專利名稱：薄膜厚度的監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄膜厚度的監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
厚度是薄膜的一個(gè)重要參數(shù)，通過監(jiān)控不同批次薄膜樣品的厚度值，并進(jìn)行比較， 是業(yè)內(nèi)判斷工藝機(jī)臺(tái)是否穩(wěn)定、以及工藝參數(shù)是否滿足需要的一項(xiàng)重要手段。在業(yè)界有多種監(jiān)控薄膜厚度的技術(shù)手段，比如，橢圓偏振儀、透射電子顯微鏡、二次質(zhì)譜儀等。但是利用透射電子顯微鏡和二次質(zhì)譜儀監(jiān)控薄膜的厚度需要損壞樣品，所以橢圓偏振儀是一種相對(duì)優(yōu)選的監(jiān)控方法。但是在有些情況下，比如，薄膜厚度小于300納米的情況下，部分廠家生產(chǎn)的橢圓偏振儀不能精確監(jiān)控薄膜的厚度，使得不能通過比較不同批次以相同工藝條件制備的薄膜的厚度關(guān)系來判斷機(jī)臺(tái)是否發(fā)生漂移，采用其他技術(shù)手段可以比較精確地監(jiān)控薄膜的厚度，但是會(huì)破壞薄膜。與此同時(shí)，摻雜技術(shù)，比如利用離子注入的方法摻雜，常被用于改善半導(dǎo)體器件的性能，對(duì)離子注入的監(jiān)控，比如注入深度、注入離子的分布等，就變得至關(guān)重要，熱波技術(shù)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)，用于對(duì)植入離子的監(jiān)控。如圖1所示，熱波技術(shù)的原理是將激光 006 (泵浦光)照射至樣品001表面時(shí)，產(chǎn)生熱波擴(kuò)散現(xiàn)象，而此擴(kuò)散熱波002將被樣品內(nèi)由離子植入所造成的散亂晶格003(離子植入造成)所阻擋，致使該區(qū)之熱密度高于其他區(qū)， 表面發(fā)生熱膨脹進(jìn)而使樣品的對(duì)光的反射率發(fā)生變化，而經(jīng)由入射的氦氖激光005(探測(cè)光)的反射率變化程度即可間接測(cè)知破壞量，其中004為反射光。在公布號(hào)為US2010235115的美國(guó)專利中，對(duì)熱波測(cè)量的原理及使用范圍有詳細(xì)的描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種可靠的、非破壞性薄膜厚度的監(jiān)控方法。為解決上述問題，本發(fā)明一種薄膜厚度的監(jiān)控方法，包含提供襯底、參考薄膜和參考熱波信號(hào)；在所述襯底表面沉積薄膜；對(duì)所述薄膜進(jìn)行摻雜；對(duì)摻雜后的薄膜進(jìn)行熱波測(cè)量，得到熱波信號(hào)；對(duì)比所得到的熱波信號(hào)與參考熱波信號(hào)，如果所得到熱波信號(hào)與所述的參考熱波信號(hào)的差的絕對(duì)值小于所述參考熱波信號(hào)的百分之一，則所得到的薄膜的厚度與參考薄膜厚度相同。優(yōu)選地，對(duì)薄膜摻雜后，對(duì)摻雜薄膜進(jìn)行退火處理。優(yōu)選地，所述薄膜的材料是硅化鍺。優(yōu)選地，所述摻雜采用的是離子注入法。優(yōu)選地，所述摻雜的離子是η型離子或者ρ型離子。優(yōu)選地，所述摻雜的離子是硼離子、氟化硼離子、磷離子、或者砷離子。優(yōu)選地，所述摻雜的注入能量的范圍是500eV 20keV。優(yōu)選地，所述摻雜的注入的劑量為1E14 5E15原子/平方厘米。
優(yōu)選地，所述退火處理采用的是最高溫度值是950 1100°C的尖峰式退火。優(yōu)選地，所述退火處理采用的是最高溫度值是1100 1300°C的激光退火。優(yōu)選地，所述熱波測(cè)量采用的泵浦光的波長(zhǎng)是633nm。優(yōu)選地，所述熱波測(cè)量采用的探測(cè)光的波長(zhǎng)是488nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法，通過測(cè)量并比較薄膜的熱波信號(hào)監(jiān)控不同批次的薄膜的厚度是否相同，從而判斷機(jī)臺(tái)是否發(fā)生偏移、以及所設(shè)定的工藝菜單是否滿足需要。此外，本發(fā)明所提供的監(jiān)控方法測(cè)量速度快，不破壞樣品。


