CN114061496B - 样品表面膜层厚度的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种样品表面膜层厚度的测量方法，包括：提供第一样品基底，第一样品基底不包含目标物质；在第一样品基底的表面上形成目标物质的第一膜层；检测第一膜层，获得目标物质在第一膜层中的含量，含量对应于第一表面定量分析方法的第一检测极限；检测第一膜层，获得目标物质的相对灵敏度因子；提供与第一样品基底相同的第二样品基底，在第二样品基底的表面上形成目标物质的目标膜层，目标膜层的厚度小于第一膜层的厚度；检测目标膜层，采用相对灵敏度因子计算目标物质在目标膜层中的原子浓度；根据原子浓度计算目标物质在目标膜层中的原子密度；以及根据原子密度和目标物质的参考原子密度的比值获得目标膜层的厚度。

Description

样品表面膜层厚度的测量方法
技术领域
本发明涉及集成电路的制造领域，尤其涉及一种样品表面膜层厚度的测量方法。
背景技术
为了克服二维存储器件的限制，业界已经研发并大规模量产了具有三维(3D)结构的存储器件，其通过将存储器单元三维地布置在衬底之上来提高集成密度。在以3D NAND产品为主的新产品研发中常常遇到新的工艺处理方法，其中，膜层与膜层之间的界面处理对器件的性能调节起着重要的作用，界面处理之后样品表面情况的表征也对材料分析方法提出新的要求。随着存储器更高存储密度的发展趋势，膜层的厚度也逐渐减薄，即需要形成厚度大约在1-2埃的超薄膜层。然而，目前的光学、声学机台无法实现该数量级的厚度检测。一些表面检测方法，例如二次离子质谱技术(Secondary Ion Mass Spectrometry,SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子能量损失谱(Electron Energy Loss Spectroscopy,EELS)等在对超薄膜层进行表征时会遇到各种问题。例如，采用EELS进行测量，无法排除样品由聚焦离子束(Focused Ion beam,FIB)机台转移到透射电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope,TEM)真空室的过程中引入的污染，并且还受到检测极限的限制；采用SIMS进行测量，缺乏超薄层的相关标样，无法进行定量；采用XPS进行测量，结果为相对定量结果，并不能得到绝对定量结果，并且受到检测极限的限制。因此，根据目前的检测方法无法对超薄膜层进行定量分析，对工艺调节和器件性能的模拟带来了困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以测量超薄膜层厚度的测量方法。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种样品表面膜层厚度的测量方法，包括：提供第一样品基底，所述第一样品基底不包含目标物质；在所述第一样品基底的表面上形成所述目标物质的第一膜层；采用第一表面定量分析方法检测所述第一膜层，获得所述目标物质在所述第一膜层中的含量，所述含量对应于所述第一表面定量分析方法的第一检测极限；采用第二表面定量分析方法检测所述第一膜层，获得所述目标物质的相对灵敏度因子，其中，所述第一表面定量分析方法的第一检测极限大于所述第二表面定量分析方法的第二检测极限；提供与所述第一样品基底相同的第二样品基底，在所述第二样品基底的表面上形成所述目标物质的目标膜层，所述目标膜层的厚度小于所述第一膜层的厚度；采用所述第二表面定量分析方法检测所述目标膜层，采用所述相对灵敏度因子计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子浓度；根据所述原子浓度计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子密度；以及根据所述原子密度和所述目标物质的参考原子密度的比值获得所述目标膜层的厚度。
在本发明的一实施例中，所述第一表面定量分析方法包括XPS方法。
在本发明的一实施例中，所述含量用平均原子浓度百分比来表征。
在本发明的一实施例中，在到达所述第一检测极限时，所述第一膜层中的目标物质的平均原子浓度百分比是所述XPS方法所能检测到的最小值。
在本发明的一实施例中，所述第二表面定量分析方法包括SIMS方法或TOF-SIMS方法。
在本发明的一实施例中，采用下面的公式计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子密度：原子密度＝原子浓度*所述第二表面定量分析方法的信号深度。
