TW201322352A - 高生產率薄膜特性分析及缺陷偵測 - Google Patents
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Abstract
本發明呈現用於基於光譜回應資料決定沈積於一基板之上之高k介電膜之帶結構特性的方法及系統。利用高生產率分光計以在製造程序早期快速量測半導體晶圓。基於光譜資料決定光學色散度量。基於光學色散度量值決定帶結構特性，諸如帶隙、帶邊緣及缺陷。在一些實施例中，藉由色散度量值之曲線擬合及內插決定一帶結構特性。在一些其他實施例中，藉由一所選色散模型之回歸決定帶結構特性。在一些實例中，亦決定指示高k介電膜之帶加寬的帶結構特性。基於在該製造程序早期識別之該帶結構特性估計已完成晶圓之電效能。
Description
描述之實施例係關於用於晶圓檢測之系統，且更特定言之，係關於半導體製造中使用之薄膜之特性分析及缺陷偵測。
本專利申請案根據35 U.S.C.§119主張來自2012年5月8日申請之名為「Band Gap and Defect Measurement and Monitoring for Semiconductor Manufacturing」之美國臨時專利申請案第61/644,137號及來自2011年9月27日申請之名為「Monitoring Dielectric Constant and Energy Band Gap of Material in Semiconductor Manufacturing」之美國臨時專利申請案第61/539,748號的優先權。前述美國臨時專利申請案之每一者之標的以引用的方式併入本文中。
半導體裝置(諸如邏輯及記憶體裝置)通常由施加至一基板或晶圓之一系列處理步驟加工。半導體裝置之多種特徵及多個結構層由此等處理步驟形成。例如，尤其微影係涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一半導體加工程序。半導體加工程序之額外實例包含(但不限於)化學機械拋光、蝕刻、沈積及離子植入。多個半導體裝置可於一單個半導體晶圓上加工且接著分開成個別半導體裝置。
在一半導體製造程序期間之多種步驟使用檢測程序以偵測晶圓上之缺陷來促進較高產量。隨著設計規則及程序窗口在尺寸上繼續縮小，要求檢測系統在維持高生產率之同
時捕捉晶圓表面上之一較寬範圍之實體缺陷。
半導體裝置基於其等之能效且非單獨速度而愈加有價值。例如，因為能效消費品在較低溫度下操作且在一固定電池電源上操作更長時間段，所以其等更有價值。在另一實例中，能效資料伺服器係需要的，以減少其等之操作成本。結果，強烈關注於減少半導體裝置之能耗。
通過絕緣體層之洩漏電流係在65 nm技術節點及以下製造之半導體裝置的一主要能損機制。作為回應，電子設計師及製造商正採用具有比傳統材料(例如，二氧化矽)更高的介電常數及更低的消光係數之新材料(例如，矽酸鉿(HfSiO4)、氮化矽酸鉿(HfSiON)、二氧化鉿(HfO2)、矽酸鋯(ZrSiO4)等等)。此等「高k」材料減少洩漏的電流且具備製造較小尺寸之電晶體之能力。
連同新介電材料之採用，出現對於在製造程序中之早期特性分析高k材料之介電性質及帶結構之量測工具的需求。更明確言之，要求高生產率監測工具在晶圓製造期間監測及控制高k材料之沈積來確保已完成晶圓的一高產量。因為高k材料之沈積係一冗長及昂貴的製造程序之一早期程序步驟，所以沈積問題之早期偵測係重要的。在一些實例中，花費多於一個月完整地在一製造程序之開始將一高k材料沈積於一晶圓上。
高k介電層之材料組合物之量測已使用作為程序監測之指示符。對於高k材料(諸如SiHfON)，已發現不一致百分比之氮及鉿、不同沈積溫度及沈積循環時間、不同中間層
等等生產不同色散值及不同能帶結構。此在製造程序之結束影響晶片效能。在一些實例中，一X射線分光計已利用於精確地量測高k介電層之材料組合物。然而，X射線光譜法遭受高成本及低生產率而使其不欲使用作為一高生產率生產監測工具。在一些其他實例中，已使用高k介電層之色散性質(例如，折射率n及消光係數k)來基於經驗模型演算材料組合物。相對於X射線光譜技術，此途徑具有較低成本及較高生產率之優點。一此實例呈現於讓渡給KLA-Tencor Technologies公司的美國專利申請案第13/524,053號中。
