CN115588624A - 膜层厚度的量测方法 - Google Patents

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江琦
张宇
王少威
苏育生
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    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

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Abstract

一种膜层厚度的量测方法，包括：提供基底；在所述基底上形成参照层；在所述参照层上形成待量测层，所述待量测层与所述参照层的材料不同，所述待量测层具有相对的第一面和第二面，第二面与参照层接触；采用干蚀刻机台对所述待量测层进行蚀刻处理，并获取所述干蚀刻机台对待量测层的蚀刻时间；获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率；根据所述蚀刻时间和所述蚀刻速率，获取所述待量测层的膜层厚度。通过获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率和蚀刻时间，即可获取所述待量测层的膜层厚度，对所述待量测层的膜层厚度没有限制，因此能够有效增大膜层量测的适用范围。另外不需要专门的膜层厚度量测机台，进而能够有效降低膜层量测的成本。

Description

膜层厚度的量测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种膜层厚度的量测方法。
背景技术
集成电路制造技术是一个复杂的工艺，技术更新很快。表征集成电路制造技术的一个关键参数为最小特征尺寸，即关键尺寸(critical dimension，CD)，正是由于关键尺寸的减小才使得每个芯片上设置百万个器件成为可能。
随着半导体器件尺寸的不断缩小，给器件尺寸的表征和测量带来了挑战，目前半导体器件中芯片上的膜层的厚度通常通过测量机台来完成。
然而，现有技术中对于膜层厚度的量测仍存在诸多问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种膜层厚度的量测方法，以增大膜层量测的适用范围及降低量测成本。
为解决上述问题，本发明提供一种膜层厚度的量测方法，包括：提供参照层；在所述参照层上形成待量测层，所述待量测层的材料与所述参照层的材料不同，所述待量测层具有相对的第一面和第二面，所述第二面与所述参照层接触；采用干蚀刻机台自所述第一面向所述第二面对所述待量测层进行蚀刻处理，并获取所述干蚀刻机台由所述第一面至所述第二面的蚀刻时间；获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率；根据所述蚀刻时间和所述蚀刻速率，获取所述待量测层的膜层厚度。
可选的，获取所述干蚀刻机台由所述第一面至所述第二面的蚀刻时间的方法包括：获取所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的第一光谱信号强度；获取所述干蚀刻机台对所述参照层蚀刻时的第二光谱信号强度；获取所述干蚀刻机台由所述第一光谱信号强度变为第二光谱信号强度的时间节点，将所述时间节点作为所述蚀刻时间。
可选的，所述第一光谱信号强度与所述第二光谱信号强度的差值的绝对值位于可识别阈值范围内。
可选的，所述可识别阈值不少于100Counts。
可选的，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的第一光谱信号强度的方法包括：设置所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的信号抓取延迟时间；在所述延迟时间之后，所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的光谱信号强度作为所述第一光谱信号强度。
可选的，所述延迟时间不少于5秒。
可选的，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率的方法包括：提供牺牲量测层，所述牺牲量测层的材料与所述待量测层的材料相同，且所述牺牲量测层的膜层厚度大于所述待量测层的膜层厚度；采用所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层进行蚀刻处理，获取所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层的蚀刻速率，并将所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层的蚀刻速率作为所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率。
可选的，根据所述蚀刻时间和所述蚀刻速率，获取所述待量测层的膜层厚度的方法包括：将所述蚀刻速率与所述蚀刻时间进行乘积，并将乘积后的值作为所述待量测层的膜层厚度。
可选的，所述待量测层的材料包括金属材料或绝缘材料；所述金属材料包括：铂、钛或铝；所述绝缘材料包括：氮化硅或聚胱亚胺。
可选的，所述干蚀刻机台包括：ICP干蚀刻机台。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
在本发明技术方案的膜层厚度的量测方法中，通过获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率和蚀刻时间，即可获取所述待量测层的膜层厚度，对所述待量测层的膜层厚度没有限制，因此能够有效增大膜层量测的适用范围。另外不需要专门的膜层厚度量测机台，进而能够有效降低膜层量测的成本。
进一步，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的第一光谱信号强度的方法包括：设置所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的信号抓取延迟时间；在所述延迟时间之后，所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的光谱信号强度作为所述第一光谱信号强度。由于所述干蚀刻机台在初始对所述待量测层进行蚀刻的过程中存在光谱信号强度的不稳定问题，为了防止因初始蚀刻光谱信号强度不稳定而对所述蚀刻时间的确定造成的干扰，通过对所述干蚀刻机台设置延迟时间，待对所述待量测层的蚀刻时的光谱信号强度稳定之后开始抓取光谱信号强度，能够有效提升所述蚀刻时间的准确性，进而提升对所述待量测层膜层厚度的量测准确性。
