提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法
【專利摘要】本發明提供了一種提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，包括：：采用鈍化層膜的量測薄膜堆積模型，并通過橢偏儀方法來量測鈍化層膜厚量，其中鈍化層膜的量測薄膜堆積模型包括從下至上依次直接堆疊的Al層、TiAl3層、TiN層以及氧化物層。橢偏儀方法包括步驟：利用光源發出單色光，隨后使單色光經過起偏器產生具有特定光譜的橢偏光，隨后將橢偏光入射至產品鈍化層表面，此后利用旋轉分析儀收集從鈍化層表面反射的反射光，此后使反射光進入光譜探測儀進行光譜分析以獲取反射光光譜；最后根據量測薄膜堆積模型通過計算橢偏光的特定光譜以及反射光光譜來計算產品鈍化層的厚度。
【專利說明】提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造領域，具體涉及半導體制程中的針對薄膜厚度量測中的薄膜堆積模型的優化，更具體地說，本發明涉及一種提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法。
【背景技術】
[0002]在半導體集成電路制造中，通常會在成膜工藝之后增加膜厚量測站點，以此在線檢驗薄膜厚度是否異常，并提高其穩定性。膜厚量測中，通常使用G0F(GOOd0fFitneSS，表示量測數值的可信度)來表征量測數據的可信度，GOF最高為1，越接近I表示可信度越高。在實際量測中，GOF通常接近1，但是不可能做到I。所以集成電路制造中的膜厚量測，不僅需要設定厚度的控制線，還需要設定GOF的控制線，如果GOF低于控制線，表示量測結果不準確，或者工藝制成出現異常，導致量測模型與真實工藝不匹配。
[0003]在半導體器件產品的鈍化層量測中，實際上經常出現GOF偏低的現象，這給工藝制成的判斷帶來干擾。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法。
[0005]為了實現上述技術目的，根據本發明，提供了 一種提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，其包括:采用鈍化層膜的量測薄膜堆積模型，并通過橢偏儀方法來量測鈍化層膜厚量，其中鈍化層膜的量測薄膜堆積模型包括從下至上依次直接堆疊的Al層、TiAl3層、TiN層以及氧化物層。
[0006]優選地，橢偏儀方法包括步驟:利用光源發出單色光，隨后使單色光經過起偏器產生具有特定光譜的橢偏光，隨后將橢偏光入射至產品鈍化層表面，此后利用旋轉分析儀收集從鈍化層表面反射的反射光，此后使反射光進入光譜探測儀進行光譜分析以獲取反射光光譜；最后根據量測薄膜堆積模型通過計算橢偏光的特定光譜以及反射光光譜來計算產品鈍化層的厚度。
[0007]優選地，產品鈍化層中形成的Ti層的厚度不超過100A。
[0008]優選地，產品鈍化層中形成的Ti層的厚度不超過50A。
[0009]優選地，光源是氙燈。
[0010]本發明通過分析現有量測程式的薄膜堆積模型的量測結果，結合理論調查實際的薄膜生長與薄膜性質，優化現有的量測程式中的薄膜堆積模型，并通過量測結果驗證優化的薄膜堆積模型，從而去除量測的干擾因素，提高產品在線監控效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中:
[0012]圖1示意性地示出了測量薄膜厚度的橢偏儀原理。
[0013]圖2示意性地示出了根據本發明實施例的鈍化層的量測薄膜堆積模型。
[0014]圖3示意性地示出了根據對比現有的薄膜堆積模型、和根據本發明實施例優化后的薄膜堆積模型的量測結果。
[0015]需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。
[0017]半導體制程中，薄膜厚度的測量通常使用橢偏儀方法，如圖1所示。諸如氙燈I之類的光源發出單色光2，經過起偏器3產生橢偏光，橢偏光可以穿透一般的介質層，例如氧化物、氮化物、氮化鈦(TiN)等，但是會被硅襯底、金屬鋁反射。隨后經過旋轉分析儀5，此后，進入光譜探測儀6進行光譜分析。這樣，通過分析入射偏振光和反射偏振光的相關數據，再根據已建立的薄膜堆積模型，來計算相應各層的薄膜厚度。
[0018]在現有技術中，器件的鈍化層淀積順序為:A1 (鋁)層/Ti (鈦)層&TiN (氮化鈦)層/氧化物(鈍化層二氧化硅)層。橢偏儀的入射光穿透Ti層/TiN/氧化物后被Al表面反射，Ti因為太薄(例如，一般只有50A左右)，所以會被光穿透，所以現有的測量程式中的薄膜堆積模型依此建立。
[0019]但是，根據現有薄膜堆積模型進行的薄膜厚度的測量的GOF偏低。具體地說，但是在實際測量過程中，發現測量結果的膜厚數據基本正常，但是GOF存在偏低的問題。半導體制造的在線膜厚測量的GOF —般控制線為“大于0.85”，總是有單點GOF小于0.85。這往往給在線監控帶來干擾。
