DE102004034448A1

DE102004034448A1 - Measurement of layer thickness of a coating on a substrate useful in semiconductor production involves preparing composition of first material containing two substrates and depositing layers of second and third materials on first substrate

Info

Publication number: DE102004034448A1
Application number: DE200410034448
Authority: DE
Inventors: Jörg Wiedemann; Peter Weidner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-17
Also published as: DE102004034448B4

Abstract

Measurement of layer thickness of a coating on a substrate by:(a) preparation of a composition (50) of substrates (10,20,30,40) comprising a first material (1), where the composition contains a first (10) and second substrate (20), (b) removal of first substrate from the composition, (c) deposition of a first layer (11) from second different material (2) on first substrate (10), (d) deposition of second layer (12) of third material (3) different from (2) on layer (11), : An independent claim is included for a composition (100) of semiconductor products including materials (1), (2) and (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Schichtdicke einer Schicht auf einem Substrat. In der Halbleiterfertigung werden Halbleitersubstrate verwendet, auf denen epitaktische Schichten ausgebildet werden, um auf ihnen integrierte Halbleiterschaltungen auszubilden. Die epitaktischen Schichten werden in der Regel aus demselben Material gebildet, aus dem auch die Halbleitersubstrate bestehen. Diese Materialien können beispielsweise Silizium oder III-V-Halbleiter sein. Die epitaktischen Schichten besitzen einen besonders hohen Reinheitsgrad und eine besonders niedrige Defektdichte. Dabei muss die vorgesehene Schichtdicke der epitaktisch gewachsenen Schichten genau eingehalten werden. Beispielsweise bei MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistor), deren Source/Drain-Gebiete und Kanalgebiete innerhalb der epitaktisch gewachsenen Schicht anzuordnen sind, muss die Schichtdicke einer epitaktisch gewachsenen Schicht größer sein als die Tiefe der Source/Drain-Dotierungen und der Kanaldotierung.The The invention relates to a method for measuring a layer thickness of a Layer on a substrate. Semiconductor manufacturing becomes semiconductor substrates used on which epitaxial layers are formed, to form semiconductor integrated circuits on them. The epitaxial layers are usually made of the same material formed, from which also consist of the semiconductor substrates. These materials can For example, be silicon or III-V semiconductor. The epitaxial layers have a particularly high degree of purity and a particular low defect density. The intended layer thickness of the epitaxially grown layers are strictly adhered to. For example in the case of MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistor), their source / drain regions and channel regions within the epitaxial grown layer, the layer thickness of a epitaxially grown layer be greater than the depth of the Source / drain doping and the channel doping.

Zur Schichtdickenbestimmung werden bislang verschiedene Messverfahren eingesetzt, die nur an epitaktischen Schichten einer bestimmten Mindestschichtdicke oder auf strukturierten Substraten an selektiv abgeschiedenen epitaktischen Schichten durchführbar sind.to Layer thickness determination are so far different measurement methods used only on epitaxial layers of a particular Minimum layer thickness or selectively on structured substrates deposited epitaxial layers are feasible.

Für epitaktische Schichten, die nicht selektiv abgeschieden werden, muss das Substrat vor der Abscheidung der epitaktischen Schicht mit einem Dotierstoff (z. B. Arsen) dotiert werden, welcher an der Substratoberfläche eine Konzentration von mindestens 10¹⁸ Dotierstoffatomen pro cm³ besitzt. Diese hohe Konzentration ist erforderlich, um die optischen Eigenschaften des Substrats ausreichend stark gegenüber denjenigen der abzuscheidenden Schicht aus undotiertem epitaktischen Material zu verändern. An der Grenzfläche zwischen Substrat und epitaktischer Schicht entsteht durch die Dotierung beispielsweise eine Veränderung im optischen Brechungsindex. Mithilfe einer ellipsometrischen Messung im Infrarotbereich, bei der ein Infrarotstrahl teilweise an der Außenfläche der epitaktischen Schicht und teilweise an der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Schicht und dem Substrat reflektiert wird, kann aus dem Interferenzmuster der reflektierten Teilstrahlen die Schichtdicke der epitaktischen Schicht bestimmt werden.For epitaxial layers that are not selectively deposited, the substrate must be doped with a dopant (eg, arsenic) prior to deposition of the epitaxial layer, which has a concentration of at least 10 ¹⁸ dopant atoms per cm ³ at the substrate surface. This high concentration is required to change the optical properties of the substrate sufficiently strongly over those of the layer of undoped epitaxial material to be deposited. At the interface between the substrate and the epitaxial layer, for example, the doping causes a change in the optical refractive index. By means of an ellipsometric measurement in the infrared region, in which an infrared beam is reflected partly on the outer surface of the epitaxial layer and partly at the interface between the epitaxial layer and the substrate, the layer thickness of the epitaxial layer can be determined from the interference pattern of the reflected partial beams.

Dieses Verfahren ist aufwendig und erfordert aufwendige Justierschritte. Das mit Strahlung im Infrarotbereich durchgeführte Messverfahren ist zudem nur für Schichtdicken epitaktischer Schichten oberhalb von 60 nm zuverlässig durchführbar, weil bei kleineren Schichtdicken das durch die Dotierung veränderte Abscheideverhalten, insbesondere die veränderte Wachstumsrate das Messergebnis verfälscht. Bei gleichen Abscheidungsbedingungen entsteht somit auf einem dotierten Substrat eine epitaktische Schicht einer anderen Schichtdicke als auf einem nur schwach dotierten oder undotierten Substrat.This Process is complicated and requires complex adjustment steps. In addition, the measuring method carried out with radiation in the infrared range is only for layer thicknesses epitaxial layers above 60 nm reliably feasible, because for smaller layer thicknesses, the deposition behavior changed by the doping, especially the changed ones Growth rate falsified the measurement result. With the same deposition conditions Thus, an epitaxial layer is formed on a doped substrate a different layer thickness than on a weakly doped or undoped substrate.

Bei epitaktischen Schichten aus Materialien, die durch einen selektiven Wachstumsprozess abscheidbar sind, können vor der epitaktischen Abscheidung strukturierte Oxid- oder Nitridschichten auf dem Material ausgebildet werden. Durch einen AFM-Profiler (atomic force measurement) werden die Stufenhöhen von Strukturelementen der strukturierten Oxid- oder Nit ridschicht vor dem epitaktischen Abscheiden gemessen. Anschließend wird ein Material epitaktisch auf das Substrat abgeschieden, und zwar selektiv zu dem Oxid oder Nitrid, so dass die Zwischenräume zwischen den Strukturen der Oxid- oder Nitridschicht bis zu einer gewissen Höhe aufgefüllt werden. Durch eine nachfolgende zweite Messung der Stufenhöhen lässt sich die Schichtdicke der epitaktisch gewachsenen Schicht in den Zwischenräumen bestimmen. Dieses Verfahren ist jedoch besonders zeitaufwendig, da eine Oxid- oder Nitridschicht lithografisch strukturiert werden muss. Außerdem sind zwei verschiedene Messungen der Stufenhöhen erforderlich.at epitaxial layers of materials through a selective Growth process can be deposited before the epitaxial Deposition of structured oxide or nitride layers on the material be formed. Through an AFM profiler (atomic force measurement) become the step heights of structural elements of the patterned oxide or nitride layer measured before epitaxial deposition. Subsequently, will a material epitaxially deposited on the substrate, namely selective to the oxide or nitride, leaving the spaces between the structures of the oxide or nitride layer up to a certain Height to be filled up. By a subsequent second measurement of the step heights can be determine the layer thickness of the epitaxially grown layer in the interstices. However, this process is particularly time-consuming, since an oxide or nitride layer must be lithographically structured. Besides, they are two different measurements of step heights required.

Bei einem anderen Verfahren ("scatterometry") ist nur eine einzige Messung nach dem selektiven epitaktischen Abscheiden erforderlich. Hier wird das gestreute Licht (vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 150 bis 900 nm) untersucht und die Struktur modelliert. Jedoch wird auch hier zunächst eine Schicht auf einem Oxid oder Nitrid aufgebracht und strukturiert, wofür wiederum ein Lithografieschritt erforderlich ist.at another method ("scatterometry") is only one Measurement required after selective epitaxial deposition. Here is the scattered light (preferably in the wavelength range from 150 to 900 nm) and the structure is modeled. however is also here first a Coated and patterned on an oxide or nitride, for what in turn a lithography step is required.