雖然一高k材料層之材料組合物係沈積程序參數之一有力指示符，但是其並非直接與線端電性質(諸如洩漏電流等等)有關。例如，在SiHfON之案例中，在材料組合物保持未改變時，沈積速率及溫度之一轉變可生產具有不一致結構缺陷或不同帶結構之一膜。儘管材料組合物未改變之事實，所得結構缺陷或帶結構可不利地增加洩漏電流。類似地，生產一不同材料組合物之一程序亦可導致減少之結構缺陷及一更有利之帶結構。在此案例中，基於材料組合物之監測可導致一假陰性結果，其中在事實上材料結構及性質導致減少之洩漏電流時，基於材料組合物發現錯誤。
因此，將有利的是開發高生產率方法及/或系統以用於在製造程序中之早期特性分析高k介電層來識別所得已完成晶圓是否將具有滿意的電性質。
呈現用於基於光譜回應資料決定沈積於一基板之上之高k介電膜之帶結構特性的方法及系統。基於製造程序中之早期識別之帶結構特性估計已完成晶圓之電效能。
高生產率分光計(諸如橢圓偏振計或反射計)在製造程序中之早期快速量測半導體晶圓。此外，此等光學工具能夠聚集在5電子伏特以下之光譜能值處的高k介電膜之有用特性分析資料。此具備識別僅在此光譜能範圍中可見之缺陷之能力。
基於光譜資料決定光學色散度量。在一些實例中，光譜回應資料經處理以從一分析色散模型(例如，Lorentzian模型)決定膜厚度及色散度量(例如，n及k)。在一些其他實例中，光譜回應資料經處理以從一經驗色散模型決定膜厚度及色散度量(例如，n及k)，其中數值演算色散度量。可預期許多其他色散度量。例如，可基於光譜資料決定複介電常數之實(ε1)分量及虛(ε2)分量、集膚深度、吸收常數、衰減常數或其他者之任何者。
基於光學色散度量值決定帶結構特性，諸如帶隙、帶邊緣及缺陷。在一些實例中，藉由一所選色散模型之回歸決定帶結構特性。在一些其他實例中，藉由一所專注之光譜範圍內的一光學色散度量之曲線擬合及內插決定一高k介電層之一經內插帶隙。在一些實例中，當一光學色散度量超過一臨限值時，決定一高k介電層之一帶邊緣。在一些實例中，基於帶邊緣與經內插帶隙之間的差值決定與一高k介電層相關聯之帶加寬。
在一些其他實例中，基於光學色散度量值決定缺陷。例如，當一光學色散度量超過一臨限值時，可識別一缺陷。在另一實例中，當色散度量之半高寬(FWHM)值超過一臨限值時，可識別一缺陷。在另一實例中，色散度量值之一軌跡下的區域可使用於識別一缺陷。
在另一態樣中，本文呈現之方法及系統可應用於由相同光譜資料集特性分析之多個層。
前文為一概要且因此在必要之情況下含有細節之簡化、概括及省略。結果，熟悉此項技術者將瞭解該概要僅為繪示性且不以任何方式限制。在本文提出的非限制性詳細描述中，本文描述之裝置及/或程序之其他態樣、發明特徵及優點將變為顯而易見。
現在將詳細地參考本發明之背景實例及一些實施例，本發明之實例繪示於附圖中。
圖1繪示根據本發明之一實施例的用於量測一半導體晶圓之一薄膜之一帶結構特性的一系統100。如圖1中所示，系統100可使用於履行安置於一平移台110上之一半導體晶圓112之一或多個膜114上之光譜橢圓偏振技術。在此態樣中，系統100可包含裝備有一照明器102及一分光計104之一光譜橢圓偏振計。系統100之照明器102經組態以產生一所選波長範圍(例如，150 nm至850 nm)之照明且將其引導至安置於半導體晶圓112之表面上之薄膜(例如，HfSiON薄膜)。繼而，分光計104經組態以接收從半導體晶圓112之
表面反射之照明。進一步指明，使用偏光器107使從照明器102出射之光偏光以生產一經偏光照明束106。由安置於晶圓112上之薄膜114反射之輻射穿過一分析器109且到分光計104。在此方面，將收集束108中由分光計104接收之輻射與照明束106之入射輻射相比較而容許薄膜114之光譜分析。
在一進一步實施例中，系統100可包含一或多個計算系統116。一或多個計算系統116可通信地耦合至分光計104。在一態樣中，一或多個計算系統116可經組態以接收由分光計104在一或多個晶圓上履行之一組光譜量測。在從分光計接收一或多個取樣程序之結果後，接著一或多個計算系統116可演算一光學色散度量。在此方面，計算系統116可跨來自分光計104之獲取之光譜的所選光譜範圍(例如，150 nm至850 nm)擷取薄膜之複折射率之實分量(n)及虛分量(k)。進一步，計算系統116可利用應用於一所選色散模型之一回歸程序(例如，普通最小平方回歸)擷取n-曲線及k-曲線。在一較佳實施例中，所選色散模型可包含具有兩個Tauc Lorentz分量(Sum-TL模型)之一和模型。在額外實施例中，所選色散模型可包含一諧波振盪器模型。