[0020]由此，鑒于上述問題，本申請的發明人通過金屬淀積的機理分析，推斷并論證實際中，Al和Ti之間會形成一種類似TiAl3合金的薄膜，正是這層合金的存在，導致測量程式中的薄膜堆積模型與實際不完全匹配，造成鈍化層量測GOF偏低的問題。通過量測光譜擬合，優化測量程式中的薄膜堆積模型，即:在薄膜堆積模型中用TiAl3合金層取代Ti層，解決了鈍化層量測GOF偏低的問題，并通過實際量測結果論證了理論推斷。
[0021]圖2示意性地示出了根據本發明實施例的鈍化層的量測薄膜堆積模型。
[0022]如圖2所示，在根據本發明實施例的提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法中，采用的量測薄膜堆積模型包括從下至上依次直接堆疊的Al層10、TiAl3 層20、TiN層30以及氧化物層40。
[0023]由此，在根據本發明實施例的提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法中，采用鈍化層膜的量測薄膜堆積模型，并通過橢偏儀方法來量測鈍化層膜厚量，其中鈍化層膜的量測薄膜堆積模型包括從下至上依次直接堆疊的Al層10、TiAl3層20、TiN層30以及氧化物層40。
[0024]可以看出，根據本發明實施例將原本的Ti層替換為TiAl3層20。
[0025]具體地說，Ti是一種活性較高的強還原性金屬，在空氣中極易被氧化。當Ti和Al接觸后，會形成TiA13的合金物質。本身鈍化層中，Al上方的Ti就非常薄(例如，一般只有50A左右)。50A的Ti很容易與Al全部反應，從而Ti金屬曾被TiA13合金取代。而偏振光頭冠TiA13所得到的光譜，是與純Ti不同的，這就導致了測量程式中的薄膜堆積模型與實際不完全匹配，產生GOF偏低的問題。
[0026]由此，本發明尤其適用于產品鈍化層中形成的Ti層的厚度不超過100A的情況，而且尤其有利于產品鈍化層中形成的Ti層的厚度不超過50A的情況。
[0027]更具體地說，例如，橢偏儀方法可以包括步驟:利用光源發出單色光2，隨后使單色光經過起偏器3產生具有特定光譜的橢偏光，隨后將橢偏光入射至產品鈍化層表面，此后利用旋轉分析儀5收集從鈍化層表面反射的反射光，此后使反射光進入光譜探測儀6進行光譜分析以獲取反射光光譜；最后根據量測薄膜堆積模型通過計算橢偏光的特定光譜以及反射光光譜來計算產品鈍化層的厚度。
[0028]圖3示意性地示出了根據對比現有的薄膜堆積模型、和根據本發明實施例優化后的薄膜堆積模型的量測結果。
[0029]其中，圖中的橫坐標表示各次測試，縱坐標表示測試的GOF值。框100內的結果為根據現有技術的硅片量測結果；框100內的結果為根據本發明實施例優化之后的硅片量測結果。
[0030]結果顯示:新的薄膜堆積模型所得到的GOF遠高于源量測程式，薄膜厚度也一樣穩定。GOF對比表明優化后的薄膜堆積模型更接近實際，從而論證了 Ti和Al之間的反應和TiAl3形成機理。
[0031]本發明通過分析現有量測程式的薄膜堆積模型的量測結果，結合理論調查實際的薄膜生長與薄膜性質，優化現有的量測程式中的薄膜堆積模型，并通過量測結果驗證優化的薄膜堆積模型，從而去除量測的干擾因素，提高產品在線監控效果。
[0032]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。
[0033]可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，其特征在于包括:采用鈍化層膜的量測薄膜堆積模型，并通過橢偏儀方法來量測鈍化層膜厚量，其中鈍化層膜的量測薄膜堆積模型包括從下至上依次直接堆疊的Al層、TiAl3層、TiN層以及氧化物層。
2.根據權利要求1所述的提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，其特征在于，橢偏儀方法包括步驟:利用光源發出單色光，隨后使單色光經過起偏器產生具有特定光譜的橢偏光，隨后將橢偏光入射至產品鈍化層表面，此后利用旋轉分析儀收集從鈍化層表面反射的反射光，此后使反射光進入光譜探測儀進行光譜分析以獲取反射光光譜；最后根據量測薄膜堆積模型通過計算橢偏光的特定光譜以及反射光光譜來計算產品鈍化層的厚度。
3.根據權利要求1或2所述的提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，其特征在于，產品鈍化層中形成的Ti層的厚度不超過100A。
4.根據權利要求1或2所述的提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，其特征在于，產品鈍化層中形成的Ti層的厚度不超過50A。
5.根據權利要求2所述的提高產品鈍化層膜厚量測數值可信度的方法，其特征在于，光源是氣燈。
【文檔編號】G01N21/31GK103557801SQ201310566427
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】顧梅梅, 許雋, 陳建維, 張旭升 申請人:上海華力微電子有限公司