CN115388950B - 使用结合的xps和xrf技术测定锗化硅厚度和组成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用结合的XPS和XRF技术测定锗化硅厚度和组成。本发明具体描述了用于使用结合的XPS和XRF技术测定锗化硅厚度和组成的系统和途径。在实例中，用于表征锗化硅膜的方法包括产生X射线束。将样品定位于所述X射线束的路径中。收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号。还收集用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号。由XRF信号或XPS信号或两者测定锗化硅膜的厚度或组成或两者。
Description
本申请是申请日为2015年04月21日的题为“使用结合的XPS和XRF技术测定锗化硅厚度和组成”的中国专利申请号201580032862.5的分案申请。
相关申请的引证
本申请要求于2014年4月25日提交的美国临时申请第61/984,286号的权益，本文中通过引证将其全部内容合并于此。
背景技术
1)技术领域
本发明的实施方式为结合的XPS和XRF技术领域，具体地使用结合的XPS和XRF技术测量锗化硅厚度和组成。
2)相关技术的描述
X射线光电子能谱(XPS)是一种测量存在于材料内的元素组成、实验式、元素的化学状态和电子状态的定量的能谱技术。可以通过用X射线的束照射材料且同时地测量从顶部(例如，被分析的材料的1至10nm)逃逸的电子的动能和数量来获得XPS谱。XPS分析普遍采用单色的铝Kα(AlKα)X射线，其可以通过用聚焦的电子束轰击铝阳极表面产生。随后由聚焦单色光镜截留一部分产生的AlKαX射线，并使窄的X射线能带聚焦于样品表面的分析位点上。在样品表面上的AlKαX射线的X射线通量取决于电子束电流、铝阳极表面的厚度和完整性以及单色光镜的晶体质量、尺寸和稳定性。
X射线荧光(XRF)是来自通过用更高能量的X射线或伽马射线轰击来激发的材料的特有的“次级”(或荧光)X射线的发射。这种现象广泛地用于元素分析和化学分析，特别是在金属、玻璃、陶瓷和建筑材料中的研究以及用于地球化学、法医学和考古学中的研究。
XPS分析和XRF分析作为用于样品表征的技术各自具有它们自己的优势。因此，需要基于XPS和/或XRF检测的分析上的进步。
发明内容
一种或多种实施方式旨在使用结合的XPS和XRF技术测量锗化硅厚度和组成。
在实施方式中，用于表征锗化硅膜的方法包括产生X射线束。将样品定位于所述X射线束的路径中。收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号。还收集通过用所述X射线束轰击所述样品所产生的X射线荧光(XRF)信号。由XRF信号和XPS信号测定锗化硅膜的厚度。
在另一实施方式中，用于表征锗化硅膜的方法包括产生X射线束。将样品定位于所述X射线束的路径中。收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号。还收集通过用所述X射线束轰击所述样品所产生的X射线荧光(XRF)信号。由XRF信号和XPS信号测定锗化硅膜的组成。
在另一实施方式中，用于表征锗化硅膜的系统包括用于产生X射线束的X射线源。该系统还包括用于将样品定位于所述X射线束的路径中的样品架。该系统还包括用于收集通过用所述X射线束轰击所述样品而产生的X射线光电子能谱(XPS)信号的第一探测器。该系统还包括用于收集通过用所述X射线束轰击所述样品而产生的X射线荧光(XRF)信号的第二探测器。XRF信号或XPS信号或两者用于确定锗化硅膜的厚度或组成或两者。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方式的XPS和XRF结合工具的角视图。
图2示出了根据本发明的实施方式的沟道锗化硅(cSiGe)膜叠层模型。
图3A包括根据本发明的实施方式，描述与图2的膜叠层模型相关的强度混合模型的方程式(1)至(3)。
图3B包括根据本发明的实施方式，描述SiGe膜的厚度和各个强度之间的关系的展开的图3A的方程式(1)-(3)。