在一進一步實施例中，計算系統116可基於光學色散度量決定指示膜114之一電效能的一帶結構特性。例如，計算系統116可經組態以自動識別表示所選光譜範圍內之光學色散度量之值的一光學色散曲線(例如，圖3A至圖3B及圖4)內之趨勢。譬如，計算系統116可識別可在一光學色
散曲線中觀察之能帶缺陷。在另一實例中，計算系統116可識別可在一光學色散曲線中觀察之材料帶隙。在一些實例中，計算系統116可經組態以使用使用者輸入之幫助識別一光學色散曲線內之趨勢。譬如，可在一顯示器(未展示)(諸如一液晶顯示器)上將一光學色散曲線呈現給一使用者。接著使用者可藉由使用一使用者界面裝置(例如，滑鼠、鍵盤、觸控板、軌跡球、觸控螢幕或類似物)將資訊輸入至計算系統116中來識別一光學色散曲線中之趨勢。在此方面，使用者可選擇或「標記」與分析相關之光學色散曲線之部分，繼而接著計算系統可用該等光學色散曲線之部分履行進一步或細化分析。申請者指明將在本文中進一步更詳細地討論如圖3A至圖3B及圖4中所示之關於光學色散曲線之分析的詳情。
如圖2中所繪示，在一些實施例中，一中間層114B位於一半導體基板112(例如，矽)與一高k絕緣層114A之間以促進高k材料與半導體基板之間之黏著性。通常，中間層114B非常薄(例如，十埃)。在一些實例中，為了運用如本文描述之方法及系統進行分析之目的，高k絕緣層114A及中間層114B將一起模型化作為一層。在此實例中，一或多個計算系統116可基於與聚合膜層114相關聯之一光學色散度量決定指示包含中間層114B及高k絕緣層114A二者之膜層114之一電效能的一帶結構特性。然而，在一些其他實例中，可分開模型化每一層。在此實例中，一或多個計算系統116可基於分別與每一實體相異層相關聯之光學色散
度量決定指示高k絕緣層114A之一電效能之一帶結構特性及指示中間層114B膜層之一電效能之一帶結構特性。
應認識到，可藉由一單個電腦系統116或替代地一多個電腦系統116實行遍及本揭示內容描述之多種步驟。而且，系統100之不同子系統(諸如光譜橢圓偏振計101)可包含適合於實行以上描述之步驟之至少一部分的一電腦系統。因此，以上描述不應解釋為對本發明之一限制，而僅僅一繪示。進一步，一或多個計算系統116可經組態以履行本文描述之方法實施例之任何者的(若干)任何其他步驟。
在另一實施例中，電腦系統116可以技術中所知的任何方式通信地耦合至橢圓偏振計101之分光計104或照明器子系統102。例如，一或多個計算系統116可耦合至橢圓偏振計101之分光計104之一計算系統及照明器子系統102之一計算系統。在另一實例中，分光計104及照明器102由一單個電腦系統控制。以此方式，系統100之電腦系統116可耦合至一單個橢圓偏振計電腦系統。
系統100之電腦系統116可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體從系統之子系統(例如，分光計104、照明器102及類似物)接收及/或獲取資料或資訊。以此方式，傳輸媒體可用作系統100之電腦系統116與其他子系統之間的一資料鏈路。進一步，計算系統116可經組態以經由一儲存媒體(即，記憶體)接收光譜結果。譬如，使用一橢圓偏振計之一分光計獲得之光譜結果可儲存於一永
久或半永久記憶體裝置中。在此方面，光譜結果可從一外部系統匯入。
而且，電腦系統116可經由一傳輸媒體將資料發送至外部系統。而且，系統100之電腦系統116可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體從其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如，來自一檢測系統之檢測結果或來自一度量衡系統之度量衡結果)。以此方式，傳輸媒體可用作系統100之電腦系統116與其他子系統之間的一資料鏈路。而且，電腦系統116可經由一傳輸媒體將資料發送至外部系統。
計算系統116可包含(但不限於)技術中所知的一個人電腦系統、主機電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器，或任何其他裝置。一般而言，可廣泛地定義術語「計算系統」以涵蓋具有執行來自一記憶體媒體之指令之一或多個處理器的任何裝置。