Somit ist kein einfaches und kostengünstiges Verfahren bekannt, um die Schichtdicke einer auf ein Substrat aufgewachsenen Schicht zu messen.Consequently is not an easy and inexpensive process known to increase the layer thickness of a grown on a substrate To measure layer.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Schichtdicke einer auf ein Substrat aufgewachsenen epitaktischen Schicht mit einem geringeren Zeit- und Kostenaufwand messbar ist. Das Messverfahren soll auch an Schichten aus solchen Materialien durchführbar sein, die nicht selektiv abgeschieden werden. Das Verfahren soll insbesondere an Schichten aus solchen Materialien durchführbar sein, die sich von dem Material des Substrats nicht oder nur geringfügig unterscheiden. Schließlich soll das bereitzustellende Messverfahren für eine Schichtdickenbestimmung unabhängig von der Schichtdicke der zu vermessenden Schicht, d.h. auch bei besonders kleinen Schichtdicken, zuverlässig durchführbar ist.It the object of the present invention is to provide a method with the layer thickness of a grown on a substrate epitaxial Layer is measurable with less time and expense. The measuring method should also be applied to layers of such materials feasible which are not selectively deposited. The procedure should in particular be feasible on layers of such materials, which are not or only slightly different from the material of the substrate. After all should be provided measuring method for a layer thickness determination independently of the layer thickness of the layer to be measured, i. also at especially small layer thicknesses, reliable feasible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht auf einem Substrat gelöst, wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist:

a) Bereitstellen eines Satzes von Substraten, die aus einem ersten Material bestehen, wobei der Satz von Substraten zumindest ein erstes und ein zweites Substrat aufweist,
b) Entnehmen des ersten Substrats aus dem Satz von Substraten,
c) Abscheiden einer Schicht aus einem zweiten Material, das von dem ersten Material verschieden ist oder anders als das erste Material zusammengesetzt ist, auf das erste Substrat,
d) Abscheiden einer Schicht aus einem dritten Material, das von dem zweiten Material verschieden ist oder anders als das zweite Material zusammengesetzt ist, auf die auf dem ersten Substrat abgeschiedene Schicht aus dem zweiten Material,
e) Messen der Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht aus dem dritten Material,
f) Überprüfen, ob die gemessene Schichtdicke der Schicht aus dem dritten Material innerhalb eines vorgegebenen Sollwertbereichs für die Schichtdicke liegt, und
g) Abscheiden einer Schicht aus dem dritten Material auf das zweite Substrat mit einer Schichtdicke, die innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs für die Schichtdicke liegt.

This object is achieved according to the invention by a method for producing a layer on a substrate, the method comprising the following sequence of steps:

a) providing a set of substrates consisting of a first material, the set of substrates having at least a first and a second substrate,
b) removing the first substrate from the set of substrates,
c) depositing on the first substrate a layer of a second material different from or different from the first material;
d) depositing a layer of a third material, which is different from the second material or is composed differently than the second material, onto the layer of the second material deposited on the first substrate,
e) measuring the layer thickness of the deposited layer of the third material,
f) checking that the measured layer thickness of the layer of the third material is within a predetermined target value range for the layer thickness, and
g) depositing a layer of the third material on the second substrate with a layer thickness that is within the predetermined target value range for the layer thickness.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Satz von identischen Substraten bereitgestellt, der zumindest ein erstes und ein zweites Substrat aufweist. Dann wird ein erstes Substrat aus dem Satz von Substraten entnommen, das für eine Schichtdickenmessung verwendet werden soll. Auf dem ersten Substrat wird eine Schicht aus einem zweiten Material abgeschieden, das sich von dem Substratmaterial hinreichend unterscheidet. Infolge der unterschiedlichen Zusammensetzung dieser Schicht gegenüber dem ersten Substrat sind auch die physikalischen Eigenschaften der Schicht gegenüber dem Substrats verändert. Beispielsweise besitzt die Schicht aus dem zweiten Material eine andere Elektronendichte oder einen anderen optischen Brechungsindex als das erste Substrat. Auf die Schicht aus dem zweiten Material, die auf dem ersten Substrat angeordnet ist, wird dann ein drittes Material abgeschieden. Das dritte Material wird dabei mit einer Schichtdicke abgeschieden, deren Wert zunächst nicht oder nicht genau genug bekannt ist. Somit kann die Schichtdicke des dritten Materials auf dem ersten Substrat innerhalb oder auch außerhalb eines vorgegebenen Sollwertbereichs liegen. Die Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht aus dem dritten Material wird dann gemessen. Dann wird überprüft, ob die gemessene Schichtdicke der Schicht aus dem dritten Material innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs für die Schichtdicke liegt. Schliesslich wird eine Schicht aus dem dritten Material auf das zweite Substrat mit einer Schichtdicke abgeschieden, die innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs für die Schichtdicke liegt. Dabei kann das Messergebnis der Schichtdickenmessung aus Schritt e) verwendet werden, um, falls erforderlich, den Abscheidungsprozess für die Abscheidung des dritten Materials auf dem zweiten Substrat und den weiteren Substraten zu optimieren, um eine Schichtdicke innerhalb des Sollwertbereichs zu erhalten, die eine Weiterverarbeitung dieser Substrate zu integrierten Halbleiterchips ermöglicht. Dazu kann die Schichtdicke des auf dem zweiten Substrat und den weiteren Substraten abzuscheidenden dritten Materials durch die Ab scheidungsdauer, die Konzentration und Zusammensetzung der beteiligten Prozessgasse und durch weitere Parameter wie beispielsweise Temperatur oder Druck beeinflußt werden.According to the invention a first Set of identical substrates provided, at least one comprises first and a second substrate. Then, a first substrate taken from the set of substrates that for a coating thickness measurement should be used. On the first substrate is a layer deposited from a second material different from the substrate material sufficiently different. Due to the different composition opposite to this layer The first substrate is also the physical properties of Layer opposite changed the substrate. For example, the layer of the second material has a different electron density or a different optical refractive index as the first substrate. On the layer of the second material, which is arranged on the first substrate, then becomes a third Material deposited. The third material is doing with a Layer thickness deposited, their value initially not or not exactly enough is known. Thus, the layer thickness of the third material on the first substrate within or outside of a predetermined Setpoint range. The layer thickness of the deposited layer from the third material is then measured. Then it checks if the measured layer thickness of the layer of the third material within the predetermined setpoint range for the layer thickness is. After all becomes a layer of the third material on the second substrate deposited with a layer thickness that is within the specified Setpoint range for the layer thickness is. In this case, the measurement result of the layer thickness measurement from step e) to, if necessary, the deposition process for the Deposition of the third material on the second substrate and the to optimize other substrates to a layer thickness within to receive the setpoint range, the further processing of this Substrates to integrated semiconductor chips allows. This can be the layer thickness of the deposited on the second substrate and the other substrates third material by the period of separation, the concentration and composition of the involved process alley and by others Parameters such as temperature or pressure can be influenced.

Die Materialzusammensetzung der zu vermessenden Schicht kann mit der Zusammensetzung des Substrats identisch sein. Die zuerst abgeschiedene Schicht aus dem zweiten Material dient als Zwischenschicht oder Kontrastschicht, die mithilfe geeigneter Messverfahren deutlich von dem Material des Substrats und von dem dritten Material unterscheidbar ist.The Material composition of the layer to be measured can with the Composition of the substrate to be identical. The first deposited Layer of the second material serves as an intermediate layer or Contrast layer, which clearly using appropriate measurement techniques distinguishable from the material of the substrate and from the third material is.

Diese Kontrastschicht mit veränderten physikalischen Eigenschaften wird erfindungsgemäß zusätzlich zur Schicht aus dem dritten Material auf das erste Substrat abgeschieden; auf dem zweiten Substrat erfolgt keine Abscheidung einer solchen Schicht aus dem zweiten Material. Stattdessen wird das dritte Material unmittelbar auf das zweite Substrat abgeschieden und ist von dem zweiten Substrat somit nicht durch eine Zwischenschicht von dem Substratmaterial getrennt. Das zweite sowie jedes weitere Substrat des Satzes ist für die Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen bestimmt. Das erste Substrat hingegen dient zur Durchführung der Schichtdickenmessung an derjenigen Schicht aus dem dritten Material, die auf der aus dem zweiten Material gebildeten Zwischenschicht auf dem ersten Substrat abgeschieden wurde.These Contrast layer with altered physical properties according to the invention in addition to the layer of the third material deposited on the first substrate; on the second Substrate takes place no deposition of such a layer of the second material. Instead, the third material becomes instant deposited on the second substrate and is from the second substrate thus not by an intermediate layer of the substrate material separated. The second as well as each further substrate of the sentence is for the Production of integrated semiconductor circuits determined. The first Substrate on the other hand serves to carry out the layer thickness measurement on the layer of the third material, on the off The second material formed on the first substrate intermediate layer was separated.