图4是示出根据本发明的实施方式，对于给定的XRF和XPS强度，如由图3A和图3B的方程式(1)至(3)所描述的Ge组成和SiGe厚度之间的相关性的图表。
图5包括示出根据本发明的实施方式，如由SiGe/Si样品同时获得的XPS(Ge3d区域)、XPS(Si2p区域)和XRF(GeLα)谱的实例的图表。
图6包括根据本发明的实施方式针对标称SiGe组成和SiGe厚度所绘制的归一化的测量值。
图7包括示出根据本发明的实施方式，XPS测量的SiGe原子组成与XRD参考的SiGe厚度之间的良好线性的曲线。
图8A包括根据本发明的实施方式的来自静态精度测量的SiGe厚度和Ge％的图表。
图8B包括根据本发明的实施方式的来自动态精度测量的SiGe厚度和Ge％的图表。
图9包括示出根据本发明的实施方式的测量精度的概括的表。
图10示出了根据本发明的实施方式的对于SiGe厚度和对于归一化的Ge％AC在4个月期间内记录的统计过程控制(SPC)数据。
图11示出了根据本发明的实施方式的示例性计算机系统的框图。
具体实施方式
一个或更多个实施方式旨在与实际材料混合模型结合，检测并使用来自锗化硅(SiGe)薄膜中的硅(Si)和锗(Ge)原子的光电子和X射线荧光信号以允许可用于实际的工厂生产(fab production)需要的SiGe厚度和Ge％原子组成的唯一、清楚的和稳定的测定。在以下的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施方式。在其他情形下，为了不会不必要地模糊本发明的实施方式，没有详细地描述如整个半导体设备叠层的众所周知的特征。此外，应当理解，附图中所示的各种实施方式是说明性的表示，并且不一定按比例绘制。
本发明的实施方式解决了锗化硅厚度和Ge％原子组成的同时测定和过程控制的问题。本发明的实施方式的技术优势包括提供在用于生产用途的工厂环境中的薄SiGe厚度和Ge％组成的精确的、可重复测定的新能力。
更一般地，本发明的一个或更多个实施方式与实际的膜叠层模型一起采用XPS和XRF信号结合以同时地测定薄膜SiGe厚度和组成的膜特性。使用XPS(Si，Ge3d)和XRF(GeLα)测量的强度两者，可以采用新的膜叠层算法以最精确和稳健地测定大范围内的SiGe厚度和Ge组成(％)。在示例性实施方式中，为了合适地表示在SiGe层中的Si和Ge物质的真实组成的变化，使用了(i)解释来自SiGe膜和晶体硅基板(如果合适的话)两者的Si XPS信号的发生的通用膜叠层模型，以及(ii)衡量相对于其他的纯Ge膜的XPS和XRF Ge信号的预测强度的实际材料层混合模型，将膜剩余的部分限制为Si。
为了提供背景，在过去十年内，SiGe技术已经在p型场效应晶体管(pFET)性能提高和阀值电压(Vt)可调性方面发挥越来越重要的作用。值得注意的是，在源-漏区中嵌入的SiGe(e-SiGe)在p型金属氧化物半导体(PMOS)沟道中生产单轴向的应变。近来，SiGe正被认为是对常规Si沟道的替代以获得更高的空穴迁移率。因此，SiGe，特别是沟道SiGe(cSiGe)的厚度和组成已经变为半导体设备性能的一个关键的控制参数。直接在产物晶圆上的在线计量的能力在高产量制造上是高度期望的。
现有的光学计量不直接测量组成并且要求参考计量以验证通常仅仅在窄范围浓度和厚度内起作用的模型。X射线衍射(XRD)是用于SiGe胶测量的另一种普遍使用的技术。然而，XRD遭受弛豫导致的不确定性、在具有小于100埃厚度的膜上较差的精度和缓慢的测量速度。这样的缺点对于当前的XRD解决方案，特别是在产物环境中的高产量制造过程控制显示出挑战。根据本文中的一种或多种实施方式，用同时的XPS和XRF测量实现了在各种基板如块状Si、绝缘体上硅(SOI)和超薄SOI上的薄SiGe膜的组成和厚度两者的测量。
提供进一步的背景，最近XPS已经被证明了对于超薄膜(例如，厚度小于约100埃)是有效的计量，对组成和厚度两者均具有良好的灵敏度。具体地，其是对在32nm、28nm和20nm设备制造以及16/14nm鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺开发中的各种高k金属栅(HKMG)膜的选择的计量。然而，对于在Si(或含Si)基板上的薄cSiGe膜的情形，XPS不能区分来自SiGe膜的Si信号和来自Si基板的信号。使用仅一种独立信号(其为Ge XPS信号)，单独的XPS不能独立地测定组成和厚度的两个变量。根据本文中所描述的一种或更多种实施方式，通过利用在XPS测量期间还在同时产生的GeLαXRF信号解决该问题。XRF信号提供了在与XPS信号结合时允许测量厚度和组成两者的另外的独立信号。