實施(諸如本文描述之方法)之程式指令120可在載體媒體118之上傳輸或儲存於載體媒體118上。載體媒體可為一傳輸媒體，諸如一電線、電纜或無線傳輸鏈路。載體媒體亦可包含一電腦可讀媒體，諸如一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟，或一磁帶。
圖1中所繪示之系統100之實施例可如本文描述進一步組態。此外，系統100可經組態以履行本文描述之(若干)方法實施例之任何者的(若干)任何其他步驟。
帶結構特性(例如，帶隙、帶邊緣、能帶缺陷、界面缺
陷、帶加寬等等)係對通過已完成晶圓之高k材料層的非期望之洩漏電流的主要貢獻者。因此，未完成晶圓之材料層之帶結構特性係已完成晶圓之電效能之適合指示符。在一態樣中，帶結構特性推導自從高生產率之基於光學之薄膜量測工具獲得之資料。所得帶結構特性使用於預測製造程序中之一早期點處的已完成晶圓之電效能。
圖5繪示適合於藉由本發明之系統100之實施的一程序流程200。在一態樣中，認識到可經由由計算系統116之一或多個處理器執行之一預程式化演算法實行程序流程200之資料處理步驟。雖然在系統100之背景內容中呈現下列描述，但是本文認識到系統100之特定結構態樣並不表示限制且應僅解釋為繪示性。
在步驟201中，在一高k薄膜沈積於晶圓上之後接收跨一寬闊光譜範圍之一未完成之多層半導體晶圓之一光譜回應。例如，光譜可從一橢圓偏振計101接收。在另一實例中，光譜可從一反射計(未展示)接收。可利用光譜橢圓偏振計101從沈積於晶圓112上之薄膜114之每一者獲取光譜資料。譬如，橢圓偏振計101可包含一照明器102及一分光計104，如本文先前所討論。分光計104可將與晶圓之薄膜之一光譜量測相關聯的結果傳輸至一或多個計算系統116以用於分析。在另一實例中，對於多個薄膜114之光譜可藉由匯入先前獲得之光譜資料來獲取。在此方面，不要求光譜獲取及光譜資料之隨後分析需要同時或在空間近區中履行。譬如，光譜資料可儲存於記憶體中以用於在一稍後
時間之分析。在另一例子中，可獲得光譜結果且將其等傳輸至位於一遠端位置處之分析計算系統。
在步驟202中，基於未完成之多層晶圓之光譜回應決定與半導體晶圓之一層相關聯之一光學色散度量。可預期許多有用的光學色散度量。例如，可基於光譜資料決定複折射率之實(n)分量及虛(k)分量之任何者。在另一實例中，可基於光譜資料決定複介電常數之實(ε1)分量及虛(ε2)分量之任何者。在其他實例中，可基於光譜資料決定ε2之平方根、吸收常數α=4πk/λ、導電率(σ)、集膚深度(δ)及衰減常數(σ/2)＊sqrt(μ/ε)之任何者。在其他實例中，可基於光譜資料決定前述光學色散度量之任何組合。藉由非限制性實例提供前述光學色散度量。可預期其他光學色散度量或度量組合。
在一些實例中，光譜回應資料經處理以從一分析色散模型(例如，Lorentzian模型)決定膜厚度及色散度量(例如，n及k)。在一些其他實例中，光譜回應資料經處理以從一經驗色散模型決定膜厚度及色散度量(例如，n及k)，其中數值演算色散度量。
在一實例中，從KLA-Tencor公司(加利福尼亞州(California)米爾皮塔斯市(Milpitas))購得之離線光譜分析(OLSA)軟體使用於數值演算k、ε2、σ及其他使用者定義之度量之任何者而無需一材料之色散性質之確切知識。在一較佳實例中，使用OLSA基於由一橢圓偏振計從包含SiOxHfO2SiN5材料之一薄膜層114A之一晶圓112取得的光
譜資料演算ε2。ε2之值120之軌跡繪示在一經量測光譜範圍內之色散度量ε2。圖3B繪示以對數格式繪製之值120之相同軌跡。
在一些實例中，可藉由利用應用於一所選色散模型之一回歸程序擷取跨獲取之光譜的所選光譜範圍的複折射率之實分量(n)及虛分量(k)來產生光學色散度量。在此方面，一回歸方法可使用一所選色散模型應用於經量測光譜資料。在一實施例中，具有兩個Tauc-Lorentz分量之一和模型可利用於產生晶圓之薄膜之每一者的n-色散曲線及k-色散曲線。在另一實施例中，一單個分量Tauc-Lorentz可利用於產生晶圓之薄膜之每一者的n-色散曲線及k-色散曲線。在另一實施例中，一Cody-Lorentz模型可利用於產生晶圓之薄膜之每一者的n-色散曲線及k-色散曲線。在又另一實施例中，一諧波振盪器模型可利用於產生晶圓之薄膜之每一者的n-色散曲線及k-色散曲線。
