CN118330009B - 晶圆膜层中物质浓度的量测方法和量测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了晶圆膜层中物质浓度的量测方法和量测系统。所述晶圆膜层中物质浓度的量测方法包括：获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系；提供目标晶圆；获取所述目标晶圆的目标薄膜NK值；根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。本实施例提供的晶圆膜层中物质浓度的量测方法能够实现准确且无损量测不同膜厚的晶圆中的物质浓度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法和一种晶圆膜层中物质浓度的量测系统。
背景技术
对于晶圆表面以下10nm范围内的物质浓度的量测，一般可通过X射线光电子能谱技术（XPS）量测或者动态-二次离子质谱（D-SIMS）量测。但是，通过X射线光电子能谱技术（XPS）量测晶圆中的物质浓度，一方面会受到检测范围限制，即对于晶圆表面10nm以上的范围内的物质浓度无法通过X射线光电子能谱技术（XPS）量测，另一方面涉及High K（高介电常数的材料）时，若膜层中有Hf（氟化氢）会对物质浓度（例如SiGe浓度）分析造成干扰；动态-二次离子质谱（D-SIMS）是利用一次离子束轰击材料表面，通过质谱分析器检测溅射出来的带有正负电荷的二次离子的质荷比，从而得到样品表面元素组成，但由于其离子源为高密度离子束（原子剂量>1012 ions/cm2），对样品的溅射作用大，故是一种破坏性分析。
因此，亟需一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法来实现准确且无损量测不同膜厚中的物质浓度。
发明内容
因此，为克服现有技术中存在的至少部分缺陷和不足，本发明实施例提供一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法和一种晶圆膜层中物质浓度的量测系统。
具体地，一方面，本发明实施例提供的一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法，包括：获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系；提供目标晶圆；获取所述目标晶圆的目标薄膜NK值；根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。
在本发明的一个具体实施例中，所述获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，具体包括：提供多个测试晶圆；通过浓度量测设备获取多个所述测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度；通过晶圆薄膜NK值量测设备获取多个所述测试晶圆的多个薄膜NK值，多个所述物质浓度和多个所述薄膜NK值一一对应；根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系。
在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系，具体包括：获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度；根据多个所述厚度和多个所述薄膜NK值生成第一子线性关系；通过所述多个厚度根据所述第一子线性关系和所述多个物质浓度生成所述线性关系。
在本发明的一个具体实施例中，所述获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度，具体为：通过公式，获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度； 其中，为相邻两相干光的位相差，n为薄膜的折射率，θ为折射角。
在本发明的一个具体实施例中，在所述根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系，之后，还包括：通过动态-二次离子质谱量测不同厚度中的物质浓度以对所述线性关系进行验证。
在本发明的一个具体实施例中，所述物质浓度为SiGe浓度。
另一方面，本发明实施例还提供的一种晶圆膜层中物质浓度的量测系统，包括：膜厚机台，所述膜厚机台包括：晶圆薄膜NK值量测模块，用于获取目标晶圆的目标薄膜NK值；以及分析模块，用于获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，并根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。
在本发明的一个具体实施例中，所述晶圆膜层中物质浓度的量测系统，还包括：浓度量测设备，用于获取多个测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度；薄膜厚度量测设备，用于获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度；所述晶圆薄膜NK值量测模块还用于获取多个所述测试晶圆的多个薄膜NK值，其中，多个所述物质浓度和多个所述薄膜NK值一一对应；所述分析模块还用于根据多个所述厚度和多个所述薄膜NK值生成第一子线性关系，并通过所述多个厚度根据所述第一子线性关系和所述多个物质浓度生成所述线性关系。