圖1是熱波技術(shù)的原理示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法的流程示意圖；圖3是熱波測(cè)量技術(shù)原理示意圖；圖4和圖5為本發(fā)明隨提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法的實(shí)施例的剖面示意圖；圖6為熱波測(cè)量技術(shù)測(cè)量薄膜的示意圖；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)樣品摻雜后進(jìn)行熱波測(cè)量得到的熱波信號(hào)與樣品厚度的關(guān)系圖；圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)樣品摻雜并退火后進(jìn)行熱波測(cè)量得到的熱波信號(hào)與樣品厚度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)得知，部分橢圓偏振儀在對(duì)薄膜進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)薄膜厚度有一定要求， 當(dāng)厚度太薄或者太厚時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與實(shí)際厚度相偏離，測(cè)量精度降低，或者測(cè)量重復(fù)性達(dá)不到要求，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不可信。對(duì)此，本發(fā)明的發(fā)明人創(chuàng)造性地研究了熱波技術(shù)測(cè)量得到的熱波信號(hào)與薄膜的厚度之間的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)熱波信號(hào)與薄膜的厚度之間有相關(guān)性，在此，在本發(fā)明中提供一種薄膜厚度的監(jiān)控方法。本發(fā)明所提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法，通過測(cè)量并比較不同批次的薄膜的熱波信號(hào)，監(jiān)控不同批次的薄膜的厚度是否相同，從而判斷機(jī)臺(tái)是否發(fā)生偏移、以及所設(shè)定的工藝菜單是否滿足需要。此外，本發(fā)明所提供的監(jiān)控方法測(cè)量速度快，不破壞樣品。圖2為本發(fā)明所提供的監(jiān)控薄膜厚度的方法的流程示意圖，本發(fā)明所提供的監(jiān)控薄膜厚度的方法包括以下步驟步驟S101，提供襯底、參考薄膜和參考熱波信號(hào)。步驟S102，在所述襯底表面沉積薄膜。步驟S103，對(duì)所述薄膜進(jìn)行摻雜。步驟S104，對(duì)摻雜后的薄膜進(jìn)行熱波測(cè)量，得到熱波信號(hào)。步驟S105，對(duì)比所得到的熱波信號(hào)與參考熱波信號(hào)，如果所得到熱波信號(hào)與所述的參考熱波信號(hào)的差的絕對(duì)值小于所述參考熱波信號(hào)的百分之一，則所得到的薄膜的厚度與參考薄膜厚度相同。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。首先，提供襯底、參考薄膜和參考熱波信號(hào)。所述襯底可以選自N型硅基底、P型硅基底、絕緣層上的硅(SOI)。利用現(xiàn)有的沉積工藝在所述襯底表面沉積薄膜。所述參考薄膜是與在后續(xù)步驟中形成的薄膜在相同的工藝條件下，利用相同的機(jī)臺(tái)形成的參考薄膜，所述參考薄膜的厚度已知，比如采用投射電子顯微鏡測(cè)量得知所述參考薄膜的厚度。為了提高所述參考薄膜的厚度與所述參考熱波信號(hào)之間的相關(guān)性，在進(jìn)行熱波測(cè)量之前，對(duì)所述參考薄膜進(jìn)行摻雜處理，甚至進(jìn)行退火處理。