在步驟203中，至少部分基於跨原始光譜範圍之一子集之光學色散度量決定指示層之一電效能的一帶結構特性。通常，因為在較小光譜範圍內色散模型結果一般更精確，所以限制用於一帶結構特性之識別之光譜範圍係較佳的。因此，可為有利的是最初從一寬闊範圍內之光譜資料識別色散度量值以識別應專注於更詳細分析之區域(例如，在材料之帶隙附近)。基於此知識，可基於一較小範圍之光譜資料重新演算色散模型。基於所關注之能區，決定一帶結構特性。
在一些實例中，直接從應用於特定膜層之色散模型決定帶結構特性。例如，一分析模型、經驗模型或分析模型及經驗模型二者之一組合包含用一帶結構特性(例如，帶隙)作為一參數之一色散模型。以此方式，直接透過色散模型之回歸決定帶結構特性(即，模型解決方案自身決定帶結構特性)。
在一些實例中，藉由分析光譜範圍內之一光學色散度量(例如，k、ε2或描述藉由高k材料之電磁能之吸收或消光之其他參數)之值決定帶結構特性。
在一實例中，一帶結構特性係從一光學色散度量決定之一帶邊緣值。如圖3B中所繪示，當ε2超過一臨限值123時，定義一帶邊緣值。在所繪示實例中，經量測膜之一帶邊緣值係5電子伏特。
在另一實例中，一帶結構特性係由一光學色散度量之曲線擬合及內插決定之一經內插帶隙值。例如，如圖3A中所繪示，基於ε2之曲線擬合及內插決定一經內插帶隙。一般而言，一高k材料之非晶結構、層界面及未對準能帶貢獻於較低能級處之吸收邊緣之加寬。曲線擬合方法使用於決定明顯減少帶隙之決定中之加寬效果之衝擊的一經內插帶隙。例如，如圖3A中所繪示，線121表示對5電子伏特與5.5電子伏特之間的ε2值之一線性擬合。線122表示對6.2電子伏特與6.7電子伏特之間的ε2值之一線性擬合。其等在近似6電子伏特處之交叉係經內插帶隙值。雖然，如所繪示，線121及122係對不同光譜區內之ε2值之線性擬合，但
是可運用其他擬合方法。例如，較高階多項式函數、指數函數或其他數學函數可使用於擬合不同光譜區內之光學色散值以獲得經量測膜層之帶隙之一估計。
如圖3A至圖3B中所繪示，酌減加寬效果之經內插帶隙及包含加寬效果之帶邊緣值係不同值。經內插帶隙與帶邊緣之間之差值可使用作為指示經量測膜中存在之加寬效果之量值的一帶結構特性。以此方式，可基於其等對加寬效果及對不存在帶隙加寬效果之衝擊分開判斷程序改進。
在另一實例中，一帶結構特性係由一光學色散度量之分析識別之一缺陷。
圖4繪示使用從KLA-Tencor公司(加利福尼亞州(California)米爾皮塔斯市(Milpitas))購得之離線光譜分析(OLSA)軟體從橢圓偏振技術資料獲得的一例示性高k材料SiOxHfO2SiN5之複介電常數k之虛部分ε2。如圖4中繪所示，使用一橢圓偏振計或一反射計之光學量測對於量測1.3 ev至3 ev範圍中之能帶結構有效。相比之下，X射線光電子光譜法(XPS)量測限於大於5電子伏特之能級處的帶隙之量測。
色散曲線130繪示與SiOxHfO2SiN5膜相關聯之缺陷模式及吸收線。舉例而言，可以許多不同方式基於曲線121識別缺陷。
在一些實例中，若色散度量之量值超過一所選光譜範圍內之任何點處的一臨限值，則識別一缺陷。在一些實例中，所選光譜範圍在經量測膜之帶隙以下。例如，如圖4
中所繪示，在1.3電子伏特至3電子伏特之光譜範圍內(遠在SiOxHfO2SiN5膜之帶隙以下)當ε2之量值超過0.01之一值時存在三個例子。此等包含圖4中識別之缺陷131及132。
在一些實例中，若色散度量之半高寬(FWHM)值超過一所選光譜範圍內之任何點處的一臨限值，則識別一缺陷。在一些實例中，一峰或缺陷區之光譜位置使用於識別一缺陷。例如，可為已知一特定缺陷總是將自身表現為一特定光譜能級處之一峰。在此案例中，該能級處之一峰可識別為該特定缺陷。在一些實例中，峰或缺陷區下的區域使用於識別一缺陷。在一些實例中，一所選光譜範圍內之吸收峰的數量使用於識別一缺陷。
提供前述實例以用於繪示目的且並不限制可預期之帶結構特性的類型。可預期與電性質有關且因此充當一已完成晶圓之電效能之有效指示符的許多其他帶結構特性。
在步驟204中，在製造程序之一早期階段至少部分基於步驟203中識別之帶結構特性決定一已完成多層半導體晶圓之一電效能的一估計。如圖6中所繪示，表300包含使用本文討論之方法及系統決定之一未完成半導體晶圓的不同位置處的膜厚度及兩個帶結構特性的值(缺陷峰值及缺陷寬度)。如所繪示，在晶圓之五個不同位置中識別膜厚度、缺陷峰值及缺陷寬度。在此實例中，基於方程式(1)之線性模型決定每個位置處的已完成晶圓之電效能(例如，電流密度)之一估計。在此實例中，電效能係膜厚度(T)、缺陷峰(Dpeak)及缺陷寬度(Dwidth)之一函數。