Erfindungsgemäß wird auf dem zweiten Substrat die zur Fertiung von Halbleiterschaltungen verwendende Schicht abgeschieden, wohingegen auf dem ersten Substrat zunächst eine Zwischenschicht aus einem anderen Material und darauf eine Schicht aus dem dritten Material abgeschieden wird, die nur zur Schichtdickenmessung dient.According to the invention the second substrate for the production of semiconductor circuits layer used, whereas on the first substrate first an intermediate layer of another material and one on top Layer is deposited from the third material, the only for Layer thickness measurement is used.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt d) das dritte Material mit einer zunächst unbekannten Schichtdicke auf das erste Substrat abgeschieden wird. Da das erste Substrat nur zur Schichtdickenmessung dient und nicht weiterverarbeitet wird, braucht die Schichtdicke des dritten Materials auf dem ersten Substrat nicht innerhalb des Sollwertbereichs zu liegen. Das Messergebnis für die Schichtdicke auf dem ersten Substrat dient jedoch zur Kontrolle der Abscheidungsparameter, um anschliessend auf dem zweiten Substrat und auf den weiteren Substraten des Satzes das dritte Material mit der gewünschten Schichtdicke abzuscheiden.It is preferably provided that, in step d), the third material having a first unknown layer thickness is deposited on the first substrate. Since the first substrate is used only for measuring the layer thickness and is not further processed, the layer thickness of the third material needs to not to be within the setpoint range of the first substrate. The measurement result for the layer thickness on the first substrate, however, serves to control the deposition parameters, in order subsequently to deposit on the second substrate and on the further substrates of the set the third material with the desired layer thickness.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass dann, wenn die Überprüfung in Schritt f) ergibt, dass die gemessene Schichtdicke nicht innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs liegt, mindestens ein Parameter für die Abscheidung des dritten Materials so eingestellt wird, dass in Schritt g) die Abscheidung des dritten Materials voraussichtlich mit einer Schichtdicke erfolgt, die innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs liegt. Hierbei wird ausgenutzt, dass durch eine Veränderung eines Parameters für die Abscheidung des dritten Materials die abzuscheidende Schichtdicke gezielt veränderbar ist, so dass eine erneute Schichtdickenmessung auf dem zweiten Substrat nicht erforderlich ist.Preferably it is provided that, if the check in step f) shows, that the measured layer thickness is not within the specified Setpoint range, at least one parameter for the deposition of the third material is adjusted so that in step g) the Deposition of the third material, presumably with a layer thickness takes place, which lies within the specified setpoint range. This exploits that by changing a parameter for the deposition of the third material, the layer thickness to be deposited selectively changed so that a new layer thickness measurement on the second substrate is not required.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt a) jeweils identische Substrate gemeinsam in einem Behälter bereitgestellt werden. Die Substrate des Satzes von Substraten sind zusammengehörige Substrate, die beispielsweise aus einer einzigen Packungseinheit gelieferter Substrate stammen. Während des Herstellungsverfahrens bilden zumindest das zweite Substrat und die weiteren Substrate eine weiterhin zusammengehörende Einheit. Das erste Substrat hingegen kann, nachdem auf ihm die Schichtdicke der Schicht aus dem dritten Material gemessen wurde, verworfen werden.Preferably it is provided that in step a) each identical substrates together in a container to be provided. The substrates of the set of substrates are associated substrates, for example, delivered from a single package unit Substrates come. While of the manufacturing process form at least the second substrate and the further substrates a still related unit. On the other hand, the first substrate can, after the layer thickness on it the layer of the third material was measured, discarded.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nach dem Schritt g) auch auf alle weiteren Substrate des Satzes jeweils eine Schicht aus dem dritten Material mit derselben Schichtdicke wie in Schritt g) abgeschieden wird.Preferably is provided that after step g) on all others Substrates of the set each with a layer of the third material with the same layer thickness as in step g) is deposited.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das zweite Substrat und alle weiteren Substrate des Satzes einzeln nacheinander mithilfe eines jeweils identischen Abscheidungsprozesses mit dem dritten Material beschichtet werden.Further it is preferably provided that the second substrate and all others Substrates of the sentence one after the other using each one identical Deposition process can be coated with the third material.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das dritte Material in jeweils derselben Reaktionskammer nacheinander auf das zweite Substrat und auf alle weiteren Substrate des Satzes abgeschieden wird.Especially is provided that the third material in each case the same reaction chamber in succession on the second substrate and on all other substrates of the set is deposited.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt b) eine Schicht aus einem zweiten Material gebildet wird, die sich in mindestens einer Materialeigenschaft von dem ersten Material und dem dritten Material unterscheidet. Diese Materialeigenschaft kann etwa der optische Brechungsindex oder die Elektronendichte sein. Das in Schritt e) verwendete Messverfahren kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Materialeigenschaft gewählt werden.Preferably it is provided that in step b) a layer of a second Material is formed, resulting in at least one material property different from the first material and the third material. This material property can be about the optical refractive index or the electron density. The measuring method used in step e) can depend on be chosen by the respective material property.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zweite und das dritte Material so gewählt werden, dass der Betrag der Differenz zwischen dem optischen Brechungsindex des dritten Materials und dem optischen Brechungsindex des ersten Materials kleiner ist als der Betrag der Differenz zwischen dem optischen Brechungsindex des zweiten Materials und dem optischen Bre chungsindex des ersten Materials. Somit besitzt das dritte Material den gleichen oder einen ähnlichen optischen Brechungsindex wie das Substratmaterial, wohingegen das zweite Material, aus dem die Zwischenschicht auf dem ersten Substrat gebildet ist, einen deutlich abweichenden optischen Brechungsindex besitzt.Preferably it is provided that the second and the third material are chosen so that the amount of difference between the optical refractive index of the third material and the optical refractive index of the first material is less than the amount of difference between the optical Refractive index of the second material and the optical index of refraction of the first material. Thus, the third material has the same or a similar one optical refractive index as the substrate material, whereas the second material from which the intermediate layer on the first substrate is formed, a significantly different optical refractive index has.