在本发明的一实施例中，在所述第一样品基底的表面上形成所述目标物质的第一膜层的步骤之后还包括：在所述第一膜层上形成第一保护层，所述第一保护层的厚度大于所述XPS方法的信号深度，所述第一保护层不包含所述目标物质。
在本发明的一实施例中，所述第一保护层的厚度大于等于10nm。
在本发明的一实施例中，所述目标膜层的厚度范围是1-2埃。
在本发明的一实施例中，所述第一样品基底和所述第二样品基底适用于3D NAND存储器。
本发明的样品表面膜层厚度的测量方法结合具有不同检测极限的第一表面定量分析方法和第二定量表面分析方法，提高了对样品表面膜层的测量精度。优选地，采用XPS方法获得其在第一检测极限时所能测量的第一膜层，并获得该目标物质的第一膜层在SIMS方法下的相对灵敏度因子，再根据该相对灵敏度因子检测具有超薄膜层的目标膜层，可以获得该目标膜层的厚度。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明一实施例的样品表面膜层厚度的测量方法的示例性流程图；
图2是本发明一实施例的测量方法中的第一样品基底的示意图；
图3是在本发明一实施例的测量方法中采用XPS方法获得的目标物质的含量的结果示意图；
图4是在本发明一实施例的测量方法中采用SIMS方法获得的第一膜层中目标物质的含量的结果示意图；
图5是本发明一实施例的测量方法中的第二样品基底的示意图；
图6是在本发明一实施例的测量方法中采用SIMS方法获得的目标膜层中目标物质的含量的结果示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
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，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本文中所使用的术语“三维(3D)存储器件”是指在横向取向的衬底上具有竖直取向的存储单元晶体管串(在文中被称为“存储器串”，例如NAND串)从而存储器串相对于衬底在竖直方向上延伸的半导体器件。如在本文中所使用的，术语“竖直/竖直地”表示标称垂直于衬底的横向表面。
在本文中所使用的属于“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。添加在衬底的顶部上的材料可以被图案化或可以保持未被图案化。此外，衬底可以包括多种半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。或者，衬底可以由非导电材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。
在本申请中所使用的术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在整个下层或上层结构上延伸，或者可以具有小于下层或上层结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构的厚度的均匀或不均匀连续结构的区域。例如，层可以位于连续结构的顶表面和底表面之间或其处的任何一对水平平面之间。层可以水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。衬底可以是层，其中可以包括一层或多层，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一层或多层。层可以包括多个层。例如，互连层可以包括一个或多个导体和触点层(其中形成有触点、互连线和/或通孔)以及一个或多个电介质层。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
图1是本发明一实施例的样品表面膜层厚度的测量方法的示例性流程图。参考图1所示，该实施例的测量方法包括以下步骤：
步骤S110：提供第一样品基底，该第一样品基底不包含目标物质；
步骤S120：在第一样品基底的表面上形成目标物质的第一膜层；
步骤S130：采用第一表面定量分析方法检测第一膜层，获得目标物质在第一膜层中的含量，含量对应于第一表面定量分析方法的第一检测极限；
步骤S140：采用第二表面定量分析方法检测第一膜层，获得目标物质的相对灵敏度因子，其中，第一表面定量分析方法的第一检测极限大于第二表面定量分析方法的第二检测极限；
步骤S150：提供与第一样品基底相同的第二样品基底，在第二样品基底的表面上形成目标物质的目标膜层，目标膜层的厚度小于第一膜层的厚度；