Perfelectrical=8.0351-1.2729＊T+36.9009＊Dpeak-10.2542＊Dwidth (1)
圖7繪示將此等位置處的使用方程式(1)之模型估計之電流密度與已完成晶圓之經量測電流密度相比較的一繪圖400。在此實例中，藉由具有0.99之一決定係數(R2)之方程式(1)之線性模型估計已完成晶圓之實際電效能。
藉由非限制性實例提供方程式(1)之模型。許多其他模型(例如，非線性、指數等等)可經識別以精確地將在製造程序中之早期識別之帶結構特性與已完成晶圓之電效能相關。基於經識別帶結構特性及已完成晶圓之對應之經量測電效能解析模型參數。一旦已演算模型參數，模型使用於基於在製造程序中之早期識別之帶結構特性估計已完成晶圓之電效能。可預期併入帶結構特性之任何組合的模型。在本文中，電流密度呈現為一例示性電效能度量，然而可預期對特性分析已完成晶圓有用之任何其他電效能度量。
在一進一步態樣中，可基於相同光譜回應資料進行分開決定與一晶圓之不同層相關聯之光學色散度量及帶結構特性。例如，量測下之一晶圓可包含一半導體基板112、一中間層114B、一高k絕緣層114A及一額外膜層(未展示)。從分光計104接收之光譜回應資料包含來自所有此等層之貢獻。捕捉此等層之每一者之貢獻的一堆疊層模型可使用於分開決定與分析下之每個不同實體層或實體層之群組相關聯之光學色散度量及帶結構特性。
在另一進一步態樣中，堆疊模型包含半導體基板112(例
如，矽)之本質吸收峰之一模型。在一實例中，在高k膜之光譜量測中考量本質吸收峰。以此方式，可從高k膜之光譜回應有效地移除半導體基板之吸收峰。藉由使高k膜之光譜回應與半導體基板隔離，達成更精確地決定與高k膜層相關聯之缺陷及帶結構特性。
在另一進一步態樣中，帶結構特性(例如，帶隙及缺陷)使用於基於閘極絕緣體之品質在生產程序中之早期將晶圓及微晶片分級。此可避免需要使用昂貴及耗時的電測試設備在生產程序之結束將晶圓及微晶片分級。
在一或多個例示性實施例中，描述之功能可實施於硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中。若實施於軟體中，則功能可作為一或多個指令或代碼儲存於一電腦可讀媒體上或在一電腦可讀媒體之上傳輸。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及通信媒體二者，該通信媒體包含便於一電腦程式從一個地方傳送至另一地方之任何媒體。一儲存媒體可為可由一通用或專用電腦存取之任何可用媒體。舉例而言且並非限制，此等電腦可讀媒體可包括可使用於以指令或資料結構之形式攜載或儲存所需程式代碼構件及可由一通用或專用電腦或一通用或專用處理器存取的RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置或任何其他媒體。同樣，任何連接適當地稱為一電腦可讀媒體。例如，若使用一同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用戶線(DSL)或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)從一網站、伺服器或其他遠端源傳
輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)包含於媒體之定義中。如本文使用之磁碟及光碟包含光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟式磁碟及藍光光碟，其中磁碟常常磁性地重現資料，而光碟用雷射光學地重現資料。以上組合亦應包含於電腦可讀媒體之範疇內。
如本文使用之術語「晶圓」一般係指由一半導體或非半導體材料形成之基板。此一半導體或非半導體材料之實例包含(但不限於)單晶矽、砷化鎵及磷化銦。可普遍在半導體加工設施中發現及/或處理此等基板。
可於晶圓上形成一或多個層。例如，此等層可包含(但不限於)一光阻、一介電材料、一導電材料及一半導體材料。許多不同類型之此等層為技術中所知，且期望如本文使用之術語晶圓涵蓋在其上可形成所有類型之此等層的一晶圓。