Dementsprechend ist vorzugsweise vorgesehen, dass in Schritt d) an dem ersten Substrat eine ellipsometrische Schichtdickenmessung durchgeführt wird. Dabei wird polarisiertes Licht, vorzugsweise mit einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich im optisch sichtbaren Teil des Spektrums, unter einem großen Einfallswinkel auf das mit dem zweiten und dem dritten Material bedeckte erste Substrat gerichtet. Aus dem Polarisationsgrad der an der Oberseite der äußersten Schicht und an den Grenzflächen reflektierten Teilstrahlen lässt sich die Schichtdicke der Schicht aus dem dritten Material bestimmen. Dabei kann eine Lichtquelle fester Wellenlänge verwendet und die reflektierte Strahlung unter variablem Reflexionswinkel erfasst werden. Alternativ dazu kann eine Breitbandlichtquelle verwendet werden und der Polarisationsgrad der unter vorgegebenem Reflexionswinkel reflektierten Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge erfasst werden. Beide Verfahren können beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 150 bis 900 nm durchgeführt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes erfolgt eine Reflexion an der Grenzfläche zwischen den aus dem zweiten und dem dritten Material gebildeten Schichten.Accordingly it is preferably provided that in step d) on the first substrate an ellipsometric layer thickness measurement is performed. In this case, polarized light, preferably with a wavelength or a wavelength range in the optically visible part of the spectrum, at a large angle of incidence on the first covered with the second and the third material Substrate directed. From the degree of polarization of the top the utmost Layer and at the interfaces reflected partial beams determine the layer thickness of the layer of the third material. In this case, a light source of fixed wavelength can be used and the reflected one Radiation under variable reflection angle can be detected. alternative For this purpose, a broadband light source can be used and the degree of polarization the radiation reflected at a given reflection angle dependent on from the wavelength be recorded. Both methods can, for example, in a wavelength range performed from 150 to 900 nm become. Due to the different refractive indices occurs a reflection at the interface between the formed from the second and the third material Layers.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Schritt c) ein zweites Material abgeschieden wird, das eine andere Elektronendichte besitzt als das erste und das dritte Material. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass in Schritt d) an dem ersten Substrat eine röntgenreflektrometrische Schichtdickenmessung durchgeführt wird. Hierbei wird Röntgenstrahlung unter einem sehr großen Einfallswinkel von vorzugsweise zwischen 85° und 89° auf die auf dem ersten Substrat vorhandene Schichtenfolge gerichtet. Die Strahlung wird teilweise an der Oberfläche der aus dem dritten Material gebildeten Schicht reflektiert und dringt teilweise in sie ein. Aufgrund der unterschiedlichen Elektronendichte der äußeren Schicht aus dem dritten Material und der darunter gelegenen Schicht aus dem zweiten Material erfolgt auch an der Grenzfläche zwischen diesen beiden Schichten eine Teilreflektion. Die beiden reflektierten Strahlen ergeben ein winkelabhängiges Interferenzmuster, das Aufschluss über die Schichtdicke der Schicht aus dem dritten Material gibt.Preferably, it is provided that in step c) a second material is deposited, which has a different electron density than the first and the third material. Furthermore, it is preferably provided that in step d) an X-ray reflectometry layer thickness measurement is carried out on the first substrate. Here, X-ray radiation is directed at a very large angle of incidence of preferably between 85 ° and 89 ° to the layer sequence present on the first substrate. The radiation is partially reflected on the surface of the layer formed of the third material and partially penetrates into it. Due to the different electron density of the outer layer of the third material and the underlying layer of the second material is also at the border a partial reflection between these two layers. The two reflected beams produce an angle-dependent interference pattern that gives information about the layer thickness of the layer of the third material.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in den Schritten c), d) und g) die Schichten aus dem zweiten und dem dritten Material jeweils epitaktisch abgeschieden werden. Durch das epitaktische Wachstum kann die einkristalline Ordnung des Halbleitersubstrats bis in die Schichten aus den zweiten und dritten Material fortgesetzt werden.Preferably it is provided that in steps c), d) and g) the layers each epitaxially deposited from the second and third materials become. Due to the epitaxial growth, the monocrystalline Order of the semiconductor substrate into the layers of the second and third material will continue.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass auf den auf dem zweiten Substrat und auf den weiteren Substraten abgeschiedenen Schichten aus dem dritten Material jeweils integrierte Halbleiterschaltungen hergestellt werden. Das erste Substrat hingegen kann nach der Schichtdickenmessung verworfen werden.Preferably is provided on the on the second substrate and on the further substrates deposited layers of the third material each semiconductor integrated circuits are produced. The By contrast, the first substrate can be discarded after the layer thickness measurement become.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als das dritte Material ein solches Material abgeschieden wird, dass mit dem ersten Material identisch ist. Hierbei ist die Schichtdicke der aufgewachsenen Schicht mithilfe herkömmlicher Messverfahren nur sehr aufwendig bestimmbar, da die Materialeigenschaften des Substrats und der aufgewachsenen Schicht identisch oder fast identisch sind. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch kann die Schichtdickenmessung ersatzweise an dem ersten Substrat durchgeführt werden, auf dem zunächst die Zwischenschicht und auf ihr dann die Schicht aus dem gleichen Material wie das Substratmaterial epitaktisch aufgewachsen wurde. Die Zwischenschicht aus den zweiten, anderen Material ermöglicht eine Schichtdickenmessung der äußeren Schicht, beispielsweise mit Hilfe der Röntgenreflektometrie oder der optischen Ellipsometrie. Da die äußere Schicht mit jeweils gleicher Schichtdicke auf das zweite Substrat und auf die auf dem ersten Substrat angeordnete Schicht aus dem zweiten Material aufgewachsen wird, erhält man durch die Schichtdickenmessung auf dem ersten Substrat zugleich das Messergebnis für die Schichtdicke der auf auf das zweite Substrat abgeschiedenen Schicht, die selbst für eine Messung weniger geeignet ist, da sie unmittelbar an das Substratmaterial des zweiten Substras angrenzt.Preferably it is envisaged that as the third material such a material is deposited, that is identical to the first material. in this connection is the layer thickness of the grown layer using conventional Measuring method only very expensive determinable, since the material properties of the substrate and the grown up layer are identical or almost identical. With the aid of the method according to the invention however, the layer thickness measurement may alternatively be performed on the first substrate, on the first the intermediate layer and on it then the layer of the same Material as the substrate material was grown epitaxially. The intermediate layer of the second, different material allows a layer thickness measurement the outer layer, for example, with the help of X-ray reflectometry or optical ellipsometry. Since the outer layer, each with the same Layer thickness on the second substrate and on the first Substrate layer is grown from the second material, receives one by the layer thickness measurement on the first substrate at the same time the measurement result for the layer thickness of deposited on the second substrate Layer yourself for a measurement is less suitable, since they directly to the substrate material adjacent to the second substrate.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste und das dritte Material jeweils Silizium ist. Das zweite Material kann Silizium und mindestens einen anderen Bestandteil enthalten, beispielsweise Germanium. Das zweite Material kann etwa aus Silizium und Germanium bestehen. Ferner können auch weitere zusätzliche Bestandteile in der Schicht aus den zweiten Material enthalten sein.Preferably it is provided that the first and the third material each silicon is. The second material may be silicon and at least one other Component included, for example, germanium. The second material may consist of silicon and germanium. Further, you can also additional Components may be contained in the layer of the second material.

Im Falle eines Siliziumsubstrats ist vorzugsweise vorgesehen, dass das zweite Material zu höchstens 90 Prozent Silizium enthält. Die weiteren Bestandteile bewirken eine ausreichende Abweichung des physikalischen Eigenschaften der Schicht aus dem zweiten Material gegenüber dem ersten und dem dritten Material. So kann beispielsweise eine ausreichend große Diffe renz der optischen Brechungsindizes oder der Elektronendichten durch Zugabe von mindestens 10 % Germanium, vorzugsweise auch mindestens 15 % Germanium erreicht werden. Je nach Messgenauigkeit jedoch kann auch ein Gehalt von mindestens einem Prozent des weiteren Bestandteils für eine ausreichend präzise Schichtdickenmessung ausreichen. In diesem Fall besteht das zweite Material zu höchstens 99 % aus Silizium.in the Case of a silicon substrate is preferably provided that the second material at most Contains 90 percent silicon. The other components cause a sufficient deviation the physical properties of the layer of the second material across from the first and the third material. For example, one can do enough size Difference of optical refractive indices or electron densities by adding at least 10% germanium, preferably also at least 15% germanium can be achieved. Depending on the measuring accuracy, however, can also a content of at least one percent of the further constituent for one sufficiently precise Sufficient layer thickness measurement. In this case, the second is Material at most 99% silicon.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schicht aus den zweiten Material auf das erste Substrat mit einer Schichtdicke von 5 nm abgeschieden wird. Eine Schichtdicke von 5 nm oder vorzugsweise 10 nm ist vorteilhaft, um ein ausreichend zuverlässiges Messergebnis für die Schichtdicke der Schicht aus dem dritten Material zu erhalten.Preferably is provided that the layer of the second material on the first substrate is deposited with a layer thickness of 5 nm. A layer thickness of 5 nm or preferably 10 nm is advantageous a sufficiently reliable one Measurement result for to obtain the layer thickness of the layer of the third material.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch einen Satz von mindestens zwei Halbleiterprodukten gelöst, umfassend mindestens

– ein erstes Substrat aus einem ersten Material, auf dem eine Schicht aus einem anderen, zweiten Material angeordnet ist, auf welcher eine Schicht aus einem dritten Material angeordnet ist, und
– ein zweites Substrat aus dem ersten Material, wobei unmittelbar auf dem zweiten Substrat eine Schicht aus dem dritten Material angeordnet ist, die dieselbe Schichtdicke besitzt wie die auf der Schicht aus dem zweiten Material angeordnete Schicht aus dem dritten Material.

The object underlying the invention is further solved by a set of at least two semiconductor products comprising at least

A first substrate of a first material, on which a layer of another, second material is arranged, on which a layer of a third material is arranged, and
A second substrate of the first material, a layer of the third material having the same layer thickness as the layer of the third material arranged on the layer of the second material being arranged directly on the second substrate.

Der erfindungsgemäße Satz von Halbleiterprodukten umfasst somit mindestsn zwei Substrate, von denen eines mit einer Kontrastschicht aus dem zweiten Material bedeckt ist. Als oberste Schicht ist auf beiden Substraten jeweils eine Schicht aus dem dritten Material angeordnet, wobei die Schichtdicke bei den Schichten aus dem dritten Material identisch ist. Das erste Substrat mit der zusätzlichen Kontrastschicht dient zur leichteren Schichtdickenmessung; das zweite Substrat ohne die Zwischenschicht dient zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen.Of the inventive sentence of semiconductor products thus comprises at least two substrates, from one covered with a contrast layer of the second material is. The uppermost layer is one on both substrates Layer arranged from the third material, wherein the layer thickness in the Layers of the third material is identical. The first substrate with the additional Contrast layer serves for easier layer thickness measurement; the second Substrate without the intermediate layer serves to produce integrated Semiconductor circuits.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das dritte Material und das erste Material identisch sind. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Satz von Halbleiterprodukten nach einem der obengenannten Verfahren hergestellt ist.Preferably is provided that the third material and the first material are identical. Furthermore, it is preferably provided that the sentence of semiconductor products produced by one of the above-mentioned methods is.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures. Show it:

die 1 bis 3 Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens,the 1 to 3 Process steps of a method according to the invention,

4 eine vergrößerte Darstellung des ersten Substrats aus 3 mit weiteren Angaben zu den darauf abgeschiedenen Schichten, 4 an enlarged view of the first substrate 3 with further information on the layers deposited on it,

die 5 bis 7 weitere Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,the 5 to 7 further method steps of the method according to the invention,

8 ein erfindungsgemäss hergestelltes Halbleiterprodukt mit einer integrierten Halbleiterschaltung, 8th a semiconductor product produced according to the invention with a semiconductor integrated circuit,

9 einen erfindungsgemässen Satz von Halbleiterprodukten und 9 a novel set of semiconductor products and

10 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 10 a flowchart of a method according to the invention.