在一个方面，可以由单个计量工具获得XPS和XRF信息两者。在实例中，根据本发明的实施方式，图1示出了结合的XPS和XRF工具100的角视图。在序列的XPS和XRF结合工具如结合工具100上进行本文中所描述的测量。在一个实施方式中，XPS和XRF结合工具100能够在50μm2计量区(metrology box)内测量300mm的晶圆。
参照图1，在保持于小于约1.0E-7托的基础压力下的同时运行XPS和XRF结合工具100。使用LaB6电子枪102在约600μΑ的标称束电流下，在1486.7eV下由铝阳极106产生x射线104。随后由高质量的石英晶体单色光镜112将单色的AlKαx射线108聚焦于晶圆110。晶圆110下的磁透镜114产生晶圆110附近的磁场，并且将产生的光电子116聚焦至包括XPS输入光学器件118、XPS能量分析器120(例如，球形电容器分析器(SCA))和XPS探测器122的XPS谱仪中。XPS谱仪电子光学器件118引导且成形光电子束116，以最佳地传输至XPS能量分析器120中。XPS能量分析器120以球体之间的固定电压差运行，并且通常使用141.2eV的通能。
再次参照图1，同时地，单色的AlKαx射线108从晶圆110激发低能量的x射线荧光(LE-XRF)124。通过使用晶圆110表面上方约1mm，位于接近于分析点的硅漂移探测器(SDD)126探测LE-XRF 124。在一个实施方式中，通过双重珀耳帖冷却器(Peltier cooler)将SDD探测器126冷却，且运行温度保持在大约-30℃。为了过滤掉散逸电子(stray electron)和UV光，可以在SDD 126入口处使用超薄铝窗。将SDD 126连接至XRF探测器组件128。将XRF探测器组件128连接至SDD电子设备130。
如在图1中示出的，XPS和XRF结合工具100也可以包括单色光镜后通量探测器199。尽管没有示出，但是XPS和XRF结合工具100也可以装配有视觉照相机。例如，可以包括晶圆-XY照相机用于晶圆上的特征发现和图案识别。可以包括晶圆-Z照相机用于确定晶圆z高度，用于最佳的x射线点聚焦和定位。可以包括监测阳极的阳极照相机，用于最佳的e-束聚焦。可以将数据获取集成至系统软件，其中同时地收集XPS和XRF信号两者。在一个这种实施方式中，总收集时间为约每位点24s。
在另一方面，解决了分析和算法开发的考虑。例如，在实施方式中，为了确保一致的测量，在数据分析中使用了XPS信号的比值以消除来自x射线源的变化。通常地，对于大部分的XPS数据分析，将Si信号用作为参考。在XRF信号的情形下，相对于进入的x射线通量将XRF信号归一化，用于稳定的测量。在一个这种实施方式中，通过在数据收集期间实时地监测单色光镜后x射线通量(例如，在单色光镜后通量探测器199处)实现了相对于进入的x射线通量的归一化。
在实施方式中，采用新的膜叠层算法以使用XPS(Si，Ge3d)和XRF(GeLα)测量的强度两者最精确和稳健地在大范围内测定SiGe厚度和Ge组成(％)。在具体的实施方式中，为了合适地表示在SiGe层中的Si和Ge物质的真实组成变化，需要(a)解释来自SiGe膜和晶体硅基板(如果合适的话)两者的Si XPS信号的发生的通用膜叠层模型，以及(b)相对于其他的纯Ge膜衡量XPS和XRF Ge信号的预测强度的实际材料层混合模型，将膜的剩余部分限制为Si。
作为实例，图2示出了根据本发明的实施方式的沟道锗化硅(cSiGe)膜叠层模型200。参照图2，f代表cSiGe膜中沟道Ge(cGe)的分数。由1-f表示cSiGe膜中沟道Si(cSi)的分数。IGe和ISi是由XPS测量的强度，而IGeLα是测量的XRF强度。