步骤S160：采用第二表面定量分析方法检测目标膜层，采用相对灵敏度因子计算目标物质在目标膜层中的原子浓度；
步骤S170：根据原子浓度计算目标物质在目标膜层中的原子密度；以及
步骤S180：根据原子密度和目标物质的参考原子密度的比值获得目标膜层的厚度。
以下结合图2至图6对上述实施例的步骤S110-S180进行说明。
图2是本发明一实施例的测量方法中的第一样品基底的示意图。参考图2所示，在步骤S110中，提供如图2所示的第一样品基底210，该第一样品基底210中不包含目标物质D。
在步骤S120中，在第一样品基底210的表面上形成目标物质D的第一膜层220。即，第一膜层220是由目标物质D形成。
图2不用于限制第一样品基底210的具体材料、大小、厚度等特性，也不用于限制第一膜层220的具体厚度、目标物质D的具体材料。
在一些实施例中，第一样品基底210适用于3D NAND存储器。在这些实施例中，第一样品基底210可以是3D NAND存储器的生产过程中，处于不同的工艺流程中时的半成品、成品的样本。
本发明对步骤S120中形成第一膜层220的方法不做限制。在一些实施例中，通过一系列过程条件定义的特定过程在第一样品基底210的表面上形成第一膜层220。
在步骤S120中，可以采用制备机台向第一样品基底210的上表面吹扫沉积目标物质D，从而在第一样品基底210的上表面形成一层包含目标物质D的薄膜。吹扫沉积的时间越长，该薄膜的厚度越厚。
在步骤S130和S140中，第一表面定量分析方法和第二表面定量分析方法是两种不同的表面定量分析方法，并且，第一表面定量分析方法的第一检测极限大于第二表面定量分析方法的第二检测极限。
表面定量分析方法可以包括TEM、STEM、SIMS、TOF-SIMS、XPS、AES(俄歇电子光谱法)，以及其他电子束方法等。根据各种方法的检测极限可以选择合适的第一表面定量分析方法和第二表面定量分析方法。
在本发明的优选实施例中，第一表面定量分析方法是XPS方法，第二表面定量分析方法是SIMS方法或TOF-SIMS方法。其中，XPS方法的检测极限为第一检测极限，以SIMS方法为例，SIMS方法的检测极限为第二检测极限。也就是说，当分别采用XPS方法和SIMS方法检测同一个膜层时，SIMS方法可以检测的膜层中物质的极限含量小于XPS方法可以检测到的膜层中物质的极限含量。换句话来说，SIMS方法的检测精度更高。然而，在采用SIMS方法进行测量时，对于超薄膜层来说，没有相关标样，无法进行定量测量。因此，单独采用SIMS方法并不能对超薄膜层进行准确的定量测量。
在上述的优选实施例中，第一膜层220对应于XPS方法的检测极限，即第一检测极限。在这些实施例中，步骤S130中所获得的目标物质D在第一膜层220中的含量用平均原子浓度百分比来表征，也即，通过XPS方法可以从第一膜层220获得物质D的平均原子浓度百分比。在这些实施例中，当XPS方法到达其第一检测极限时，第一膜层220中的目标物质D的平均原子浓度是XPS方法所能检测到的最小值。需要说明，采用XPS方法可以获得物质的原子浓度百分比，因此，以其所能检测到的最小的平均原子浓度来确定第一检测极限。对于其他的第一表面定量分析方法，根据该方法所能检测到的物理量来确定其第一检测极限。
在实际应用中，为了获得步骤S120中的第一膜层220，可以采用多个第一样品基底，分别在该多个第一样品基底上形成不同厚度的目标物质D的膜层，采用XPS方法对这些第一样品基底210上的膜层逐个进行检测，XPS方法所能检测到的目标物质D的平均原子浓度最小的膜层即为第一膜层220。该第一膜层220的厚度也是各膜层中最薄的。
在实际应用中，还可以通过在同一个第一样品基底210上形成目标物质D的膜层，先形成初始膜层，采用XPS方法对该初始膜层进行检测，再逐步增厚该初始膜层，每次增厚之后采用XPS对该增厚的膜层进行检测，如此，可以基于一个第一样品基底210获得多个对应于不同厚度的膜层的检测结果，并且获得XPS方法的第一检测极限所对应的第一膜层220。本说明书以该方法为例，采用制备机台向第一样品基底210的上表面吹扫沉积目标物质D。目标物质D的初始膜层厚度T0为0，也即吹扫沉积时间为0秒。之后，以100秒为间隔，向第一样品基底210的上表面吹扫沉积目标物质D的时间依次为100秒、200秒、300秒、400秒、500秒、600秒等，从而获得膜层的厚度分别是T1、T2、T3、T4、T5、T6。可以理解，从T1至T6厚度逐渐增加。
在该实施例中，采用XPS方法对该6个不同厚度的膜层进行检测，当膜层的厚度为T6时，XPS方法到达其第一检测极限，因此，以该膜层作为第一膜层220，也就是第一膜层220的厚度为T6，如图2所示。