所述參考熱波信號(hào)是所述參考薄膜在進(jìn)行摻雜、甚至退火處理后，一束探測(cè)光在所述參考薄膜表面反射后的反射光的光強(qiáng)變化幅度與最小光強(qiáng)之間的比值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述參考薄膜為硅化鍺薄膜，在測(cè)量熱波信號(hào)之前，對(duì)硅化鍺薄膜進(jìn)行了摻雜處理，所摻雜的離子可以是η型離子，也可以是ρ型離子。參考圖3，圖3為熱波測(cè)量技術(shù)原理示意圖，泵浦光源53發(fā)出的泵浦光透過半透半反鏡討照射在經(jīng)過摻雜的薄膜101表面，由于泵浦光的作用，光斑處產(chǎn)生熱量，所產(chǎn)生的熱量沿著薄膜101傳播，形成熱波，熱波受摻雜離子所產(chǎn)生的散亂晶格所阻擋，使得對(duì)應(yīng)區(qū)域的溫度升高從而表面發(fā)生熱膨脹，使得對(duì)應(yīng)區(qū)域的反射率不同于其他區(qū)域，而探測(cè)光源51 發(fā)出的探測(cè)光透過半透半反鏡陽，并在半透半反鏡M表面反射，在半透半反鏡M表面反射后形成的反射光照射在薄膜101表面，所述反射光光在薄膜101表面再次發(fā)生反射，在薄膜 101表面反射形成的反射光先在半透半反鏡M表面發(fā)生一次反射，所形成的反射光在半透半反鏡陽表面再發(fā)生一次反射，然后被熱波信號(hào)探測(cè)儀52收集。所述熱波信號(hào)為反射光的強(qiáng)度變化幅度與最小光強(qiáng)之間的比值。參看圖4，在所述襯底100表面沉積薄膜101。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，是利用外延的方法在硅襯底100表面沉積硅化鍺 (SiGe)薄膜101。沉積所述薄膜101的沉積工藝以及沉積環(huán)境與所述參考薄膜的沉積工藝、 沉積環(huán)境相同。參考圖5，對(duì)所述薄膜101進(jìn)行如步驟S103所述的摻雜。所述摻雜步驟可以采用現(xiàn)有的摻雜技術(shù)，所摻雜的離子是η型離子，或者是ρ型離子，比如硼離子(B+)、氟化硼離子(BF2+)、磷離子(P—5)或者砷離子(As—5)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用離子注入的方法對(duì)所述的硅化鍺薄膜101注入硼離子(B+)，注入能量的范圍是500eV 20keV，注入的劑量為1E14 5E15原子/平方厘米，得到經(jīng)過摻雜的薄膜101。 摻雜可以提高樣品的熱波信號(hào)與厚度之間的相關(guān)性。對(duì)所述薄膜101摻雜所采用的摻雜工藝與對(duì)所述參考薄膜所采用的摻雜工藝相同。優(yōu)化地，在對(duì)所述的硅化鍺薄膜101摻雜后，對(duì)經(jīng)過摻雜的硅化鍺薄膜101進(jìn)行退火處理，以使所植入的離子在所述的硅化鍺薄膜101中均勻分布。所述退火處理可以采用現(xiàn)有退火技術(shù)，比如，最高溫度值是950 1100°C的尖峰式退火或最高溫度值是1100 1300°C的激光退火，經(jīng)過退火處理，植入的離子均勻分布，可以減小后續(xù)監(jiān)控薄膜厚度步驟中的誤差。對(duì)所述薄膜101退火所采用的工藝與對(duì)所述參考薄膜退火所采用的退火工藝相同。參考圖6，對(duì)摻雜后的薄膜101進(jìn)行熱波測(cè)量，得到熱波信號(hào)。如圖6所示，泵浦光源53發(fā)出的泵浦光透過半透半反鏡M照射在經(jīng)過摻雜的硅化鍺薄膜101表面，由于泵浦光的作用，光斑處產(chǎn)生熱量，所產(chǎn)生的熱量沿著硅化鍺薄膜 101傳播，形成熱波，熱波受摻雜離子所產(chǎn)生的散亂晶格所阻擋，使得對(duì)應(yīng)區(qū)域的溫度升高從而表面發(fā)生熱膨脹，使得對(duì)應(yīng)區(qū)域的反射率不同于其他區(qū)域，而探測(cè)光源51發(fā)出的探測(cè)光透過半透半反鏡55，并在半透半反鏡M表面反射，照射在硅化鍺薄膜101表面，所述探測(cè)光在硅化鍺薄膜101表面發(fā)生反射，在硅化鍺薄膜101表面發(fā)生反射形成的反射光先在半透半反鏡M表面發(fā)生一次反射，所形成的反射光在半透半反鏡陽表面再發(fā)生一次反射，然后被熱波信號(hào)探測(cè)儀52收集，并得到熱波信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，泵浦光的波長(zhǎng)是633nm，探測(cè)光的波長(zhǎng)是488nm。