Gemäß 1 wird ein Satz 50 von Substraten 10, 20, 30, 40 bereitgestellt. Alle Substrate bestehen aus dem gleichen Material 1, beispielsweise aus Silizium. Alternativ können auch Substrate aus III-V-Halbleitern bereitgestellt werden. Die Substrate 10, 20, 30, 40 können auch dotiert sein. Die Substrate des Satzes 50 von Substraten sind zusammengehörige Substrate, die beispielsweise aus einer einzigen Packungseinheit gelieferter Substrate stammen. Auch während des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens bilden die Substrate eine zusammengehörende Einheit, auch wenn die Substrate zeitweilig voneinander getrennt bearbeitet werden, um jeweils eine die Schicht aus dem dritten Material abzuscheiden. Die Substrate des Satzes 50 von Substraten bilden beispielsweise ein Los von Substraten oder eine Gruppe von Losen, die gemeinsam gehandhabt werden. In 1 werden alle Substrate 10, 20, 30, 40 des Satzes 50 von Substraten gemeinsam in einem Behälter 7 bereitgestellt. Dem Satz von Substraten wird dann das erste Substrat 10 entnommen und in eine Abscheidekammer 17 gebracht, wie in 1 angedeutet.According to 1 becomes a sentence 50 of substrates 10 . 20 . 30 . 40 provided. All substrates are made of the same material 1 , for example made of silicon. Alternatively, substrates of III-V semiconductors may be provided. The substrates 10 . 20 . 30 . 40 can also be doped. The substrates of the sentence 50 Substrates are associated substrates derived, for example, from a single package of delivered substrates. Even during the production process according to the invention, the substrates form a coherent unit, even if the substrates are temporarily processed separately from one another, in order to deposit one the layer of the third material in each case. The substrates of the sentence 50 For example, substrates form a batch of substrates or a group of lots that are handled together. In 1 become all substrates 10 . 20 . 30 . 40 of the sentence 50 of substrates together in a container 7 provided. The set of substrates then becomes the first substrate 10 taken and in a deposition chamber 17 brought as in 1 indicated.

Gemäß 2 wird in der Abscheidekammer 17 auf dem ersten Substrat 10 eine Schicht 11 abgeschieden, die aus einem Material 2 besteht, das von dem Material des Substrats verschieden ist oder das anders zusammengesetzt ist als das Material des Substrats. Dieses zweite Material 2, aus dem die abgeschiedene Schicht 11 besteht, ist vorzugsweise Silizium-Germanium. Der Anteil von Germanium beträgt vorzugsweise mindestens 1%, insbesondere mehr als 10%. Die Schicht aus Silizium-Germanium wird vorzugsweise epitaktisch abgeschieden. Während der Abscheidung auf das erste Substrat 10 wird das zweite Substrat 20 vor einer Abscheidung geschützt, beispielsweise indem es außerhalb der Kammer für die Abscheidung der Schicht 11 angeordnet wird. Während der Abscheidung der Schicht 11 auf das erste Substrat 10 in der Abscheidekammer 17 verbleiben die übrigen Substrate 20, 30, 40 des Satzes 50 ausserhalb der Kammer.According to 2 will be in the deposition chamber 17 on the first substrate 10 a layer 11 deposited, made of a material 2 which is different from the material of the substrate or which is composed differently than the material of the substrate. This second material 2 from which the deposited layer 11 is preferably silicon germanium. The proportion of germanium is preferably at least 1%, in particular more than 10%. The layer of silicon germanium is preferably epitaxially deposited. During the deposition on the first substrate 10 becomes the second substrate 20 protected from deposition, for example by placing it outside the chamber for the deposition of the layer 11 is arranged. During the deposition of the layer 11 on the first substrate 10 in the deposition chamber 17 remain the remaining substrates 20 . 30 . 40 of the sentence 50 outside the chamber.

Gemäß 3 wird eine Schicht 12 aus einem dritten Material auf das erste Substrat 10 abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt so, dass das dritte Material überall mit der gleichen Schichtdicke abgeschieden wird. Das dritte Material kann dasselbe Material sein wie das erste Material, aus dem das Substrate 10 besteht. Die Abscheidung auf das Substrat 10 erfolgt vorzugsweise epitaktisch. Das Abscheiden der Schicht 12 aus dem dritten Material 3 geschieht in der Weise, dass diese Schicht nicht unmittelbar auf das erste Substrat 10, sondern auf die darauf bereits abgeschiedene Schicht 11 aus dem zweiten Material abgeschieden wird. Dadurch entsteht ein Halbleiterprodukt, das das erste Substrat, die Schicht 11 aus dem zweiten Material 2 und die Schicht 12 aus dem dritten Material 3 aufweist. Dieses Halbleiterprodukt ist nicht für die Fertigung von integrierten Halbleiterschaltung bestimmt. Es wird erfindungsgemäß hergestellt, um eine erleichterte und präzisere Schichtdickenmessung einer Schicht aus dem dritten Material zu ermöglichen.According to 3 becomes a layer 12 of a third material on the first substrate 10 deposited. The deposition is done so that the third material is deposited everywhere with the same layer thickness. The third material may be the same material as the first material from which the substrate 10 consists. The deposition on the substrate 10 is preferably epitaxial. The deposition of the layer 12 from the third material 3 happens in such a way that this layer is not directly on the first substrate 10 but on the already deposited layer 11 is deposited from the second material. This creates a semiconductor product that is the first substrate, the layer 11 from the second material 2 and the layer 12 from the third material 3 having. This semiconductor product is not intended for semiconductor integrated circuit fabrication. It is produced according to the invention in order to facilitate a facilitated and more precise layer thickness measurement of a layer of the third material.

Die auf das Substrat 10 abgeschiedene Schicht 12 besteht vorzugsweise aus Silizium. Die Schicht 11 aus dem zweiten Material 2 besteht vorzugsweise aus Silizium-Germanium. Die Schicht 11 dient als Kontrastschicht, um eine Grenzfläche zur Schicht 12 leichter erkennen und eine Schichtdicke der Schicht 12 besser bestimmen zu können.The on the substrate 10 deposited layer 12 is preferably made of silicon. The layer 11 from the second material 2 is preferably made of silicon germanium. The layer 11 serves as a contrast layer around an interface to the layer 12 easier to detect and a layer thickness of the layer 12 better to be able to determine.

Diese Schichtdicke kann jedoch mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur mit großem Aufwand gemessen werden, da das Substrat, auf dem herkömmlich die Schichtdicke einer abge schiedenen Schicht angeordnet ist, keine Kontrastschicht aufweist. Erfindungsgemäß wird jedoch die Schichtdicke einer Schicht gemessen, die auf einer Kontrastschicht eines eigens zur Schichtdickenmessung bestimmten Substrats abgeschieden wurde.These Layer thickness, however, can not or with conventional methods only with great effort be measured, since the substrate, on the conventional the layer thickness of a abge deposited layer is arranged, has no contrast layer. However, according to the invention the layer thickness of a layer measured on a contrast layer of a particular dedicated to the layer thickness measurement substrate deposited has been.

In 4 ist das erste Substrat 10 mit der Zwischenschicht 11 und der darauf angeordneten Schicht 12 vergrößert dargestellt.In 4 is the first substrate 10 with the intermediate layer 11 and the layer disposed thereon 12 shown enlarged.

Die Zwischenschicht 11 besteht aus einem anderen Material oder aus einer anderen Materialzusammensetzung als das Substrat 10 und als die Schicht 12. Vorzugsweise besteht die Schicht 12 aus demselben Material 1 wie das Substrat 10. Die Zwischenschicht 11 wird nur auf dem ersten Bubstrat 10 abgeschieden und bildet dort eine Kontrastschicht, die ein Erkennen der Unterseite der Schicht 12 und eine Messung der Schichtdicke d1 der Schicht 12 erleichtert.The intermediate layer 11 is made of a different material or material composition than the substrate 10 and as the layer 12 , Preferably, the layer consists 12 from the same material 1 like the substrate 10 , The intermediate layer 11 will only on the first Bubstrat 10 deposited there and forms a contrast layer, which is a recognition of the bottom of the layer 12 and a measurement of the layer thickness d1 of the layer 12 facilitated.

