專利名稱：評估淀積形成薄膜性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于評估淀積形成薄膜性能的方法，以減少監(jiān)控測量半導體薄膜的方塊電阻而造成的成本支出。
背景技術(shù)：
淀積薄膜是半導體芯片結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在集成電路制備中，許多材料由淀積工藝形成。其中，化學氣相淀積(Chemical Vapor Deposition, CVD)是薄膜制備常用技術(shù)之一。CVD常用于各種介質(zhì)材料和半導體材料的淀積，如氧化硅、氮化硅、多晶硅、金屬(如鎢)和氮化鈦(TiN)等多種薄膜材料，尤其，TiN作為一種常見的阻擋層和粘合層材料在大規(guī)模集成電路中廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)以CVD TiN的制備為例，對淀積薄膜的過程進行詳細說明。CVD TiN是采用烷基化合物TDMAT (Ti [N(CH3) 2]4，四二甲基胺鈦)通過下述步驟反應(yīng)實現(xiàn)的第一步CVDTiN 淀積。氦氣做為載氣將TDMAT載入沉積室內(nèi)，通過CVD技術(shù)淀積在硅片上面，然后，加熱至400°C，在硅片上面進行熱化學分解反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為Ti [N (CH3) 2] 4=TiN (C，H) +HN (CH3) 2+ 其他碳氫化合物 熱化學分解反應(yīng)的結(jié)果是在硅片上面淀積了一層主要成分是TiN(C，H)的薄膜，里面還包含有很多含H+(氫元素)和C+(碳元素)等雜質(zhì)。第二步等離子體處理以去除TiN(C，H)薄膜中的H+(氫元素)和C+(碳元素)等雜質(zhì)，形成TiN薄膜。第三步，重復(fù)第一步和第二步。完成第三步后形成125A的TiN薄膜，且淀積花費時間需要30秒(s)。在每次進行第三步后，始終需要借助量測薄膜厚度的設(shè)備和量測薄膜方塊電阻的設(shè)備分別測量薄膜的厚度和方塊電阻，所述方塊電阻是一種描述薄膜導電性能的方法，通過薄膜的厚度和方塊電阻可以獲悉薄膜的性能，具體步驟如下第一步在薄膜淀積及等離子體處理后采用量測薄膜厚度的第一設(shè)備對淀積薄膜進行多次測量并記錄測量的厚度；第二步采用量測薄膜方塊電阻的第二設(shè)備對淀積薄膜進行多次測量并記錄測量的方塊電阻值；第三步將記錄的厚度、方塊電阻值及淀積薄膜后等離子體處理時間TO制作關(guān)系 圖。所述關(guān)系圖如圖I所示，橫坐標為淀積薄膜后等離子體處理時間TO (單位為秒)，左邊的縱坐標為薄膜的方塊電阻值(單位為歐姆/sq)，右邊的縱坐標為薄膜的厚度(單位為埃)。事實上，淀積薄膜如圖2所示，其長、寬、厚分別用L、W、d表示，電阻率用P表示，其電阻計算公式為R= ( P /d) (L/W)，可以理解為，薄膜的電阻正比于長度比寬度(L/W)，比例系數(shù)為P/山這個比例系數(shù)就是方塊電阻Rs，當L=W時，R=Rs,也就是說，方塊電阻實際上表示的是一個正方形薄膜邊到邊之間的電阻，如圖2所示，即淀積薄膜B邊到C邊的電阻值，其任意大小的正方形邊到邊之間的電阻都是一樣的，與正方形的邊長無關(guān)，只與材料和厚度有關(guān)。而材料為一定時，其電阻率P —定，因此，測量薄膜的方塊電阻的最好方法就是測量薄膜的厚度。這與第一步重復(fù)。因此，在淀積薄膜后進行監(jiān)控量測過程中，如何通過減少第二設(shè)備的使用，而獲得可以反映淀積薄膜導電性能的方塊電阻是目前半導體制造工藝領(lǐng)域亟需解決的主要問題之一，以便減少設(shè)備的使用和降低反復(fù)測量方塊電阻所帶來的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于評估淀積形成薄膜性能的方法，以減少監(jiān)控測量半導體薄膜的方塊電阻而造成的成本支出。