图3是在本发明一实施例的测量方法中采用XPS方法获得的目标物质的含量的结果示意图。参考图3所示，该示意图的横坐标为溅射时间(sputter time)，单位为秒(s)；纵轴为目标物质D的原子浓度百分比，其单位为at.％。如图3所示，在该坐标系中示出了两条曲线，其中一条是第一样品基底210上没有沉积目标物质D时的测量结果，用T0表示；另一条是向第一样品基底210上吹扫沉积目标物质D的时间为600秒时的测量结果，也就是对第一膜层220的测量结果，用T6表示。根据图3所示，由于T0时第一样品基底210上没有目标物质D，因此，其检测结果也为0。而对于第一膜层220来说，在溅射时间从360秒到430秒之间，目标物质D的原子浓度百分比大于0，并且在该段时间内的平均值约为0.44at.％。也就是说，在步骤S130中，采用第一表面定量分析方法所获得的目标物质D在第一膜层220中的平均原子浓度百分比为0.44at.％，该数值对应于XPS方法的第一检测极限，是该XPS方法所能检测到的目标物质D的最小的平均原子浓度百分比。
图3所示仅为示例，不用于限制第一膜层220中目标物质D实际的平均原子浓度百分比。可以理解，根据第一样品基底210和目标物质D的不同，可以获得不同厚度的第一膜层220，该第一膜层220对应的吹扫沉积时间也不限于上述示例中所列举的数值。
在步骤S140中，采用第二表面定量分析方法检测第一膜层220，获得目标物质D的相对灵敏度因子(Relative Sensitivity Factor,RSF)。
在本发明的优选实施例中，采用SIMS方法作为第二表面定量分析方法，对上述的具有厚度T6的第一膜层220进行检测，获得图4所示的测试结果。
图4是在本发明一实施例的测量方法中采用SIMS方法获得的第一膜层中目标物质的含量的结果示意图。参考图4所示，该示意图的横坐标为深度(depth)，单位为纳米(nm)；纵轴为目标物质D的原子浓度，单位为atoms/cm3。其中，深度为溅射坑的深度，可以由台阶仪测量获得。
在一些实施例中，采用原子量为28的硅(28Si)作为标准参考材料来计算相对灵敏度因子RSF。如图4所示，在采用SIMS方法检测第一膜层220时，以28Si作为matrix信号，获得图中的目标物质D的原子浓度随深度变化的曲线。其中，峰值P1处，该目标物质D的原子浓度为4.40E+20atoms/cm3。根据图4所示的检测结果，以及SIMS方法所对应的相对灵敏度因子RSF的计算方法，可以获得目标物质D的相对灵敏度因子RSF。本发明对如何计算RSF不做限制，可以采用本领域的常用方法来计算。
在图3和图4所示的实施例中，计算得到目标物质D的RSF为3.265E+22atoms/cm3。
在步骤S150中，提供与第一样品基底相同的第二样品基底，在第二样品基底的表面上形成目标物质的目标膜层，目标膜层的厚度小于第一膜层的厚度。
图5是本发明一实施例的测量方法中的第二样品基底的示意图。参考图5所示，第二样品基底510的表面上形成目标物质D的目标膜层520，该目标膜层520具有厚度Td，Td<T6。第二样品基底510和第一样品基底520主要在材料和组成上相同。
在一些实施例中，目标膜层的厚度Td的范围是1-2埃。
在步骤S160中，采用SIMS方法检测目标膜层520，采用根据第一膜层210计算获得的相对灵敏度因子RSF来计算目标物质D在目标膜层520中的原子浓度。
图6是在本发明一实施例的测量方法中采用SIMS方法获得的目标膜层中目标物质的含量的结果示意图。图6的坐标轴含义与图4相同。其中的曲线对应于目标膜层中的目标物质D的原子浓度随着深度加深的变化曲线。其中，峰值P2对应于目标物质D的原子浓度为2.27E+20atoms/cm3，该原子浓度是根据步骤S140中所获得的相对灵敏度因子RSF计算所得。
在步骤S170中，采用下面的公式计算目标物质D在目标膜层520中的原子密度：
原子密度＝原子浓度*第二表面定量分析方法的信号深度。
在上述示例中，设SIMS方法的信号深度是3.6E-7cm，将上述示例中所获得的数值带入上述公式中，得：
目标物质D的原子密度＝2.27E+20*3.6E-7cm＝8.17E+13atoms/cm2。
在步骤S180中，计算原子密度和目标物质D的参考原子密度的比值。在上述示例中，目标物质D的理论参考原子密度为3.9E+15atoms/cm2，则该比值如下：
Figure BDA0003369331840000091
根据该计算结果，目标膜层520的厚度约等于0.02层目标物质D，即目标物质D的原子层厚的0.02倍。这里的原子层厚指单层目标物质D均匀地平铺在第二样品基底510上时的厚度。