可圖案化或未圖案化形成於一晶圓上之一或多個層。例如，一晶圓可包含複數個晶粒，每一者具有可重複圖案化之特徵。材料之此等層之形成及處理可最終導致完整的裝置。許多不同類型之裝置可形成於一晶圓上，且期望如本文使用之術語晶圓涵蓋在其上加工技術中所知的任何類型之裝置的一晶圓。
一典型之半導體程序包含藉由批之晶圓處理。如本文使用之一「批」係一起處理之晶圓之一群組(例如，25個晶圓之群組)。該批中之每個晶圓包括來自微影處理工具(例
如，步進電動機、掃描器等等)之許多曝光場。在每個場內可存在多個晶粒。一晶粒係最後變為一單個晶片之功能單元。可圖案化或未圖案化形成於一晶圓上之一或多個層。例如，一晶圓可包含複數個晶粒，每一者具有可重複圖案化之特徵。材料之此等層之形成及處理可最終導致完整的裝置。許多不同類型之裝置可形成於一晶圓上，且期望如本文使用之術語晶圓涵蓋在其上加工技術中所知的任何類型之裝置的一晶圓。
雖然本文關於晶圓描述實施例，但是應理解，實施例可使用於特性分析另一樣本之薄膜(諸如一主光罩)，其普遍亦可稱為一遮罩或一光罩。許多不同類型之主光罩為技術中所知，且期望如本文使用之術語「主光罩」、「遮罩」及「光罩」涵蓋技術中所知的所有類型之主光罩。
本文描述之實施例一般係關於用於在高生產率下基於光學色散度量決定多層薄膜之帶結構特性的方法。例如，一個實施例係關於用於基於推導自光譜橢圓偏振計資料之光學色散度量決定多層薄膜之帶結構特性的一電腦實施方法。然而，本文描述之方法並不限於可自其等推導光學色散度量的檢測系統之類型。例如，在一實施例中，檢測系統包含用於晶圓之薄膜檢測的一反射計。
此外，檢測系統可經組態用於圖案化晶圓及/或未圖案化晶圓之檢測。檢測系統可組態為從在高生產率下基於光學色散度量的多層薄膜之帶結構特性之決定獲益的一LED檢測工具、邊緣檢測工具、背面檢測工具、宏觀檢測工具
或多模式檢測工具(涉及同時來自一或多個平台之資料)及任何其他度量衡或檢測工具。
雖然以上為了教學之目的描述某些特性實施例，但是此專利文件之教示具有一般適用性且並不限於以上描述之特定實施例。因此，可在不脫離如申請專利範圍中提出之本發明之範疇下實踐描述之實施例的多種特徵之多種修改、適應及組合。
100‧‧‧系統
102‧‧‧照明器/照明器子系統
104‧‧‧分光計
106‧‧‧照明束
107‧‧‧偏光器
108‧‧‧收集束
109‧‧‧分析器
110‧‧‧平移台
112‧‧‧半導體晶圓
114‧‧‧膜/薄膜/聚合膜層
114A‧‧‧高k絕緣層
114B‧‧‧中間層
116‧‧‧計算系統
118‧‧‧載體媒體
120‧‧‧程式指令
120‧‧‧值
121‧‧‧線/曲線
122‧‧‧線
130‧‧‧色散曲線
131‧‧‧缺陷
132‧‧‧缺陷
200‧‧‧程序流程
201‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
203‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
300‧‧‧表
400‧‧‧繪圖
圖1係繪示包含薄膜特性分析功能性之一晶圓檢測系統100的一經簡化圖。
圖2係繪示具有可由如本文描述之方法及系統特性分析的附接之薄膜層114A及114B之一半導體基板112的一經簡化圖。
圖3A至圖3B繪示與一薄膜材料層相關聯的一光學色散曲線及推導自該曲線之帶結構特性。
圖4係繪示與一薄膜材料層相關聯之一光學色散曲線及從該曲線識別之帶結構缺陷的一繪圖。
圖5係繪示從光譜回應資料決定帶結構特性之一方法200的一流程圖190。
圖6係繪示使用如本文描述之方法及系統決定的一未完成半導體晶圓之不同位置處的膜厚度及兩個帶結構特性之值的一表。
圖7係繪示將不同位置處的經估計電流密度與已完成晶圓之經量測電流密度相比較的一繪圖。
100‧‧‧系統
102‧‧‧照明器/照明器子系統
104‧‧‧分光計
106‧‧‧照明束
107‧‧‧偏光器
108‧‧‧收集束
109‧‧‧分析器
110‧‧‧平移台
112‧‧‧半導體晶圓
114‧‧‧膜/薄膜/聚合膜層
116‧‧‧計算系統
118‧‧‧載體媒體
120‧‧‧程式指令
Claims (21)
- 一種方法，其包括：接收跨一第一光譜範圍的一未完成之多層半導體晶圓之一光譜回應；至少部分基於該光譜回應決定該多層半導體晶圓之一第一層之一光學色散度量；至少部分基於跨該第一光譜範圍內之一第二光譜範圍的該多層半導體晶圓之該色散度量決定指示該多層半導體晶圓之該第一層之一電效能的一帶結構特性；及至少部分基於該帶結構特性決定該多層半導體晶圓之該電效能之一估計。
