(THK)内，将椭圆偏振光照射在所述主存储区及测量区，从而获得所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图及所述参考半导体器件测量区的第三测量光谱图。
而在本发明其他实施例中，所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的第三测量光谱图也可在不同步骤获得。
步骤S32，以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较。
其中，所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数已经在步骤S30获得。
所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数与光谱图的波长振幅(Nosc)、波峰的出现点(En)、波振宽(Eg)及相位差(Nu)等参数相关，因此，可通过改变所述波长振幅、波峰的出现点、波振宽及相位差中的一个或多个来调整所述散布参数。
步骤S33，判断所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度是否大于第二预设值。若所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于第二预设值，则将所述调整后的第二测量光谱图作为所述参考光谱图；若所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度小于所述第二预设值，则继续调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，直至所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于所述第二预设值。
所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度可指所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的重合程度或者相似程度。
所述第二预设值大于零，且小于或者等于1。在本实施例中，为了提高测量的精度及准确度，减小测量误差，所述第二预设值为0.95，而在本发明其他实施例中，所述第二预设值也可为其他数值，该数值可根据半导体工艺需要的精度而定，若半导体工艺需要的精度小，则可适当减小所述第二预设值，若半导体工艺需要的精度大，则可适当增大所述第二预设值。
下面列举一示例，以进一步明确说明步骤S32及步骤S33的执行过程。
以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，使所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数为NK01，获得所述散布参数NK01对应的第二测量光谱图。
将所述散布参数NK01对应的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较，判断所述散布参数NK01对应的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度是否大于0.95，若是，则将所述散布参数NK01对应的第二测量光谱图作为所述参考光谱图。
若否，继续调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，使所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数为NK02，获得所述散布参数NK02对应的第二测量光谱图。
将所述散布参数NK02对应的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较，判断所述散布参数NK02对应的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度是否大于0.95，若是，则将所述散布参数NK02对应的第二测量光谱图作为所述参考光谱图。
若否，则继续调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，直至所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于0.95。
上述仅是本发明列举的一种获得所述参考半导体器件主存储区的所述参考光谱图的实施例，在本发明其他实施例中，也可采用其他方法获得所述参考半导体器件主存储区的所述参考光谱图。
在本发明一实施例中，所述基底为目标膜层下方的所有膜层的合集，其散布参数与通常的硅基底的散布参数差异很大，因此，无法直接利用硅基底的散布参数来获得半导体器件目标膜层的厚度。而在本发明获得参考光谱图的方法中，反向固定所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数及厚度参数，反推对应基底的散布参数，通过调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数来获得不同的第二测量光谱图，并根据所述第二光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的关系获得所述参考光谱图，从而能够根据所述参考光谱图获得待测半导体器件的目标膜层的真实厚度。
发明人发现，对于同一半导体器件，其边缘与中心的光谱图可能存在差异，则在步骤S32中，若仅根据边缘或者中心的基底而调整其散布参数，可能会造成测量不准确。因此，本发明进一步提供了一实施例。
在该实施例中，在执行步骤S32之前执行如下步骤：获得所述参考半导体器件主存储区不同区域的所述基底的散布参数。例如，所述半导体器件边缘及中心的所述基底的散布参数，或者所述半导体器件边缘、中部及中心的所述基底的散布参数。其中，所述参考半导体器件主存储区不同区域可根据实际需求进行设定，本发明不进行限定。
将各区域的所述基底的散布参数进行整合，获得参考散布参数。该整合可通过常规的方法进行，例如，通过OLSA软件中的BEAM模型进行整合。
则在执行步骤S32时，以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较，进而避免了半导体器件的区域影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述半导体器件包括基底及设置在所述基底上的目标膜层，所述半导体器件具有主存储区，所述测量方法包括如下步骤：
提供参考半导体器件主存储区的参考光谱图；
获得待测半导体器件主存储区的第一测量光谱图；
以所述参考光谱图为基准，在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，获得调整后的参考光谱图，并将所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图进行比较；
若所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图的相似度大于第一预设值，则将所述调整后的参考光谱图对应的厚度参数作为所述待测半导体器件主存储区的目标膜层的厚度；