In 4 sind die optischen Brechungsindizes des Substrats 10, der Schicht 11 und der Schicht 12 mit n1, n2 und n3 bezeichnet. Ferner sind die Elektronendichten des Substrats 10 und der Schichten 11, 12 mit D1, D2 und D3 bezeichnet. Vorzugsweise besitzt die Schicht 12 dieselben Materialeigenschaften wie das Substrat 10, insbesondere denselben optischen Brechungsindex n1 und dieselbe Elektronendichte D1. Die Elektronendichte ist die Dichte der Elektronen in der Atomhülle des Materials der betreffenden Schicht 11, 12 oder des Substrats 10. Grenzflächen, an denen die Elektronendichte sich ändert, können mit Hilfe einer Röntgenreflektrometrischen Messung erkannt werden. Dort können Schichtdickenmessungen mit Hilfe der Röntgenreflektrometrie durchgeführt werden. Alternativ dazu ist eine Schichtdickenmessung auch mit Hilfe eines ellipsometrischen Verfahrens im Bereich optischer Wellenlängen möglich.In 4 are the optical refractive indices zes of the substrate 10 , the layer 11 and the layer 12 denoted by n1, n2 and n3. Further, the electron densities of the substrate 10 and the layers 11 . 12 denoted D1, D2 and D3. Preferably, the layer has 12 the same material properties as the substrate 10 , in particular the same optical refractive index n1 and the same electron density D1. The electron density is the density of the electrons in the atomic shell of the material of the respective layer 11 . 12 or the substrate 10 , Interfaces where the electron density changes can be detected by X-ray reflectometry. There, layer thickness measurements can be carried out with the aid of X-ray reflectometry. Alternatively, a layer thickness measurement is also possible with the aid of an ellipsometric method in the range of optical wavelengths.

5 zeigt einen Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei den die Schichtdicke der Schicht 12 mit Hilfe eines solchenellipsometrischen Verfahrens bestimmt wird. Gemäß 5 wird die Schichtdicke der Schicht 12 auf dem ersten Substrat 10 gemessen. Bei dem ellipsometrischen Verfahren wird von einer Lichtquelle 4 ausgesandte elektromagnetische Strahlung 6 mit einer Wellenlänge λ1, die vorzugsweise im Bereich von 150 bis 900 nm liegt, auf die Oberfläche der Schicht 12 gerichtet. Die elektromagnetische Strahlung 6 trifft unter einem Winkel α auf. Das reflektierte Licht wird von einem Detektor 8 erfasst. Die von der Lichtquelle 4 ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist linear polarisiert, wozu beispielsweise ein Polarisationsfilter eingesetzt werden kann. Die von dem Substrat 10 und den Schichten 11 und 12 reflektierte Strahlung hingegen ist im allgemeinen elliptisch polarisiert. Der Polarisationsgrad der reflektierten Strahlung wird durch den Detektor 8 erfasst, der dazu geeignete Polarisationsfilter enthalten kann. Die ellipsometrische Messung kann entweder in der Weise ausgeführt werden, dass bei einer konstanten Wellenlänge λ1 der Winkel verändert wird, unter dem der Detektor 8 die reflektierte Strahlung erfasst. Die dazu erforderliche Bewegung des Detektors 8 ist in 1 durch zwei Pfeile angedeutet. Der Detektor bewegt sich somit um den Auftreffpunkt der elektromagnetischen Strahlung 6 auf die Schicht 12. Aus der winkelabhängigen Messung des Polarisationsgrades der reflektierten Strahlung lässt sich die Schichtdicke der Schicht 12 aus dem dritten Material 3 bestimmen. 5 shows a process step of the method according to the invention, in which the layer thickness of the layer 12 determined by means of such ellipsometric method. According to 5 becomes the layer thickness of the layer 12 on the first substrate 10 measured. In the ellipsometric method is used by a light source 4 emitted electromagnetic radiation 6 with a wavelength λ1, which is preferably in the range of 150 to 900 nm, on the surface of the layer 12 directed. The electromagnetic radiation 6 meets at an angle α. The reflected light is from a detector 8th detected. The of the light source 4 emitted electromagnetic radiation is linearly polarized, for which purpose, for example, a polarizing filter can be used. The from the substrate 10 and the layers 11 and 12 however, reflected radiation is generally elliptically polarized. The degree of polarization of the reflected radiation is determined by the detector 8th detected, which may contain suitable polarization filter. The ellipsometric measurement can be carried out either in such a way that at a constant wavelength λ1 the angle is changed below which the detector 8th detects the reflected radiation. The required movement of the detector 8th is in 1 indicated by two arrows. The detector thus moves around the point of impact of the electromagnetic radiation 6 on the layer 12 , From the angle-dependent measurement of the degree of polarization of the reflected radiation, the layer thickness of the layer can be determined 12 from the third material 3 determine.

Die elliptische Polarisation des reflektierten Lichts kommt durch Interferenz der an der oberen und an der unteren Grenzfläche der Schicht 12 reflektierten Teilstrahlen zustande. Es wird ausgenutzt, dass die Schicht 11 aus dem zweiten Material einen anderen optischen Brechungsindex n2 als die Schicht 12 und das Substrat 10 besitzt.The elliptical polarization of the reflected light is due to interference at the top and bottom interfaces of the layer 12 reflected partial beams. It exploits that layer 11 from the second material, a different optical refractive index n2 than the layer 12 and the substrate 10 has.

Die ellipsometrische Messung kann auch in der Weise durchgeführt werden, dass elektromagnetische Strahlung 6 mit einem breiten Wellenlängenspektrum auf das Substrat 10 gerichtet wird. Der Detektor wird in diesem Fall nicht bewegt. Stattdessen wird der Polarisationsgrad des reflektierten Lichts in Abhängigkeit von der Wellenlänge gemessen. Aus der wellenlängenabhängigen Erfassung des Polarisationsgrades lässt sich ebenfalls die Schichtdicke der Schicht 12 bestimmen.The ellipsometric measurement can also be carried out in such a way that electromagnetic radiation 6 with a broad wavelength spectrum on the substrate 10 is directed. The detector will not move in this case. Instead, the degree of polarization of the reflected light is measured as a function of the wavelength. From the wavelength-dependent detection of the degree of polarization can also be the layer thickness of the layer 12 determine.

Gemäss 5 wird ferner überprüft, ob die gemessene Schichtdicke d1 innerhalb eines vorgegebenen Sollwertbereichs d0 liegt, der in 5 mit beispielsweise 25 bis 35 nm angegeben ist. Wird beispielsweise eine Schichtdicke von 23 nm gemessen, so wird ein Parameter für nachfolgende Abscheidvorgänge zum Abscheiden des dritten Materials auf anderen Substraten so verändert, dass bei den nachfolgenden Abscheidevorgängen voraussichtlich eine Schichtdicke d2 innerhalb des Sollwertbereichs, und zwar möglichst ein Idealwert der Schichtdicke erzielt wird.According to 5 Furthermore, it is checked whether the measured layer thickness d1 is within a predetermined setpoint range d0, which is in 5 is specified with, for example, 25 to 35 nm. If, for example, a layer thickness of 23 nm is measured, then a parameter for subsequent deposition processes for depositing the third material on other substrates is changed so that a layer thickness d2 within the target value range, preferably an ideal value of the layer thickness, is likely to be achieved in the subsequent deposition processes.

6 zeigt ein alternatives Messverfahren zur Schichtdickenbestimmung gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß 6 wird eine röntgenreflektometrische Messung eingesetzt, bei der Röntgenstrahlung 16, die von einer Strahlungsquelle 14 ausgesandt wird, unter einem sehr kleinen Winkel β auf die Oberfläche der Schicht 12 gerichtet wird. 6 shows an alternative measurement method for determining layer thickness according to step d) of the method according to the invention. According to 6 a X-ray reflectometric measurement is used, in the case of X-ray radiation 16 coming from a radiation source 14 is emitted at a very small angle β on the surface of the layer 12 is directed.

Der Winkel β ist ebenso wie der Winkel α in 5 der Glanzwinkel, d.h. der Winkel zwischen der Oberfläche der Schicht 12 und der Richtung der auftreffenden Strahlung. Ein kleiner Glanzwinkel entspricht einem großen Einfallswinkel, welcher üblicherweise zwischen der Richtung der auftreffenden Strahlung und dem Lot senkrecht zur Substratoberfläche gemessen wird. Die Wellenlänge λ2 der verwendeten Strahlung liegt im Röntgenbereich. Bei der röntgenreflektometrischen Messung wird eine Strahlungsquelle 14 mit fester Wellenlänge λ2 verwendet und die Intensität der reflektierten Röntgenstrahlung durch den Detektor 18 erfasst. Bei der Messung wird das Substrat 10 um den Auftreffpunkt der Röntgenstrahlung auf die Oberseite der Schicht 12 gedreht. Gleichzeitig wird der Detektor mit doppelter Geschwindigkeit um diesen Punkt gedreht, so dass er stets die maximale Intensität der reflektierten Röntgenstrahlung erfasst.The angle β is as well as the angle α in 5 the glancing angle, ie the angle between the surface of the layer 12 and the direction of the incident radiation. A small glancing angle corresponds to a large angle of incidence, which is usually measured between the direction of the incident radiation and the perpendicular perpendicular to the substrate surface. The wavelength λ2 of the radiation used is in the X-ray range. The X-ray reflectometric measurement becomes a radiation source 14 used with fixed wavelength λ2 and the intensity of the reflected x-radiation by the detector 18 detected. During the measurement, the substrate 10 is moved around the point of impact of the X-ray radiation on the upper side of the layer 12 turned. At the same time, the detector is rotated around this point at twice the speed so that it always detects the maximum intensity of the reflected X-radiation.