图3A包括描述了与图2的膜叠层模型200相关的强度混合模型的方程式(1)至(3)。参考图3A的方程式(1)、(2)和(3)，K是相应的材料常数，并且A是穿过SiGe膜的相应的衰减项，其取决于厚度(t)和等效衰减长度(λ)。在一个实施方式中，通过非线性回归分析同时地确定导致模型和数据之间最佳一致的SiGe厚度(t)和Ge混合分数(f)两者的最佳值。图3B包括描述了SiGe膜的厚度和各个强度之间的关系的图3A的展开方程式(1)-(3)。参照图3B，t、K和λ是相应的膜厚度、材料常数和等效衰减长度。
在示例性的实施方式中，对于小于10纳米厚的薄SiGe层，来自基板的光电子归于测量的Si2p XPS强度。图4是示出对于给定的XRF和XPS强度，如由图3A和图3B的方程式(1)至(3)所描述的Ge组成和SiGe厚度之间的关联的图表相关性。图表400还图解地证实了通过使用XPS和XRF信号两者，如何可以找到唯一解以确定Ge％和SiGe厚度。图表400的虚线曲线代表了对于给定的Ge荧光强度，所有可能的Ge％和SiGe厚度的解。
图5包括分别示出根据本发明的实施方式，如同时地由SiGe/Si样品获得的XPS(Ge3d区域)、XPS(Si2p区域)和XRF(GeLα)谱的实例的图表502、504、506。除了Ge3d峰之外，Ge3d区域可以显示从Ge-O至O2s的峰(图表502)。在Si2p区域中，观察到Si-O峰是常见的(图表504)，其中信号源自表面处的自然氧化物。可以在约1230eV下观察到GeLαXRF信号(图表506)。在一个实施方式中，使用背景减除和Gaussian/Gauss-Lorentz峰拟合的完善的方法实现XPS和XRF强度的提取。对于XRF的情形，具体地，纯的Gaussian多峰拟合通常导致0.97的拟合质量值的拟合优度(GOF)。
在另一方面，研究了在Si上(或在厚的SOI上)的SiGe的实际样品。具体地，研究了来自无图案晶圆(blanket wafer)和图案化晶圆的外延SiGe的300mm的晶圆样品。使用了裸Si(l00)和SOI基板两者。应当理解，由于XPS穿透深度限于大约10纳米，从XPS测量视角，厚SOI和块状Si上的样品是相似的。
在实施方式中，为了评估XPS-XRF测量的灵敏度，用不同的SiGe组成和厚度产生一组实验设计(DOE)晶圆。DOE由具有在宽范围内分离的六个不同的SiGe厚度的17个晶圆以及以小于5％的原子组成(AC)差异分离的四种组成构成。研究了在SiGe上的XPS-XRF测量的灵敏度，以及其在厚得多的膜如大于大约150埃的膜上的适用性。还测试了膜分析模型的有效性。在每晶圆九个位点和21个位点两者上进行测量，但是发现结果非常相似。图6包括根据本发明的实施方式针对标称组成(图表602)和厚度(图表604)所绘制的归一化的测量值。
参照图6，提供了归一化测量的Ge％AC(图表602)和SiGe厚度(图表604)对比目标值的图表。该图表示出了测量值和目标值之间优异的相关性，具有接近于1.0的斜率，且R2>0.97。因此，测量对于工艺变化是高灵敏度的。此外，数据示出了组成测量和厚度测量是分离的。结果还表示，使用由图2以及图3A和图3B的方程式(1)至(3)表示的XPS和XRF信号两者，膜叠层模型非常好地代表了SiGe/Si系统。
通过将样品与高分辨率的x射线衍射(HR-XRD)参考计量比较，使用无图案晶圆上具有不同的Ge％AC和SiGe厚度的单独组的样品以评价XPS-XRF测量的准确度。在该组的晶圆样品中使用宽的组成范围，25％至75％的总Ge含量。由于使用较厚的膜，HR-XRD测量是更可靠的，因此厚度范围从约100埃至约400埃。图7包括示出根据本发明的实施方式，XPS测量的SiGe原子组成(图表702)和XRD参考的SiGe厚度(图表704)之间的良好线性的图表。
参照图7，两种测量相关非常良好，并且在厚度和组成的宽范围内是高度线性的。根据本文中所描述的一个或更多个实施方式，由通常对于XPS测量是过厚的这种较厚的SiGe膜的测量，示出了同时的XRF-XPS计量可以扩展常规的XPS能力。然而，在一个这种实施方式中，扩展能力涉及假定SiGe组成在整个膜内保持恒定。