在本发明的一个具体实施例中，所述晶圆膜层中物质浓度的量测系统，还包括：二次离子质谱仪，用于通过动态-二次离子质谱量测不同厚度中的物质浓度以对所述线性关系进行验证。
在本发明的一个具体实施例中，所述物质浓度为SiGe浓度。
由上可知，本发明实施例通过获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，然后获取目标晶圆的目标薄膜NK值，再根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。因此可以准确量测不同膜厚的晶圆中的物质浓度，并且不会因为使用动态-二次离子质谱（D-SIMS）量测对晶圆造成损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法的流程图。
图2为图1中步骤S10的流程图。
图3为图2中步骤S14的流程图。
图4为图1中步骤S10的另一流程图。
图5为本实施例提供的一种晶圆膜层中物质浓度的量测系统的结构示意图。
图6为本实施例提供的晶圆膜层中物质浓度的量测系统的另一结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明描述的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，在发明实施例及权利要求书中所涉及的术语“垂直”是指两个元件之间的夹角为90°或者存在-5°~+5°的偏差，所涉及的术语“平行”是指两个元件之间的夹角为0°或者存在-5°~+5°的偏差。
在本发明实施例中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
参见图1，本发明实施例提供的一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法，包括以下步骤：
S10，获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系；
S20，提供目标晶圆；
S30，获取所述目标晶圆的目标薄膜NK值；
S40，根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。
具体地，薄膜NK值是指光在薄膜中的传播速度的参数，其中，N表示薄膜材料的折射率，折射率是薄膜对光传播速度影响程度的度量，为真空中光速与薄膜材料中光速的比值。K指吸收系数，吸收系数是衡量薄膜材料对入射光吸收能力的参数，表示入射光在薄膜材料中被吸收的程度。NK值通常一起使用来表示薄膜材料对入射光的调制能力。晶圆中不同的物质浓度对应的薄膜NK值不同，且不同的物质浓度的NK值一般会随着浓度的上升有渐变的特征。获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，晶圆的薄膜NK值可通过晶圆薄膜NK值量测设备获取，然后根据获取的目标晶圆的目标薄膜NK值和所述线性关系得到目标晶圆的物质浓度。因此可以准确量测不同膜厚的晶圆中的物质浓度，并且不会因为使用动态-二次离子质谱（D-SIMS）量测对晶圆造成损坏。
参见图2，步骤S10所述获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，可例如具体包括以下步骤：
S11，提供多个测试晶圆；
S12，通过浓度量测设备获取多个所述测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度；
S13，通过晶圆薄膜NK值量测设备获取多个所述测试晶圆的多个薄膜NK值，多个所述物质浓度和多个所述薄膜NK值一一对应；
S14，根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系。
具体地，提供多个测试晶圆，多个测试晶圆的膜层的厚度可例如不同，且多个测试晶圆中的物质浓度可例如不同，并且测试晶圆的膜层可例如为薄膜。通过浓度量测设备获取多个所述测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度，并通过晶圆薄膜NK值量测设备获取多个所述测试晶圆的多个薄膜NK值，其中，多个所述物质浓度和多个所述薄膜NK值一一对应。根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系。
参见图3，步骤S14所述根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系，具体包括以下步骤：
S141，获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度；
S142，根据多个所述厚度和多个所述薄膜NK值生成子线性关系；
S143，通过所述多个厚度根据所述子线性关系和所述多个物质浓度生成所述线性关系。
晶圆的薄膜的物质浓度与薄膜的厚度相关，因此测量多个测试晶圆的薄膜的多个厚度，然后根据多个所述厚度和多个所述薄膜NK值生成子线性关系，通过浓度量测设备量测已知厚度的多个所述测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度，这样一来，通过多个厚度为桥梁根据所述子线性关系和所述多个物质浓度生成所述线性关系。