若所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图的相似度小于所述第一预设值，则继续在预设范围内调整所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的厚度参数，直至所述第一测量光谱图与所述调整后的参考光谱图的相似度大于所述第一预设值；
其中，所述第一预设值大于零，且小于或者等于1。
2.根据权利要求1所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述第一预设值大于0.95。
3.根据权利要求1所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，在所述主存储区，所述基底为三维复合基底。
4.根据权利要求3所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述三维复合基底包括硅基底及设置在所述硅基底上的多个膜层。
5.根据权利要求3所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，还包括获得所述参考半导体器件主存储区的所述参考光谱图的方法，所述方法包括如下步骤：
获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数及厚度参数；
获得所述参考半导体器件主存储区的第二测量光谱图；
以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较；
若所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于第二预设值，则将所述调整后的第二测量光谱图作为所述参考光谱图；
若所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度小于所述第二预设值，则继续调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，直至所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图的相似度大于所述第二预设值；
其中，所述第二预设值大于零，且小于或者等于1。
6.根据权利要求5所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述第二预设值大于0.95。
7.根据权利要求5所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述参考半导体器件还具有测量区，所述测量区与所述主存储区采用相同工艺形成，在所述测量区，所述基底为一维结构；其中，获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数的方法包括：
获得参考半导体器件测量区的第三测量光谱图；
以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较；
若所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于第三预设值，则将所述调整后的第三测量光谱图对应的散布参数作为所述半导体器件主存储区的所述目标膜层的散布参数；
若所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度小于所述第三预设值，则继续调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，直至所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图的相似度大于所述第三预设值；
其中，所述第三预设值大于零，且小于或者等于1。
8.根据权利要求7所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述第三预设值大于0.95。
9.根据权利要求7所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较的步骤中，所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为已知参数。
10.根据权利要求7所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述以所述第三测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件测量区的所述基底的散布参数、厚度参数及所述目标膜层的厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件测量区的目标膜层的散布参数，获得调整后的第三测量光谱图，并将所述调整后的第三测量光谱图与所述参考半导体器件测量区的理论光谱图进行比较的步骤中，所述参考半导体器件测量区的所述基底的厚度参数及所述目标膜层的厚度参数的获取方法包括：
对所述参考半导体器件测量区进行切片处理，暴露所述参考半导体器件测量区的侧面；
自所述参考半导体器件测量区的侧面测量所述基底及所述目标膜层的厚度，作为所述基底及所述目标膜层的厚度参数。
11.根据权利要求5所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，获得所述参考半导体器件主存储区的所述目标膜层的厚度参数的方法包括：
对所述参考半导体器件主存储区进行切片处理，暴露所述目标膜层的侧面；自所述目标膜层的侧面测量所述目标膜层的厚度，以获得所述目标膜层的厚度参数。
12.根据权利要求5所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考半导体器件主存储区的基底的散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将所述调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较的步骤，进一步包括：
获得所述参考半导体器件主存储区不同区域的所述基底的散布参数；
将各区域的所述基底的散布参数进行整合，获得参考散布参数；
以所述第二测量光谱图为基准，以所述参考半导体器件主存储区的目标膜层的散布参数及厚度参数为定值，调整所述参考散布参数，获得调整后的第二测量光谱图，并将调整后的第二测量光谱图与所述参考半导体器件主存储区的理论光谱图进行比较。
13.根据权利要求5所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述散布参数包括材料的折射系数及消光系数。
14.根据权利要求13所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，通过改变波长振幅、波峰的出现点、波振宽及相位差中的一个或多个来调节所述散布参数。
15.根据权利要求1所述的半导体器件膜厚的测量方法，其特征在于，所述目标膜层为顶层膜层。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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