在另一个方面，作为SiGe应用的变体，研究了包括合并有用于全耗尽绝缘体上硅(fully depleted silicon on insulator)(FDSOI)设备的超薄体和隐埋氧化物(ultra-thin body and buried oxide)(UTBB)的SiGe层的结构。这种设备的pFET沟道可以与SiGe压缩应变。根据本发明的实施方式，可以使用Ge富集以在绝缘体样品上产生SiGe并且获得薄的压缩应变层。用沉积的薄氧化物层引发Ge富集以稳定SiGe层的表面，随后标准的快速热氧化(RTO)过程以氧化SiGe且将Ge原子推动至在下面的SOI中，产生大约7nm的含有大约15-35％范围的Ge的SGOI。
在实施方式中，UTBB SiGe应用可以用于结合的XPS-XRF计量工具的精度评估。在实施例中，用UTBB FDSOI产物晶圆评估静态和动态精度两者。在50μm2计量区上进行测量，以评估可能影响在高产量生产中的产物晶圆测量的精度的因素如x射线束尺寸一致性和溢出。
通过测量相同的位点30次，平均两个位点来收集静态精度，也被称为测量可重复性。通过测量每晶圆五个位点，通过晶圆负载/卸载总共18次以重复测量来评价动态精度，也被称为测量再现性。在分析动态精度数据时，首先分别地测定每个测量位点的标准偏差，然后将5个位点的相对标准偏差(RSD)平均。因此，以平均值的RSD报告精度。图8A包括来自静态精度测量的SiGe厚度(图表802)和Ge％(图表804)的图表。图8B包括来自动态精度测量的SiGe厚度(图表852)和Ge％(图表854)的图表。
参照图8A和8B，提供了来自XPS+XRF测量的SiGe厚度和Ge％AC的精度评估。该图表包括SiGe厚度和Ge％原子组成的归一化的测量。小于1％的测量的RSD表示非常稳定的、可再现的和有生产价值的计量工具。在图9的表900中还列出了RSD数值。
根据本发明的实施方式，为进一步测定结合的XPS-XRF计量工具如结合图1所描述的工具的生产价值，通过在延长的时期内收集来自该工具的统计过程控制(SPC)数据来评估长期稳定性。为了该目的使用对照SiGe晶圆。将对照SiGe晶圆覆盖有大约13埃的二氧化铪(HfO2)膜以最小化SiO2或GeO2的形成，否则其可能随着时间改变SiGe组成和厚度。用工厂自动化的协助，将相同的对照晶圆每周测量约3-4次。图10示出了根据本发明的实施方式，在4个月的时期内记录的SiGe厚度(图表1002)和归一化的Ge％AC(图表1004)的统计过程控制(SPC)数据。
参照图10，在4个月的时期内的SiGe厚度和Ge％AC的归一化的晶圆平均值示出了测量是非常稳定的，其中SiGe厚度RSD在大约0.53％且Ge％AC RSD在大约0.33％。在图9的表900中也列出了该值。因此，在实施方式中，用XPS与XRF测量的结合，可以容易地获得用于在高产量制造环境中的有关SiGe的过程技术的计量，同时保持测量的灵敏性、精度和稳定性。
概括以上评估，根据本发明的实施方式，可以通过同时的小点XPS和XRF测量来进行锗化硅组成和厚度测定。可以使用同时的XPS和XRF测量来进行SiGe膜的厚度和组成测定。如以上描述的，已经探索了在各种应用中SiGe膜的测量。该测量在宽得多的SiGe厚度范围是灵敏的和线性的，具有优良的精度。也示出了测量的长期稳定性是非常良好的。
可以将本发明的实施方式提供为计算机程序产品或软件，其可以包括具有存储于其上的指令的机器可读介质，其可以用于编程计算机系统(或其他电子设备)以进行根据本发明的实施方式的方法。在一个实施方式中，将计算机系统与结合图1描述的XPS+XRF结合工具连接。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等)，机器(例如，计算机)可读传输介质(电、光、声或其他形式的传播信号(例如，红外信号、数字信号等)等。