进一步，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率的方法包括：提供牺牲量测层，所述牺牲量测层的材料与所述待量测层的材料相同，且所述牺牲量测层的膜层厚度大于所述待量测层的膜层厚度；采用所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层进行蚀刻处理，获取所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层的蚀刻速率，并将所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层的蚀刻速率作为所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率。当所述待量测层的膜层厚度较小时，所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻时间较短，无法准确的获取所述待量测层的蚀刻速率确，因此通过采用对膜层厚度更大、且与所述待量测层材料相同的所述牺牲量测层进行蚀刻，以获取所述干蚀刻机台对所述待量测层更为精确的蚀刻速率，进而提升对所述待量测层膜层厚度的量测准确性。
附图说明
图1至图4是本发明实施例膜层厚度的量测方法的各步骤结构示意图；
图5是本发明实施例膜层厚度的量测方法中干蚀刻机台抓取的光谱信号强度和时间的关系示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中对于膜层厚度的量测仍存在诸多问题。以下将进行具体说明。
目前，ONTO设备的MetaPULSE系列是金属薄膜厚度量测时行业标准。MetaPULSE G系统可在所有金属薄膜上提供良好的性能。是一种非接触式，非破坏性技术，可测量产品晶圆上多层金属薄膜叠层中每一层的厚度，而不会受到底层或层级的干扰。然而，ONTO设备的MetaPULSE系列的可测量范围为
Figure BDA0003902876360000041
至12um，容易造成厚度量测的遗漏。
TEM投射电子显微镜的分辨率可达0.2nm，但是量测成本较高。
在此基础上，本发明提供一种膜层厚度的量测方法，通过获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率和蚀刻时间，即可获取所述待量测层的膜层厚度。对所述待量测层的膜层厚度没有限制，因此能够有效增大膜层量测的适用范围。另外不需要专门的膜层厚度量测机台，进而能够有效降低膜层量测的成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。
图1至图4是本发明实施例膜层厚度的量测方法的各步骤结构示意图；图5是本发明实施例膜层厚度的量测方法中干蚀刻机台抓取的光谱信号强度和时间的关系示意图。
请参考图1，提供参照层100。
所述参照层100的材料包括：硅、碳化硅、硅锗、III-V族元素构成的多元半导体材料、绝缘体上硅(SOI)或者绝缘体上锗(GOI)。其中，III-V族元素构成的多元半导体材料包括InP、GaAs、GaP、InAs、InSb、InGaAs或者InGaAsP。
在本实施例中，所述参照层100的材料采用硅。
请参考图2，在所述参照层100上形成待量测层101，所述待量测层101的材料与所述参照层100的材料不同，所述待量测层101具有相对的第一面101a和第二面101b，所述第二面101b与所述参照层100接触。
所述待量测层的材料包括金属材料或绝缘材料；所述金属材料包括：铂、钛或铝；所述绝缘材料包括：氮化硅或聚胱亚胺。
在本实施例中，所述待量测层101的材料采用铂。
请参考图3，采用干蚀刻机台(未图示)自所述第一面101a向所述第二面101b对所述待量测层100进行蚀刻处理，并获取所述干蚀刻机台由所述第一面101a至所述第二面101b的蚀刻时间t1。
在本实施例中，所述干蚀刻机台采用ICP干蚀刻机台。
请参考图5，在本实施例中，获取所述干蚀刻机台由所述第一面101a至所述第二面101b的蚀刻时间t1的方法包括：获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101蚀刻时的第一光谱信号强度S1；获取所述干蚀刻机台对所述参照层100蚀刻时的第二光谱信号强度S2；获取所述干蚀刻机台由所述第一光谱信号强度S1变为第二光谱信号强度S2的时间节点，将所述时间节点作为所述蚀刻时间t1。
在本实施例中，所述第一光谱信号强度S1与所述第二光谱信号强度S2的差值位于可识别阈值范围内。
在本实施例中，所述可识别阈值不少于100Counts。
需要说明的是，在本实施例中，通过抓取所述干蚀刻机台由所述第一光谱信号强度S1变为第二光谱信号强度S2，以此判断所述干蚀刻机台将所述待量测层101蚀刻贯穿，即为所述ICP干蚀刻机台中蚀刻终点监测功能(Endpoint)。
请继续参考图5，在本实施例中，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101的第一光谱信号强度S1的方法包括：设置所述干蚀刻机台对所述待量测层101蚀刻时的信号抓取延迟时间t2；在所述延迟时间t2之后，所述干蚀刻机台对所述待量测层101蚀刻时的光谱信号强度作为所述第一光谱信号强度S1。
在本实施例中，由于所述干蚀刻机台在初始对所述待量测层101进行蚀刻的过程中存在光谱信号强度的不稳定问题，为了防止因初始蚀刻光谱信号强度不稳定而对所述蚀刻时间t1的确定造成的干扰，通过对所述干蚀刻机台设置延迟时间t2，待对所述待量测层101的蚀刻时的光谱信号强度稳定之后开始抓取光谱信号强度，能够有效提升所述蚀刻时间t1的准确性，进而提升对所述待量测层101膜层厚度的量测准确性。
在本实施例中，所述延迟时间t2不少于5秒。
请参考图4，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101的蚀刻速率。