目标物质D的理论参考原子密度可以由本领域的技术手册获得。
根据该计算结果可知，采用本发明的测量方法可以测量只有0.02层目标物质D的厚度，这是单独采用XPS方法或SIMS方法都不能获得准确测量结果的超薄层。采用本发明的测量方法大大提高了对膜层厚度的测量精度。
在一些实施例中，在第一样品基底的表面上形成目标物质的第一膜层的步骤之后还包括：在第一膜层上形成第一保护层，第一保护层的厚度大于XPS方法的信号深度，第一保护层不包含目标物质。
参考图2所示，在第一膜层220上方形成了第一保护层230。在一些实施例中，第一保护层230的厚度大于等于10nm。
第一保护层230的材料组分应不含有目标物质D的主要成分，以免干扰第一膜层220的信号采集。可以理解，第一保护层230应完全覆盖第一膜层220。
在本发明的测量方法的过程中，可能需要转移该第一样品基底210。例如当制备好具有第一膜层220的第一样品基底210之后，需要将该第一样品基底210转移至XPS设备处进行检测。在采用同一个第一样品基底210进行多次目标物质D的吹扫沉积时，可以需要多次转移第一样品基底210。在转移的过程中如果遇到非真空环境，会使第一样品基底210表面上的第一膜层220受到污染。采用第一保护层230可以保护目标物质D的第一膜层220在样品转移过程中不受到直接污染，污染物仅附着在第一保护层230的表面。当第一保护层230的厚度大于XPS方法的信号深度时，第一保护层230表面吸附的污染物不会干扰第一膜层220的信号采集，从而保证采用XPS方法可以获得准确的结果，进一步提高了本测量方法的准确性和精度。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种样品表面膜层厚度的测量方法，包括：
提供第一样品基底，所述第一样品基底不包含目标物质；
在所述第一样品基底的表面上形成所述目标物质的第一膜层；
采用第一表面定量分析方法检测所述第一膜层，获得所述目标物质在所述第一膜层中的含量，所述含量对应于所述第一表面定量分析方法的第一检测极限；
采用第二表面定量分析方法检测所述第一膜层，获得所述目标物质的相对灵敏度因子，其中，所述第一表面定量分析方法的第一检测极限大于所述第二表面定量分析方法的第二检测极限；
提供与所述第一样品基底相同的第二样品基底，在所述第二样品基底的表面上形成所述目标物质的目标膜层，所述目标膜层的厚度小于所述第一膜层的厚度；
采用所述第二表面定量分析方法检测所述目标膜层，采用所述相对灵敏度因子计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子浓度；
根据所述原子浓度计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子密度；以及
根据所述原子密度和所述目标物质的参考原子密度的比值获得所述目标膜层的厚度。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一表面定量分析方法包括XPS方法。
3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述含量用平均原子浓度百分比来表征。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在到达所述第一检测极限时，所述第一膜层中的目标物质的平均原子浓度百分比是所述XPS方法所能检测到的最小值。
5.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述第二表面定量分析方法包括SIMS方法或TOF-SIMS方法。
6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，采用下面的公式计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子密度：
原子密度＝原子浓度*所述第二表面定量分析方法的信号深度。
7.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，在所述第一样品基底的表面上形成所述目标物质的第一膜层的步骤之后还包括：在所述第一膜层上形成第一保护层，所述第一保护层的厚度大于所述XPS方法的信号深度，所述第一保护层不包含所述目标物质。
8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述第一保护层的厚度大于等于10nm。