最后，對(duì)比經(jīng)過前述步驟所得到的熱波信號(hào)與參考熱波信號(hào)。如果所得到熱波信號(hào)與所述的參考熱波信號(hào)的差的絕對(duì)值小于所述參考熱波信號(hào)值的百分之一，則認(rèn)為所得到的薄膜101的厚度與參考薄膜厚度相同，即機(jī)臺(tái)沒有發(fā)生漂移，工藝參數(shù)滿足工藝條件。反之，所得到熱波信號(hào)與所述的參考熱波信號(hào)的差的絕對(duì)值大于所述參考熱波信號(hào)值的百分之一，則認(rèn)為所得到的薄膜101的厚度與參考薄膜厚度不相同，即機(jī)臺(tái)發(fā)生漂移，工藝參數(shù)不再滿足工藝條件。為了驗(yàn)證本發(fā)明所提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法的可靠性，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)比了對(duì)同一樣品進(jìn)行熱波測(cè)量得到的熱波信號(hào)與用透射電子顯微鏡測(cè)量得到的薄膜的厚度之間的關(guān)系。圖7為對(duì)經(jīng)過摻雜處理的硅化鍺薄膜101進(jìn)行熱波測(cè)量得到的熱波信號(hào)與硅化鍺薄膜101厚度的關(guān)系圖，所述摻雜處理采用的是離子注入法，摻雜的能量是IOOOeV,摻雜的劑量是3E15原子/平方厘米。其中橫軸上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是各測(cè)量點(diǎn)距硅化鍺薄膜101表面中心的距離，左側(cè)縱坐標(biāo)所示的熱波信號(hào)值是探測(cè)光在樣品表面反射后，經(jīng)由熱波信號(hào)探測(cè)儀52收集到的反射光的光強(qiáng)變化幅度與最小光強(qiáng)的比值，右側(cè)縱坐標(biāo)所示的厚度為透射電子顯微鏡測(cè)量得到的硅化鍺薄膜101的厚度。圖8為對(duì)經(jīng)過摻雜處理的硅化鍺薄膜101退火后，進(jìn)行熱波測(cè)量得到的熱波信號(hào)與硅化鍺薄膜101厚度的關(guān)系圖，所述退火采用的是最高溫度值是950 1100°C的尖峰式退火。其中橫軸上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是各測(cè)量點(diǎn)距硅化鍺薄膜101表面中心的距離，左側(cè)縱坐標(biāo)所示的熱波信號(hào)值指的是探測(cè)光在樣品表面反射后，經(jīng)由熱波信號(hào)探測(cè)儀52收集到的反射光的光強(qiáng)變化幅度與最小光強(qiáng)的比值，右側(cè)縱坐標(biāo)所示的厚度為透射電子顯微鏡測(cè)量得到的硅化鍺薄膜101的厚度。由圖7和圖8可以得到，經(jīng)過摻雜的薄膜的熱波信號(hào)與薄膜的厚度有很好的相關(guān)性，從而可以通過比較不同批次薄膜的熱波信號(hào)，判斷不同批次的薄膜的厚度是否相同。而對(duì)薄膜摻雜后再進(jìn)行退火處理可以進(jìn)一步加強(qiáng)薄膜的熱波信號(hào)與薄膜的厚度的相關(guān)性，即可以進(jìn)一步提高監(jiān)控的精確度。綜上，根據(jù)本發(fā)明所提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法，通過測(cè)量并比較薄膜的熱波信號(hào)監(jiān)控不同批次的薄膜的厚度是否相同，可以判斷機(jī)臺(tái)是否發(fā)生偏移、以及所設(shè)定的工藝菜單是否滿足需要。此外，本發(fā)明所提供的監(jiān)控方法測(cè)量速度快，不破壞樣品。