為解決上述問題，本發(fā)明提出的一種評估淀積形成薄膜性能的方法，包括如下步驟步驟I :采用第一設(shè)備對淀積薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的厚度及其相應(yīng)的擬合程度值(goodness of fit，GOF)，采用第二設(shè)備對該薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的方塊電阻值，所述擬合程度值為測量該薄膜厚度時自動產(chǎn)生的相應(yīng)的值；步驟2 :將步驟I記錄的擬合程度值和方塊電阻值進行公式擬合，得到擬合程度值與方塊電阻為線性關(guān)系，并通過擬合程度值表征方塊電阻。進一步的，所述擬合程度值與方塊電阻的線性關(guān)系為一次項公式擬合，擬合公式為，GOF A+B*Rs其中，GOF為擬合程度值，Rs為代表擬合得出的該薄膜的方塊電阻，A和B為常數(shù)，A為截距，B為斜率。進一步的，所述擬合程度值與方塊電阻得到擬合公式之后，還包括重復(fù)步驟1，將記錄的多個GOF代入一次項擬合公式，分別計算逐一得到的Rs值作為該薄膜的方塊電阻值。進一步的，所述GOF表示淀積薄膜的純度,若GOF的取值為0 I,結(jié)果越接近I,表明淀積薄膜的性能越純。與傳統(tǒng)通用的測量淀積薄膜的厚度和方塊電阻方法相比，本發(fā)明在步驟I通過第一設(shè)備量測薄膜的厚度及其相應(yīng)的GOF值和通過第二設(shè)備量測薄膜的方塊電阻后，在步驟2中將GOF值與方塊電阻值進行公式擬合，得到GOF與Rs為線性關(guān)系，由此可見，通過GOF可以表征方塊電阻。在以后的量測過程中，只需通過第一設(shè)備測量薄膜厚度的同時，記錄測量該薄膜厚度時自動產(chǎn)生的相應(yīng)的GOF值，并將GOF代入擬合公式即可推算得到Rs值。因此，大量的減少了第二設(shè)備的反復(fù)使用，并使測量人員從繁重的測量工作騰出更多的時間用于其他工作，降低了成本，提高了量測效率。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中薄膜厚度、方塊電阻和淀積薄膜后等離子體處理時間TO的關(guān)系圖2為薄膜的方塊電阻與厚度之間的關(guān)系示意圖；圖3為本發(fā)明評估淀積薄膜性能的方法流程；圖4為圖3之實測的薄膜厚度、GOF以及淀積薄膜后等離子體處理時間Tl的關(guān)系圖；圖5為圖3之實測的薄膜方塊電阻、GOF以及淀積薄膜后等離子體處理時間Tl的關(guān)系圖； 圖6為圖3之實測的GOF與擬合的薄膜方塊電阻的線性關(guān)系圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，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施的限制。下面以圖3所示的方法流程為例，結(jié)合附圖4至6，對一種評估淀積形成薄膜性能的方法進行詳細描述。步驟I :采用第一設(shè)備對淀積薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的厚度Thk及其相應(yīng)的擬合程度值，所述擬合程度值為測量該薄膜厚度時自動產(chǎn)生的相應(yīng)的值。其中，所述第一設(shè)備可以采用KLA-Tencor上的F5X，F(xiàn)5X可以量測薄膜厚度。在F5X中可以自行設(shè)定參數(shù)，當設(shè)定需要量測薄膜厚度的時候，也可以同步設(shè)定當量測薄膜厚度的時候，自動產(chǎn)生記錄于F5X中對應(yīng)于該厚度的擬合程度值。而所述第二設(shè)備可以采用Res工具，Res工具可以量測薄膜方塊電阻。當然，可以將在淀積薄膜后進行的等離子體處理時間后實際量測的薄膜厚度Thk、對應(yīng)于該薄膜厚度自動產(chǎn)生的GOF進行關(guān)系圖的制作，如圖4所示，橫坐標為淀積薄膜后等離子體處理時間Tl，左邊的縱坐標為薄膜的厚度(單位為埃)，右邊的縱坐標為薄膜的G0F，取值范圍為0至1，通過圖4，可以直觀的觀察到薄膜的厚度隨淀積薄膜后等離子體處理時間Tl的增加而變的越來越薄，而該薄膜的厚度所對應(yīng)的GOF值隨淀積薄膜后等離子體處理時間Tl的增加卻變的越來越接近I。也可以在淀積薄膜后進行的等離子體處理時間后實際量測的薄膜Rs、對應(yīng)于該薄膜厚度自動產(chǎn)生的GOF進行關(guān)系圖的制作，如圖5所示，橫坐標為淀積薄膜后等離子體處理時間Tl，左邊的縱坐標為薄膜的Rs，右邊的縱坐標為薄膜的G0F，通過圖5，可以直觀的觀察到薄膜的Rs值隨淀積薄膜后等離子體處理時間Tl的增加而變的越來越小，而該薄膜的厚度所對應(yīng)的GOF值隨淀積薄膜后等離子體處理時間Tl的增加卻變的越來越接近I。步驟2 :將步驟I記錄的GOF值和Rs值進行公式擬合，得到GOF與Rs為線性關(guān)系，并通過擬合程度值表征方塊電阻。將步驟I中淀積薄膜后進行的等離子體處理時間后記錄的GOF值、Rs值進行擬合，得到GOF與Rs之間的關(guān)系為線性關(guān)系，即GOF與Rs的線性關(guān)系可用一次項公式擬合，得到的擬合公式為，GOF A+B*Rs (I)