在本实施例中，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101的蚀刻速率的方法包括：提供牺牲量测层102，所述牺牲量测层102的材料与所述待量测层101的材料相同，且所述牺牲量测层102的膜层厚度大于所述待量测层101的膜层厚度；采用所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层102进行蚀刻处理，获取所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层102的蚀刻速率，并将所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层102的蚀刻速率作为所述干蚀刻机台对所述待量测层101的蚀刻速率。
由于当所述待量测层101的膜层厚度较小时，所述干蚀刻机台对所述待量测层101的蚀刻时间较短，无法准确的获取所述待量测层101的蚀刻速率确，因此通过采用对膜层厚度更大、且与所述待量测层101材料相同的所述牺牲量测层102进行蚀刻，以获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101更为精确的蚀刻速率，进而提升对所述待量测层101膜层厚度的量测准确性。
在其他实施例中，当所述待量测层1的厚度较大时，可以通过所述干蚀刻机台直接在蚀刻所述待量测层的过程中，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率，无需额外提供所述牺牲量测层，并通过所述牺牲量测层获取所述蚀刻速率。
在本实施例中，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101的蚀刻速率在获取所述蚀刻时间t1之前进行。
在其他实施例中，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率还可以在获取所述蚀刻时间之后进行。
请继续参考图3至图5，根据所述蚀刻时间t1和所述蚀刻速率，获取所述待量测层101的膜层厚度。
在本实施例中，根据所述蚀刻时间t1和所述蚀刻速率，获取所述待量测层101的膜层厚度的方法包括：将所述蚀刻速率与所述蚀刻时间t1进行乘积，并将乘积后的值作为所述待量测层101的膜层厚度。
如在一个具体实施例中，所述干蚀刻机台对铂材料的所述待量测层101的蚀刻速率为
Figure BDA0003902876360000061
蚀刻时间为6s，由此可以推断出所述待量测层101的厚度为：
Figure BDA0003902876360000062
在本实施例中，通过获取所述干蚀刻机台对所述待量测层101的蚀刻速率和蚀刻时间t1，即可获取所述待量测层101的膜层厚度，对所述待量测层101的膜层厚度没有限制，因此能够有效增大膜层量测的适用范围。另外不需要专门的膜层厚度量测机台，进而能够有效降低膜层量测的成本。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种膜层厚度的量测方法，其特征在于，包括：
提供参照层；
在所述参照层上形成待量测层，所述待量测层的材料与所述参照层的材料不同，所述待量测层具有相对的第一面和第二面，所述第二面与所述参照层接触；
采用干蚀刻机台自所述第一面向所述第二面对所述待量测层进行蚀刻处理，并获取所述干蚀刻机台由所述第一面至所述第二面的蚀刻时间；
获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率；
根据所述蚀刻时间和所述蚀刻速率，获取所述待量测层的膜层厚度。
2.如权利要求1所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，获取所述干蚀刻机台由所述第一面至所述第二面的蚀刻时间的方法包括：获取所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的第一光谱信号强度；获取所述干蚀刻机台对所述参照层蚀刻时的第二光谱信号强度；获取所述干蚀刻机台由所述第一光谱信号强度变为第二光谱信号强度的时间节点，将所述时间节点作为所述蚀刻时间。
3.如权利要求2所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，所述第一光谱信号强度与所述第二光谱信号强度的差值的绝对值位于可识别阈值范围内。
4.如权利要求3所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，所述可识别阈值不少于100Counts。
5.如权利要求2所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的第一光谱信号强度的方法包括：设置所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的信号抓取延迟时间；在所述延迟时间之后，所述干蚀刻机台对所述待量测层蚀刻时的光谱信号强度作为所述第一光谱信号强度。
6.如权利要求5所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，所述延迟时间不少于5秒。
7.如权利要求1所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，获取所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率的方法包括：提供牺牲量测层，所述牺牲量测层的材料与所述待量测层的材料相同，且所述牺牲量测层的膜层厚度大于所述待量测层的膜层厚度；采用所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层进行蚀刻处理，获取所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层的蚀刻速率，并将所述干蚀刻机台对所述牺牲量测层的蚀刻速率作为所述干蚀刻机台对所述待量测层的蚀刻速率。
8.如权利要求1所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，根据所述蚀刻时间和所述蚀刻速率，获取所述待量测层的膜层厚度的方法包括：将所述蚀刻速率与所述蚀刻时间进行乘积，并将乘积后的值作为所述待量测层的膜层厚度。
9.如权利要求1所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，所述待量测层的材料包括金属材料或绝缘材料；所述金属材料包括：铂、钛或铝；所述绝缘材料包括：氮化硅或聚胱亚胺。
10.如权利要求1所述的膜层厚度的量测方法，其特征在于，所述干蚀刻机台包括：ICP干蚀刻机台。
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