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，包含 提供襯底、參考薄膜和參考熱波信號(hào)；在所述襯底表面形成薄膜； 對(duì)所述薄膜進(jìn)行摻雜；對(duì)摻雜后的薄膜進(jìn)行熱波測(cè)量，得到熱波信號(hào)；對(duì)比所得到的熱波信號(hào)與參考熱波信號(hào)，如果所得到的熱波信號(hào)與所述參考熱波信號(hào)的差的絕對(duì)值小于所述參考熱波信號(hào)的百分之一，則所得到的薄膜的厚度與參考薄膜厚度相同。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，對(duì)薄膜摻雜后，對(duì)摻雜薄膜進(jìn)行退火處理。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述薄膜的材料是硅化鍺。
4.依據(jù)權(quán)利要求3的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述摻雜采用的是離子注入法。
5.依據(jù)權(quán)利要求4的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述摻雜的離子是η型離子或者P型離子。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述摻雜的離子是硼離子、氟化硼離子、磷離子、或者砷離子。
7.依據(jù)權(quán)利要求5或6的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述摻雜的注入能量的范圍是 500eV 20keV。
8.依據(jù)權(quán)利要求7的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述摻雜的注入的劑量為 1E14 5E15原子/平方厘米。
9.依據(jù)權(quán)利要求2的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述退火處理采用的是最高溫度值是950 1100°C的尖峰式退火。
10.依據(jù)權(quán)利要求2的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述退火處理采用的是最高溫度值是1100 1300°C的激光退火。
11.依據(jù)權(quán)利要求1的薄膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于，所述熱波測(cè)量采用的泵浦光的波長(zhǎng)是633nm。
12.依據(jù)權(quán)利要求1的摻雜薄膜的厚度的測(cè)量方法，其特征在于，所述熱波測(cè)量采用的探測(cè)光的波長(zhǎng)是488nm。
全文摘要
一種薄膜厚度的監(jiān)控方法，包含提供襯底、參考薄膜和參考熱波信號(hào)；提供襯底，在所述襯底表面沉積薄膜；對(duì)所述薄膜進(jìn)行摻雜；對(duì)摻雜后的薄膜進(jìn)行熱波測(cè)量，得到熱波信號(hào)；對(duì)比所得到的熱波信號(hào)與參考熱波信號(hào)，如果所得到的熱波信號(hào)與所述參考熱波信號(hào)的差的絕對(duì)值小于所述參考熱波信號(hào)的百分之一，則所得到的薄膜的厚度與參考薄膜厚度相同。本發(fā)明所提供的薄膜厚度的監(jiān)控方法，通過測(cè)量并比較薄膜的熱波信號(hào)監(jiān)控不同批次的薄膜的厚度是否相同，從而判斷機(jī)臺(tái)是否發(fā)生偏移、以及所設(shè)定的工藝菜單是否滿足需要。此外，本發(fā)明所提供的監(jiān)控方法測(cè)量速度快，不破壞樣品。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102466467SQ20101055135
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者何永根, 史運(yùn)澤 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司