进一步地，可例如通过公式，获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度； 其中，为相邻两相干光的位相差，n为薄膜的折射率，θ为折射角。具体地，可例如通过薄膜厚度量测设备40获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度。薄膜厚度量测设备40可例如为椭圆偏振仪。当光束入射到晶圆薄膜，将在薄膜内产生多次反射，并且从薄膜的两表面有一系列的相互平行的光束射出，通过计算这些光束的干涉便可以了解薄膜的一些性质。通过有一定厚度的薄膜时，相邻两相干光的位相差公式为，通过公式可以得到晶圆薄膜的厚度。
在本实施例的一个具体实施方式中，晶圆薄膜NK值量测设备可例如为膜厚机台，浓度量测设备可例如为X射线光电子能谱设备。
参见图4，在步骤S14所述根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系，之后，还包括：
S15，通过动态-二次离子质谱量测不同厚度中的物质浓度以对所述线性关系进行验证。
为了确保晶圆膜层中物质浓度的量测准确性，还可例如通过动态-二次离子质谱量测不同厚度中的物质浓度以对所述线性关系进行验证。SIMS是一种非常灵敏的表面成份精密分析仪器，是最前沿的表面分析技术；它是通过高能量的一次离子束轰击样品表面，使样品表面的分子吸收能量而从表面发生溅射产生二次粒子，通过质量分析器收集、分析这些二次离子，就可以得到关于样品表面信息的图谱。具体地，可例如提供多个验证测试晶圆，分别采用本实施例提供的晶圆膜层中物质浓度的量测方法和SIMS(secondary ionmass spectroscopy，二次离子质谱)对多个验证测试晶圆的膜层中的物质浓度进行量测，以进行对比，验证线性关系的准确性，进一步确保晶圆膜层中物质浓度的量测准确性。
在本实施例中，晶圆膜层中的物质浓度可例如为SiGe浓度，当然也可以为其他物质浓度。
参见图5，本发明实施例可例如还提供一种晶圆膜层中物质浓度的量测系统100，可例如包括：膜厚机台。膜厚机台可例如晶圆薄膜NK值量测模块10和分析模块20。本发明实施例提供的晶圆膜层中物质浓度的量测系统100用于执行上述的晶圆膜层中物质浓度的量测方法。
具体地，膜厚机台可例如包括晶圆薄膜NK值量测模块10，晶圆薄膜NK值量测模块10用于获取目标晶圆的目标薄膜NK值。分析模块20可例如为膜厚机台中的处理器，分析模块20用于获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，并根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。
进一步地，参见图6，晶圆膜层中物质浓度的量测系统100可例如还包括：浓度量测设备30和薄膜厚度量测设备40。浓度量测设备30可例如为使用X射线光电子能谱量测物质浓度的设备，具体可例如包括X射线源、超高真空不锈钢舱室及超高真空泵、电子收集透镜、电子能量分析仪、μ合金磁场屏蔽、电子探测系统、适度真空的样品舱室、样品支架、样品台、样品台操控装置等。浓度量测设备30用于通过X射线光电子能谱技术获取多个测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度，具体检测过程可参考现有技术中的X射线光电子能谱技术，本实施例在此不再赘述。薄膜厚度量测设备40可例如为椭圆偏振仪，椭圆偏振仪可例如包括 He -Ne 激光器(λ=6328Å)、起偏器、λ/4波片以及在反射光路上的检偏器和光电倍增管。当然，薄膜厚度量测设备40也以为其他设备。薄膜厚度量测设备40用于获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度，具体检测过程可参考现有技术中的薄膜厚度检测方法，本实施例在此不再赘述。
晶圆薄膜NK值量测模块10还用于获取多个所述测试晶圆的多个薄膜NK值，其中，多个所述物质浓度和多个所述薄膜NK值一一对应。分析模块20还用于根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系，具体可例如根据多个所述厚度和多个所述薄膜NK值生成第一子线性关系，并通过所述多个厚度根据所述第一子线性关系和所述多个物质浓度生成所述线性关系。
具体地，提供多个测试晶圆，多个测试晶圆的膜层的厚度可例如不同，且多个测试晶圆中的物质浓度可例如不同，并且测试晶圆的膜层可例如为薄膜。浓度量测设备30可例如通过X射线光电子能谱技术量测多个所述测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度。晶圆薄膜NK值量测模块10量测多个所述测试晶圆的多个薄膜NK值，其中，多个所述物质浓度和多个所述薄膜NK值一一对应。浓度量测设备30和晶圆薄膜NK值量测模块10将获取的所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值提供给分析模块20，分析模块20根据所述多个物质浓度和所述多个薄膜NK值生成所述线性关系。