图11示出了计算机系统1100的示例性形式的机器的图形表示，其中可以执行用于使机器进行本文所讨论的任何一种或多种方法的一组指令。在可替代的实施方式中，机器可以连接(例如，联网)至局域网(LAN)、内联网、外联网或互联网中的其他机器。机器可以在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的身份运作，或者在对等(或分布式)网络环境中作为对等机器运作。机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络设备、服务器、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指定要由该机器所进行的行为的一组指令(顺序的或其他的)的任何机器。进一步，尽管仅示出了单个机器，但是术语“机器”也应被认为包括单独地或联合地执行一组(或多组)指令以进行任何一种或多种在本文中讨论的方法的任何机器(例如，计算机)的集合。例如，在实施方式中，将机器配置为执行一组或多组用于将XPS信号测量与XRF信号测量校准的指令。
示例性的计算机系统1100包括处理器1102、主存储器1104(例如，只读存储器(ROM)、闪存、动态随机存取存储器(DRAM)如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等)、静态存储器1106(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)和二级存储器1118(例如，数据存储设备)，其通过总线1130彼此通信。
处理器1102表示一种或多种通用处理设备，如微处理器，中央处理单元等。更具体地，处理器1102可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实施其他指令集的处理器或实施指令集的组合的处理器。处理器1102还可以是一种或多种专用处理设备，如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等。将处理器1102配置为执行用于进行本文中所讨论的操作的处理逻辑1126。
计算机系统1100可以进一步包括网络接口设备1108。计算机系统1100也可以包括视频显示单元1110(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入设备1112(例如，键盘)、光标控制设备1114(例如，鼠标)和信号生成设备1116(例如，扬声器)。
二级存储器1118可以包括机器可访问存储介质(或更具体地，计算机可读存储介质)1131，在其上存储体现一种或多种在本文描述的方法或功能的一组或多组指令(例如，软件1122)。在它们由计算机系统1100、主存储器1104和也构成机器可读存储介质的处理器1102执行期间，软件1122也可以完全地或至少部分地驻留在主存储器1104内和/或在处理器1102内。软件1122可以进一步通过网络接口设备1108进一步在网络1120上传输或接收。
虽然在示例性的实施方式中机器可访问存储介质1131示出为单个介质，但是术语“机器可读存储介质”应被认为包括存储一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分散式数据库和/或相关联的缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”还应被认为包括能够存储或编码用于由机器执行的一组指令以及使机器进行本发明的任何一种或多种方法的任何介质。因此，术语“机器可读存储介质”应被理解为包括但不限于，固态存储器和光学及磁介质。
因此，已经公开了使用结合的XPS和XRF技术测量锗化硅厚度和组成的系统和途径。
Claims (18)
1.一种用于表征锗化硅膜的方法，所述方法包括：
产生X射线束；
将样品定位于所述X射线束的路径中；
收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号；
收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；
由XRF信号和XPS信号测定所述锗化硅膜的厚度；以及
由XRF信号和XPS信号测定所述锗化硅膜的组成；
其中，测定所述锗化硅膜的组成包括将所述XRF信号和所述XPS信号与相对于纯锗膜衡量XPS Ge信号和XRF Ge信号的预测强度的膜叠层模型相比较，将所述锗化硅膜的剩余部分限制至Si；
其中，收集所述XPS信号和收集所述XRF信号包括在所述样品的50μm2计量区内收集；
并且其中，所述样品是高产量生产中的产物晶圆；