- 如請求項1之方法，其中該第一層係安置於一半導體基板上方之一電絕緣層。
- 如請求項2之方法，其中該第一層包含該半導體基板與該電絕緣層之間的一中間層。
- 如請求項1之方法，其中該帶結構特性係該第一層之一經內插帶隙且該經內插帶隙之決定涉及該光學色散度量之曲線擬合及內插。
- 如請求項1之方法，其中該帶結構特性係該第一層之一帶邊緣且該帶邊緣之決定涉及決定該光學色散度量超過一臨限值。
- 如請求項1之方法，其中該帶結構特性係與該第一層相關聯之一帶加寬且該帶加寬之決定涉及決定該第一層之一經內插帶隙及一帶邊緣及決定該帶邊緣與該經內插帶 隙之間的一差值。
- 如請求項1之方法，其中該帶結構特性係一缺陷且該缺陷之決定涉及在該第一層之一帶隙以下的一光譜範圍內決定該光學色散度量是否超過一臨限值。
- 如請求項1之方法，其進一步包括：基於用一橢圓偏振計或一反射計的該多層半導體晶圓之一量測決定該未完成之多層半導體晶圓之該光譜回應。
- 如請求項1之方法，其進一步包括：至少部分基於該光譜回應決定該多層半導體晶圓之一第二層之一光學色散性質；及至少部分基於該第二層之該色散性質決定指示該多層半導體晶圓之該第二層之一電效能的一帶結構特性。
- 一種非暫時性之電腦可讀媒體，其包括：用於造成一電腦接收跨一第一光譜範圍的一未完成之多層半導體晶圓之一光譜回應的代碼；用於造成該電腦至少部分基於該光譜回應決定該多層半導體晶圓之一第一層之一光學色散度量的代碼；用於造成該電腦至少部分基於跨該第一光譜範圍內之一第二光譜範圍的該多層半導體晶圓之該色散度量決定指示該多層半導體晶圓之該第一層之一電效能的一帶結構特性的代碼；及用於造成該電腦至少部分基於該帶結構特性決定該多層半導體晶圓之該電效能之一估計的代碼。
- 如請求項10之非暫時性之電腦可讀媒體，其中該帶結構特性係該第一層之一經內插帶隙且該經內插帶隙之決定涉及該光學色散度量之曲線擬合及內插。
- 如請求項10之非暫時性之電腦可讀媒體，其中該帶結構特性係該第一層之一帶邊緣且該帶邊緣之決定涉及決定該光學色散度量超過一臨限值。
- 如請求項10之非暫時性之電腦可讀媒體，其中該帶結構特性係與該第一層相關聯之一帶加寬且該帶加寬之決定涉及決定該第一層之一經內插帶隙及一帶邊緣及決定該帶邊緣與該經內插帶隙之間的一差值。
- 如請求項10之非暫時性之電腦可讀媒體，其中該帶結構特性係一缺陷且該缺陷之決定涉及在該第一層之一帶隙以下的一光譜範圍內決定該光學色散度量是否超過一臨限值。
- 如請求項10之非暫時性之電腦可讀媒體，其進一步包括：用於造成該電腦至少部分基於該光譜回應決定該多層半導體晶圓之一第二層之一光學色散性質的代碼；及用於造成該電腦至少部分基於該第二層之該色散性質決定指示該多層半導體晶圓之該第二層之一電效能的一帶結構特性的代碼。
- 一種系統，其包括：一照明器；一分光計；及 一或多個電腦系統，其等經組態以：接收跨一第一光譜範圍的一未完成之多層半導體晶圓之一光譜回應；至少部分基於該光譜回應決定該多層半導體晶圓之一第一層之一光學色散度量；至少部分基於跨該第一光譜範圍內之一第二光譜範圍的該多層半導體晶圓之該色散度量決定指示該多層半導體晶圓之該第一層之一電效能的一帶結構特性；及至少部分基於該帶結構特性決定該多層半導體晶圓之該電效能之一估計。
- 如請求項16之系統，其中該帶結構特性係該第一層之一經內插帶隙且至少部分藉由該光學色散度量之曲線擬合及內插決定該經內插帶隙。
- 如請求項16之系統，其中該帶結構特性係該第一層之一帶邊緣且至少部分藉由決定該光學色散度量超過一臨限值來決定該帶邊緣。
- 如請求項16之系統，其中該帶結構特性係與該第一層相關聯之一帶加寬且至少部分藉由決定該第一層之一經內插帶隙及一帶邊緣及決定該帶邊緣與該經內插帶隙之間的一差值來決定該帶加寬。
- 如請求項16之系統，其中該帶結構特性係一缺陷且至少部分藉由在該第一層之一帶隙以下的一光譜範圍內決定該光學色散度量是否超過一臨限值來決定該缺陷。
- 如請求項16之系統，其中該一或多個電腦系統經進一步 組態以：至少部分基於該光譜回應決定該多層半導體晶圓之一第二層之一光學色散性質；及至少部分基於該第二層之該色散性質決定指示該多層半導體晶圓之該第二層之一電效能的一帶結構特性。
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