进一步地，薄膜厚度量测设备40获取多个所述测试晶圆的薄膜的多个厚度。晶圆的薄膜的物质浓度与薄膜的厚度相关，因此测量多个测试晶圆的薄膜的多个厚度。分析模块20根据多个所述厚度和多个所述薄膜NK值生成子线性关系，通过浓度量测设备30量测已知厚度的多个所述测试晶圆的薄膜内的多个物质浓度，这样一来，通过多个厚度为桥梁根据所述子线性关系和所述多个物质浓度生成所述线性关系。
在量测目标晶圆的膜层中的物质浓度时，晶圆薄膜NK值量测模块10量测目标晶圆的目标薄膜NK值，然后晶圆薄膜NK值量测模块10将目标薄膜NK值提供给分析模块20。分析模块20根据获取的目标晶圆的目标薄膜NK值和所述线性关系得到目标晶圆的物质浓度。因此可以准确量测不同膜厚的晶圆中的物质浓度，并且不会因为使用动态-二次离子质谱（D-SIMS）量测对晶圆造成损坏。
本实施例提供的晶圆膜层中物质浓度的量测系统，还可例如包括：二次离子质谱仪。二次离子质谱仪用于通过动态-二次离子质谱量测不同厚度中的物质浓度以对所述线性关系进行验证。二次离子质谱仪是一种非常灵敏的表面成份精密分析仪器，是最前沿的表面分析技术；它是通过高能量的一次离子束轰击样品表面，使样品表面的分子吸收能量而从表面发生溅射产生二次粒子，通过质量分析器收集、分析这些二次离子，就可以得到关于样品表面信息的图谱。具体地，可例如提供多个验证测试晶圆，分别采用本实施例提供的晶圆膜层中物质浓度的量测方法和SIMS(secondary ion mass spectroscopy，二次离子质谱)对多个验证测试晶圆的膜层中的物质浓度进行量测，以进行对比，验证线性关系的准确性，进一步确保晶圆膜层中物质浓度的量测准确性。
综上所述，本发明实施例提供的通过获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，然后获取目标晶圆的目标薄膜NK值，再根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的物质浓度。因此可以准确量测不同膜厚的晶圆中的物质浓度，并且不会因为使用动态-二次离子质谱（D-SIMS）量测对晶圆造成损坏。
此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种晶圆膜层中物质浓度的量测方法，其特征在于，包括：
获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，所述物质浓度为SiGe浓度；
提供目标晶圆；
获取所述目标晶圆的目标薄膜NK值；
根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的薄膜的物质浓度；
其中，所述获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，具体包括：
提供多个测试晶圆；
通过浓度量测设备获取所述多个测试晶圆的薄膜的物质浓度；
通过晶圆薄膜NK值量测设备获取所述多个测试晶圆的薄膜NK值，所述多个测试晶圆的薄膜的所述物质浓度和所述薄膜NK值一一对应；
根据所述多个测试晶圆的薄膜的所述物质浓度和对应的薄膜NK值生成所述线性关系；
提供多个验证测试晶圆；
获取所述验证测试晶圆的薄膜NK值并根据所述线性关系得到所述验证测试晶圆的第一物质浓度；
通过动态-二次离子质谱量测所述验证测试晶圆中的第二物质浓度；
通过对比所述第一物质浓度和所述第二物质浓度对所述线性关系进行验证。
2.如权利要求1所述的晶圆膜层中物质浓度的量测方法，其特征在于，所述根据所述多个测试晶圆的薄膜的所述物质浓度和对应的薄膜NK值生成所述线性关系，具体包括：
获取所述多个测试晶圆的薄膜的厚度；
根据所述多个测试晶圆的薄膜的所述厚度和对应的所述薄膜NK值生成子线性关系；晶圆的薄膜的物质浓度与薄膜的厚度相关；
根据所述子线性关系和所述多个测试晶圆的薄膜的所述物质浓度生成所述线性关系。
3.如权利要求2所述的晶圆膜层中物质浓度的量测方法，其特征在于，所述获取所述多个测试晶圆的薄膜的厚度，具体为：通过公式，获取所述多个测试晶圆的薄膜的厚度；
其中，为相邻两相干光的位相差，n为薄膜的折射率，θ为折射角。
4.一种晶圆膜层中物质浓度的量测系统，其特征在于，包括：膜厚机台、浓度量测设备、薄膜厚度量测设备和二次离子质谱仪；所述膜厚机台包括：
晶圆薄膜NK值量测模块，用于获取目标晶圆的目标薄膜NK值；以及
分析模块，用于获取晶圆膜层中物质浓度与薄膜NK值之间的线性关系，并根据所述目标薄膜NK值和所述线性关系得到所述目标晶圆的薄膜的物质浓度，所述物质浓度为SiGe浓度；
所述浓度量测设备，用于获取多个测试晶圆的薄膜的物质浓度；
所述薄膜厚度量测设备，用于获取所述多个测试晶圆的薄膜的厚度；
所述晶圆薄膜NK值量测模块还用于获取所述多个测试晶圆的薄膜NK值，其中，所述多个测试晶圆的薄膜的所述物质浓度和所述薄膜NK值一一对应；
所述分析模块还用于根据所述多个测试晶圆的薄膜的所述厚度和所述薄膜NK值生成子线性关系，晶圆的薄膜的物质浓度与薄膜的厚度相关；并通过所述子线性关系和所述多个测试晶圆的薄膜的所述物质浓度生成所述线性关系；
所述晶圆薄膜NK值量测模块还用于获取验证测试晶圆的薄膜NK值；
所述分析模块还用于根据所述验证测试晶圆的薄膜NK值和所述线性关系得到所述验证测试晶圆的第一物质浓度；
所述二次离子质谱仪用于通过动态-二次离子质谱量测所述验证测试晶圆中的第二物质浓度；
所述分析模块还用于通过对比所述第一物质浓度和所述第二物质浓度对所述线性关系进行验证。
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