Gemäß 7 wird eine Schicht 22 aus einem dritten Material 3 auf das zweite Substrat 20 und danach auch auf die weiteren Substrate 30, 40 des Satzes 50 abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt so, dass das dritte Material überall mit der gleichen Schichtdicke abgeschieden wird. Die Abscheidung auf erfolgt jeweils unmittelbar auf das jeweilige Substrat 20, 30, 40. Auf diese Substraten werden dann integrierte Halbleiterschaltungen hergestellt, wie in 8 dargestellt.According to 7 becomes a layer 22 from a third material 3 on the second substrate 20 and then on the other substrates 30 . 40 of the sentence 50 deposited. The deposition is done so that the third material is deposited everywhere with the same layer thickness. The deposition on takes place directly on the respective sub strat 20 . 30 . 40 , Semiconductor integrated circuits are then fabricated on these substrates, as in 8th shown.

In 8 ist eine integrierte Halbleiterschaltung 25 abschnittweise durch zwei Transistoren 15, beispielsweise MOS-FETs (metal oxide semiconductor field effect transistor) und eine Bitleitung 5 schematisch dargestellt. Eine Vielzahl integrierter Halbleiterschaltungen 25 wird auf dem zweiten Substrat 20 und auf jedem weiteren Substrat 30, 40 des Satzes 50 von Substraten ausgebildet, jedoch nicht auf dem ersten Substrat 10.In 8th is a semiconductor integrated circuit 25 in sections through two transistors 15 , For example, MOS-FETs (metal oxide semiconductor field effect transistor) and a bit line 5 shown schematically. A variety of semiconductor integrated circuits 25 becomes on the second substrate 20 and on every other substrate 30 . 40 of the sentence 50 formed of substrates, but not on the first substrate 10 ,

In 9 ist ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Satz 100 von Halbleiterprodukten dargestellt. Der Satz 100 umfasst mindestens ein Substrat 20; 30; 40, das mit einer Schicht 22; 32; 42 aus dem dritten Material 3 bedeckt ist. Der Satz 100 von Halbleiterprodukten umfasst ferner ein Substrat 10, das unter der Schicht 12 aus dem dritten Material 3 eine Kontrastschicht 11 aus dem zweiten Material 2 aufweist. Das erste Substrat 10 mit der Kontrastschicht 11 dient zur erleichterten Schichtdickenmessung für die Abscheidung des dritten Materials 3. Die übrigen Halbleiterprodukte des Satzes 100 weisen integrierte Halbleiterschaltungen auf.In 9 is a set produced by the method according to the invention 100 of semiconductor products. The sentence 100 comprises at least one substrate 20 ; 30 ; 40 that with a layer 22 ; 32 ; 42 from the third material 3 is covered. The sentence 100 of semiconductor products further comprises a substrate 10 that under the layer 12 from the third material 3 a contrast layer 11 from the second material 2 having. The first substrate 10 with the contrast layer 11 serves to facilitate layer thickness measurement for the deposition of the third material 3 , The remaining semiconductor products of the sentence 100 have integrated semiconductor circuits.

10 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms. Zunächst wird ein Satz 50 von Halbleitersubstraten mit mindestens einem ersten 10 und einem zweiten Substrat 20 aus beispielsweise Silizium bereitgestellt. Dem Satz 50 von Substraten wird dann das erste Substrat 10, welches ein beliebiges Substrat des Satzes sein kann, entnommen. Danach wird eine Silizium-Germanium-Schicht 11 auf das erste Substrat 10 epitaktisch abgeschieden. Dann wird eine Siliziumschicht 12 auf das erste Substrat 10 in einer Abscheidekammer epitaktisch abgeschieden und die Schichtdicke d1 der Siliziumschicht 12 des ersten Substrats 10 gemessen. Die bis hierher durchgeführten Verfahrensschritte der 10 entsprechen den in den 1 bis 3 und 5 (bzw. 6) dargestellten Verfahrensschritten. 10 shows a method according to the invention in the form of a flow chart. First, a sentence 50 of semiconductor substrates having at least a first 10 and a second substrate 20 made of, for example, silicon. The sentence 50 of substrates then becomes the first substrate 10 , which may be any substrate of the sentence, taken. Thereafter, a silicon germanium layer 11 on the first substrate 10 epitaxially deposited. Then a silicon layer 12 on the first substrate 10 deposited epitaxially in a deposition chamber and the layer thickness d1 of the silicon layer 12 of the first substrate 10 measured. The process steps carried out so far 10 correspond to those in the 1 to 3 and 5 (respectively. 6 ) illustrated method steps.

Gemäß 10 wird nach diesen Verfahrensschritten die gemessene Schichtdicke d1 mit einem vorgegebenen Sollwertbereich d0 für die Schichtdicke d2 der Siliziumschicht auf dem zweiten Substrat 20 verglichen. Wenn diese Überprüfung ergibt, dass die Schichtdicke d1 innerhalb des Sollwertbereichs d0 liegt, werden die übrigen Substrate 20, 30, 40 für die Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen mit jeweils einer Schicht 22, 32, 42 aus dem dritten Material beschichtet. Die Parameter für die Abscheidung des dritten Material werden dann beibehalten. Sofern allerdings die Überprüfung ergibt, dass der gemessene Wert d1 für die Schichtdicke der Schicht 12 ausserhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs d0 liegt, wird mindestens ein Parameter P so verändert, dass bei einer erneuten Abscheidung unmittelbar auf eines der übrigen Substrate 20, 30, 40 das dritte Material 3 mit einer Schichtdicke d2 abgeschieden wird, die innerhalb des Sollwertbereichs liegt und eine Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen auf den Schichten 22, 32, 42 aus dem dritten Material 3 ermöglicht. Der veränderte Parameter kann etwa die Abscheidungsdauer, die Abscheidungstemperatur, der Druck in der Abscheidekammer, die Konzentration oder Zusammensetzung der bei der Abscheidung beteiligten Prozessgase oder ein sonstiger Parameter sein. Der mindestens eine Parameter kann auch dann verändert werden, wenn die gemessene Schichtdicke zwar innerhalb des Sollwertbereichs liegt, jedoch von einem Idealwert für die Schichtdicke abweicht.According to 10 After these process steps, the measured layer thickness d1 with a predetermined desired value range d0 for the layer thickness d2 of the silicon layer on the second substrate 20 compared. If this check reveals that the layer thickness d1 is within the target value range d0, the remaining substrates become 20 . 30 . 40 for the production of semiconductor integrated circuits with one layer each 22 . 32 . 42 coated from the third material. The parameters for the deposition of the third material are then retained. However, if the check shows that the measured value d1 for the layer thickness of the layer 12 is outside the predetermined setpoint range d0, at least one parameter P is changed so that in a new deposition directly on one of the other substrates 20 . 30 . 40 the third material 3 is deposited with a layer thickness d2 which is within the target value range and a production of semiconductor integrated circuits on the layers 22 . 32 . 42 from the third material 3 allows. The changed parameter may be, for example, the deposition time, the deposition temperature, the pressure in the deposition chamber, the concentration or composition of the process gases involved in the deposition, or some other parameter. The at least one parameter can also be changed if the measured layer thickness is indeed within the desired value range, but deviates from an ideal value for the layer thickness.