其中：测定所述锗化硅膜的厚度包括测定半导体设备的锗化硅沟道层的厚度，测定所述厚度和所述组成是使用膜叠层模型进行的，所述膜叠层模型包括第一沟道和第二沟道，其中，所述第一沟道代表所述锗在所述膜中的分数，并且所述第二沟道代表所述硅在所述膜中的分数；
由XPS测量的强度由IGe和ISi表示，并且测量的XRF强度由IGeLα表示：
其中：f代表沟道锗化硅膜中沟道锗的分数，1-f表示沟道锗化硅膜中沟道硅的分数，K是相应的材料常数，A是穿过锗化硅膜的相应的衰减项，其取决于厚度t和等效衰减长度λ。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，收集所述XPS信号和收集所述XRF信号同时进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，测定所述锗化硅膜的厚度包括测定半导体设备的锗化硅源区或漏区的厚度。
4.一种用于表征锗化硅膜的方法，所述方法包括：
产生X射线束；
将样品定位于所述X射线束的路径中；
收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号；
收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及
由所述XRF信号和所述XPS信号测定所述锗化硅膜的组成；
其中，测定所述锗化硅膜的组成包括将XRF信号和XPS信号与相对于纯锗膜衡量XPS Ge信号和XRF Ge信号的预测强度的膜叠层模型相比较，将所述锗化硅膜的剩余部分限制至Si；
其中，收集所述XPS信号和收集所述XRF信号包括在所述样品的50μm2计量区内收集；
并且其中，所述样品是高产量生产中的产物晶圆；
其中，测定所述组成是使用膜叠层模型进行的，所述膜叠层模型包括第一沟道和第二沟道，其中，所述第一沟道代表所述锗在所述膜中的分数，并且所述第二沟道代表所述硅在所述膜中的分数；由XPS测量的强度IGe和ISi和测量的XRF强度IGeLα分别为：
其中：f代表沟道锗化硅膜中沟道锗的分数，1-f表示沟道锗化硅膜中沟道硅的分数，K是相应的材料常数，A是穿过锗化硅膜的相应的衰减项，其取决于厚度t和等效衰减长度λ。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，收集XPS信号和收集XRF信号同时进行。
6.一种用于表征包括膜的叠层的样品的方法，其中，所述膜是锗化硅膜，所述方法包括：
通过用聚焦的电子束轰击阳极表面产生X射线束；
通过聚焦单色光镜使X射线束聚焦并变窄；
将样品定位于所述聚焦的X射线束的路径中；
收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号和通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及
使用所收集的XRF信号和所收集的XPS信号测定所述膜的厚度和组成；
其中，所述定位覆盖多个测量位点，
其中，基础压力保持于小于1.0E-7托，
并且其中，所述样品是高产量生产中的产物晶圆；
其中，测定所述厚度和所述组成是使用膜叠层模型进行的，所述膜叠层模型包括第一沟道和第二沟道，其中，所述第一沟道代表所述锗在所述膜中的分数，并且所述第二沟道代表所述硅在所述膜中的分数，并且将所述膜的剩余部分限制为所述硅：
由XPS测量的强度IGe和ISi和测量的XRF强度IGeLα分别为：
其中：f代表沟道锗化硅膜中沟道锗的分数，1-f表示沟道锗化硅膜中沟道硅的分数，K是相应的材料常数，A是穿过锗化硅膜的相应的衰减项，其取决于厚度t和等效衰减长度λ。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述膜叠层模型衡量XRF信号和XPS信号相对于所述锗的纯膜的强度。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述样品是图案化的样品。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述膜沉积在硅基板上。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，测定所述厚度和所述组成包括将所收集的XRF信号和所收集的XPS信号与所述膜叠层模型相比。