9.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述目标膜层的厚度范围是1-2埃。
10.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一样品基底和所述第二样品基底适用于3D NAND存储器。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06207889A (ja) * 1993-01-11 1994-07-26 Sony Corp 全反射蛍光ｘ線分析用標準試料およびこれを用いた表面分析方法
JP2001004564A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Sony Corp 薄膜固体中の微量ホウ素の定量方法、薄膜固体組成の分析方法
JP2002267417A (ja) * 2001-03-13 2002-09-18 Toshiba Corp 膜厚測定方法及び段差測定方法
JP2013074239A (ja) * 2011-09-29 2013-04-22 Toray Ind Inc 凹凸膜付きウエハ、凹凸膜付きウエハの製造方法
CN109931894A (zh) * 2019-03-26 2019-06-25 电子科技大学 一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法
CN111947582A (zh) * 2019-05-15 2020-11-17 丰田自动车株式会社 膜厚测定方法
CN112697080A (zh) * 2020-12-16 2021-04-23 长江存储科技有限责任公司 薄膜层厚度的测量方法
CN112992711A (zh) * 2021-03-11 2021-06-18 中国电子科技集团公司第四十六研究所 超薄型soi材料顶层硅和埋氧化层厚度的测量方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102365983B1 (ko) * 2019-10-31 2022-02-23 한국표준과학연구원 초박막의 두께 산출 방법
US11287253B2 (en) * 2019-12-30 2022-03-29 Industrial Technology Research Institute Device and method applicable for measuring ultrathin thickness of film on substrate

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06207889A (ja) * 1993-01-11 1994-07-26 Sony Corp 全反射蛍光ｘ線分析用標準試料およびこれを用いた表面分析方法
JP2001004564A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Sony Corp 薄膜固体中の微量ホウ素の定量方法、薄膜固体組成の分析方法
JP2002267417A (ja) * 2001-03-13 2002-09-18 Toshiba Corp 膜厚測定方法及び段差測定方法
JP2013074239A (ja) * 2011-09-29 2013-04-22 Toray Ind Inc 凹凸膜付きウエハ、凹凸膜付きウエハの製造方法
CN109931894A (zh) * 2019-03-26 2019-06-25 电子科技大学 一种NiFe或FeMn薄膜表面氧化层厚度的分析方法
CN111947582A (zh) * 2019-05-15 2020-11-17 丰田自动车株式会社 膜厚测定方法
CN112697080A (zh) * 2020-12-16 2021-04-23 长江存储科技有限责任公司 薄膜层厚度的测量方法
CN112992711A (zh) * 2021-03-11 2021-06-18 中国电子科技集团公司第四十六研究所 超薄型soi材料顶层硅和埋氧化层厚度的测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马农农 ; 何友琴 ; 王东雪 ; 陈潇 ; .SiO_2钝化膜中钠离子的二次离子质谱分析.现代仪器与医疗.2013,(第04期),全文. *

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