Zusätzlich zu sämtlichen oben beschriebenen Vorgehensweisen können auch an mehreren Substraten, die mit jeweils einer Kontrastschicht aus dem zweiten Material und dann mit einer Schicht aus dem dritten Material versehen werden, weitere Schichtdickenmessungen durchgeführt werden, etwa in regelmässigen Zeitabständen von beispielsweise einer Woche, um das Abscheideverhalten in der Abscheidekammer nochmals zu überprüfen. Beispielsweise kann nach einem Beschichten einer ersten Anzahl von Substraten mit dem dritten Material und nach dem Herstellen intergrierter Halbleiterschaltungen auf diesen Substraten wieder ein Substrat mit einer Kontrastschicht aus dem zweiten Material hergestellt werden, auf welche dann das dritte Material abgeschieden wird. Danach wird auf diesem Substrat die Schichtdickenmessung wiederholt, um die Schichtdicke des dritten Materials zu überprüfen. Sofern die gemessene Schichtdicke innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs liegt und sofern keine Schichtdickenkorrektur gewünscht ist, können die verbliebenen weiteren Substrate mit einer Schicht aus dem dritten Material versehen und darauf integrierte Halbleiterschaltungen hergestellt werden. Sofern die erneut gemessene Schichtdicke jedoch ausserhalb des Sollwertbereichs liegt oder von einem Idealwert für die Schichtdicke abweicht, kann zunächst wieder zumindest ein Parameter verändert werden, um bei der nachfolgenden Beschichtung der verbliebenen weiteren Substrate die gewünschte Schichtdicke des dritten Materials zu erhalten. Somit kann der Herstellungsprozess, bei dem Substrate zunächst mit einer Schicht aus dem dritten Material beschichtet und darauf dann integrierte Halbleiterschaltungen hergestellt werden, unterbrochen werden, vorzugsweise auch mehrfach und in regelmässigen Zeitabständen, um in den Verfahrensablauf eine Kontrollmessung an einem Testsubstrat durchzuführen, das eigens zur Schichtdickenmessung verwendet und hierfür zusätzlich mit einer Kontrastschicht aus dem zweiten Material beschichtet wird.In addition to all methods described above can also be applied to a plurality of substrates, each with a contrast layer of the second material and then be provided with a layer of the third material, Further layer thickness measurements are carried out, for example at regular intervals of for example, one week to the deposition behavior in the deposition chamber to check again. For example can after coating a first number of substrates with the third material and after the production of integrated semiconductor circuits on these substrates again a substrate with a contrast layer be made of the second material, which then the third material is deposited. Thereafter, on this substrate the Layer thickness measurement repeated to the layer thickness of the third Check materials. Provided the measured layer thickness within the specified setpoint range and if no layer thickness correction is desired, can the remaining further substrates with a layer of the third Material provided and built on semiconductor circuits become. However, if the re-measured layer thickness outside of the setpoint range or of an ideal value for the layer thickness can deviate, first again at least one parameter will be changed to the next one Coating of the remaining further substrates the desired layer thickness of the third material. Thus, the manufacturing process, at the substrates first coated with a layer of the third material and thereon then semiconductor integrated circuits are produced, interrupted be, preferably several times and at regular intervals, to in the process a control measurement on a test substrate perform, specially used for coating thickness measurement and additionally with a contrast layer of the second material is coated.

11: erstes Materialfirst material
22: zweites Materialsecond material
33: drittes Materialthird material
4, 144, 14: Strahlungsquelleradiation source
55: Bitleitungbit
77: Behältercontainer
6, 166 16: elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
8, 188th, 18: Detektordetector
1010: erstes Substratfirst substratum
1111: Schicht aus dem zweiten Materiallayer from the second material
12, 22, 32, 4212 22, 32, 42: Schicht aus dem dritten Materiallayer from the third material
1515: Transistortransistor
1717: Reaktionskammerreaction chamber
2020: zweites Substratsecond substratum
2525: integrierte Halbleiterschaltungintegrated Semiconductor circuit
30, 4030 40: weitere SubstrateFurther substrates
5050: Satz von Substratensentence of substrates
100100: Satz von Halbleiterproduktensentence of semiconductor products
α, βα, β: Winkelangle
d0d0: Sollwertbereich für die SchichtdickeSetpoint range for the layer thickness
d1, d2, d3d1 d2, d3: Schichtdickelayer thickness
D1, D2, D3D1, D2, D3: Elektronendichteelectron density
n1, n2, n3 n1, n2, n3: optischer Brechungsindexoptical refractive index
λ1, λ2λ1, λ2: Wellenlängewavelength
PP: Parameterparameter

Claims

A method of measuring a layer thickness of a layer on a substrate, the method comprising the following sequence of steps: a) providing a set ( 50 ) of substrates ( 10 . 20 . 30 . 40 ), which consists of a first material ( 1 ), the sentence ( 50 ) of substrates at least a first (10) and a second substrate ( 20 ), b) removing the first substrate ( 10 ) from the sentence ( 50 ) of substrates, c) deposition of a layer ( 11 ) of a second material ( 2 ), that of the first material ( 1 ) is different or different than the first material ( 1 ) is placed on the first substrate ( 10 ), d) depositing a layer ( 12 ) from a third material ( 3 ) derived from the second material ( 2 ) is different or different than the second material ( 2 ) is placed on the first substrate ( 10 ) deposited layer ( 11 ) from the second material ( 2 e) measuring the layer thickness (d1) of the layer ( 12 ) from the third material ( 3 ), f) checking whether the measured layer thickness (d1) of the layer ( 12 ) from the third material ( 3 ) within a predetermined target value range (d0) for the layer thickness, and g) depositing a layer ( 22 ) from the third material ( 3 ) on the second substrate ( 20 ) having a layer thickness (d2) which is within the predetermined setpoint range (d0) for the layer thickness (d2).

Method according to claim 1, characterized in that in step d) the third material ( 3 ) with an initially unknown layer thickness (d1) on the first substrate ( 10 ) is deposited.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that, if the check in step f) shows that the measured layer thickness (d1) is not within the predetermined target value range (d0), at least one parameter (P) for the deposition of the third Material ( 3 ) is adjusted so that in step g) the deposition of the third material ( 3 ) is expected to take place with a layer thickness (d2) that is within the predetermined setpoint range (d0).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in step a) in each case identical substrates ( 10 . 20 . 30 . 40 ) together in a container ( 7 ) to be provided.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that after step g) on all other substrates ( 30 . 40 ) of the sentence ( 50 ) one layer each ( 32 . 42 ) from the third material ( 3 ) is deposited with the same layer thickness (d2) as in step g).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second substrate ( 20 ) and all other substrates ( 30 . 40 ) of the sentence ( 50 ) one at a time using an identical deposition process with the third material ( 3 ) are coated.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the third material ( 3 ) in each case the same reaction chamber ( 17 ) successively on the second substrate ( 20 ) and on all other substrates ( 30 . 40 ) of the sentence ( 50 ) is deposited.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in step c) a layer ( 11 ) of such a second material ( 2 ) formed by the optical refractive index of the first material ( 1 ) and the third material ( 3 ) is different.

Method according to claim 8, characterized in that the second ( 2 ) and the third material ( 3 ) are chosen so that the amount of the difference between the optical refractive index (n3) of the third material ( 3 ) and the optical refractive index (n1) of the first material ( 1 ) is smaller than the amount of the difference between the optical refractive index (n2) of the second material ( 2 ) and the optical refractive index (n1) of the first material ( 1 ).

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that in step e) on the first substrate ( 10 ) an ellipsometric layer thickness measurement is performed.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in step c) a second material ( 2 ), which has a different electron density (D2) than the first one ( 1 ) and the third material ( 3 ).

A method according to claim 11, characterized in that in step e) on the first substrate ( 10 ) an X-ray reflectometric layer thickness measurement is performed.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the steps c), d) and g) the layers ( 11 . 12 . 22 ) from the second ( 2 ) and the third material ( 3 ) are each epitaxially deposited.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that on the on the second substrate ( 20 ) and on the other substrates ( 60 . 70 ) deposited layers ( 22 . 32 . 42 ) from the third material ( 3 ) each semiconductor integrated circuits ( 25 ) getting produced.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that as the third material ( 3 ) such a material is deposited, which with the first material ( 1 ) is identical.

Method according to claim 15, characterized in that the first ( 1 ) and the third material ( 3 ) each is silicon.

Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the second material ( 2 ) Contains silicon and at least one other constituent.

Method according to claim 16 or 17, characterized in that the second material ( 2 ) consists of silicon and germanium.

Method according to one of claims 16 to 18, characterized in that the second material ( 2 ) contains at most 90 percent silicon.

Method according to one of claims 1 to 19, characterized in that the layer ( 11 ) from the second material ( 2 ) having a layer thickness (d3) of at least 5 nm on the first substrate ( 1 ) is deposited.

Sentence ( 100 ) of semiconductor products comprising at least - a first substrate ( 10 ) from a first material ( 1 ), on which a layer ( 11 ) from another, second material ( 2 ) on which a layer ( 12 ) from a third material ( 3 ), and - a second substrate ( 20 ) from the first material ( 1 ), directly on the second substrate ( 20 ) a layer ( 22 ) from the third material ( 3 ), which has the same layer thickness (d1) as that on the layer ( 11 ) from the second material ( 2 ) layer ( 12 ) from the third material ( 3 ).

A set of semiconductor products according to claim 21, characterized in that the third material ( 3 ) and the first material ( 1 ) are identical.

A set of semiconductor products according to claim 21 or 22, produced by a method according to one of claims 1 to 20th