11.一种包括指令的非暂时性机器可读介质，当执行时，所述指令使得数据处理系统执行用于表征包括膜的叠层的样品的方法，所述膜是锗化硅膜，所述方法包括：
产生X射线束；
将样品定位于所述X射线束的路径中；
收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号和通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及
使用所收集的XRF信号和所收集的XPS信号测定所述膜的厚度和组成；
其中，所述定位覆盖多个测量位点，
其中，基础压力保持于小于1.0E-7托，
并且其中，所述样品是高产量生产中的产物晶圆；
其中，测定所述厚度和所述组成是使用膜叠层模型进行的，所述膜叠层模型包括第一沟道和第二沟道，其中，所述第一沟道代表所述锗在所述膜中的分数，并且所述第二沟道代表所述硅在所述膜中的分数；
由XPS测量的强度IGe和ISi和测量的XRF强度IGeLα分别为：
其中：f代表沟道锗化硅膜中沟道锗的分数，1-f表示沟道锗化硅膜中沟道硅的分数，K是相应的材料常数，A是穿过锗化硅膜的相应的衰减项，其取决于厚度t和等效衰减长度λ。
12.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述膜叠层模型衡量XRF信号和XPS信号相对于所述锗的纯膜的强度，并且将所述膜的剩余部分限制为所述硅。
13.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读介质，其中，测定所述厚度和所述组成包括将所收集的XRF信号和所收集的XPS信号与所述膜叠层模型相比。
14.一种用于表征包括膜的叠层的样品的系统，所述膜是锗化硅膜，所述系统包括：
X射线源，其用于通过用聚焦的电子束轰击阳极表面产生X射线束；
聚焦单色光镜，其用于使X射线束聚焦并变窄；
样品架，其用于将样品定位于所述X射线束的路径中，被配置以覆盖多个测量位点；
磁透镜，位于所述样品架之下；
第一探测器和第二探测器，所述第一探测器用于收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号；所述第二探测器用于收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及
连接至所述第二探测器的处理器，其中，所述处理器经配置以使用所收集的XRF信号和所收集的XPS信号以及膜叠层模型测定所述膜的厚度和组成；
其中，所述系统中的基础压力保持于小于1.0E-7托，
并且其中，所述样品是高产量生产中的产物晶圆；
其中，测定所述厚度和所述组成是使用膜叠层模型进行的，所述膜叠层模型包括第一沟道和第二沟道，其中，所述第一沟道代表所述锗在所述膜中的分数，并且所述第二沟道代表所述硅在所述膜中的分数；
由XPS测量的强度IGe和ISi和测量的XRF强度IGeLα分别为：
其中：f代表沟道锗化硅膜中沟道锗的分数，1-f表示沟道锗化硅膜中沟道硅的分数，K是相应的材料常数，A是穿过锗化硅膜的相应的衰减项，其取决于厚度t和等效衰减长度λ。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一探测器和所述第二探测器经配置以分别同时收集所述XPS信号和所述XRF信号。
16.根据权利要求14所述的系统，还包括单色光镜后通量探测器，所述单色光镜后通量探测器用于相对于进入的x射线通量将XPS信号和XRF信号归一化，用于稳定的测量。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述膜叠层模型衡量XRF信号和XPS信号相对于所述锗的纯膜的强度，并且将所述膜的剩余部分限制为所述硅。
18.根据权利要求14所述的系统，其中，测定所述厚度和所述组成中的至少一个包括将所收集的XRF信号和所收集的XPS信号与所述膜叠层模型相比。
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