其中，GOF為擬合程度值，Rs代表擬合得出的該薄膜的方塊電阻，A、B為常數(shù)，A為截距，B為斜率。所述GOF表示淀積薄膜的純度，若GOF的取值為0 1，GOF值越接近1，表明淀積薄膜的性能越純。采用Excel表中自帶的數(shù)據(jù)擬合工具,也可以采用matlab、JMP等軟件將步驟I分別記錄的GOF值、Rs值進行擬合來確定公式⑴的各項常數(shù)，本實施例中得到的A、B常數(shù)分別為I. 0776873,0. 0002462，此時，公式為GOF I. 0776873-0. 0002462*Rs (2)得到具體的擬合公式之后，重新通過第一設(shè)備將記錄的量測該薄膜的厚度自動產(chǎn)生的各GOF值代入擬合公式(2)中，因此，可以逐一擬合計算得到Rs值，并將代入擬合公式
(2)中的各GOF值及其對應(yīng)推導得到的擬合值Rs制作出GOF與擬合的薄膜Rs的線性關(guān)系圖，如圖6所示，GOF的取值為0 1，從圖6中可以直觀的觀察到，Rs與GOF之間為線性關(guān)系，擬合推算得到的Rs值隨著GOF的值越接近1，其Rs值越小，與實際量測的薄膜Rs值吻 合，由此可知，通過擬合公式(I)，只要確定了 GOF值，就可以推算得到Rs值，所以，通過GOF可以表征Rs。與傳統(tǒng)通用的測量淀積薄膜的厚度和方塊電阻方法相比，本發(fā)明在步驟I通過第一設(shè)備量測薄膜的厚度及其相應(yīng)的GOF值和通過第二設(shè)備量測薄膜的方塊電阻后，在步驟2中將GOF值與方塊電阻值進行公式擬合，得到GOF與Rs為線性關(guān)系，由此可見，通過GOF可以表征方塊電阻。在以后的量測過程中，只需通過第一設(shè)備測量薄膜厚度的同時，記錄測量該薄膜厚度時自動產(chǎn)生的相應(yīng)的GOF值，并將GOF代入一次項擬合公式即可推算得到Rs值。因此，大量的減少了第二設(shè)備的反復(fù)使用，并使測量人員從繁重的測量工作騰出更多的時間用于其他工作，降低了成本，提高了量測效率。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，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和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.ー種評估淀積形成薄膜性能的方法，包括 步驟I:采用第一設(shè)備對淀積薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的厚度及其相應(yīng)的擬合程度值，采用第二設(shè)備對該薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的方塊電阻值，所述擬合程度值為測量該薄膜厚度時自動產(chǎn)生的相應(yīng)的值； 步驟2 :將步驟I記錄的擬合程度值和方塊電阻值進行公式擬合，得到擬合程度值與方塊電阻為線性關(guān)系，并通過擬合程度值表征方塊電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評估淀積形成薄膜性能的方法，其特征在干，所述擬合程度值與方塊電阻的線性關(guān)系為一次項公式擬合，擬合公式為，GOF · · A+B^Rs 其中，GOF為擬合程度值，Rs為代表擬合得出的該薄膜的方塊電阻，A和B為常數(shù)，A為截距，B為斜率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評估淀積形成薄膜性能的方法，其特征在于所述擬合程度值與方塊電阻得到擬合公式之后，還包括 重復(fù)步驟1，將記錄的多個GOF代入一次項擬合公式，分別計算逐一得到的Rs值作為該薄膜的方塊電阻值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任ー項所述的評估淀積形成薄膜性能的方法，其特征在于所述GOF表示淀積薄膜的純度，若GOF的取值為O 1，結(jié)果越接近1，表明淀積薄膜的性能越純。
全文摘要
本發(fā)明提出一種評估淀積形成薄膜性能的方法，包括如下步驟步驟1采用第一設(shè)備對淀積薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的厚度及其相應(yīng)的擬合程度值，采用第二設(shè)備對該薄膜進行多次測量，同步記錄薄膜的方塊電阻值，所述擬合程度值為測量該薄膜厚度時自動產(chǎn)生的相應(yīng)的值；步驟2將步驟1記錄的擬合程度值和方塊電阻值進行公式擬合，得到擬合程度值與方塊電阻為線性關(guān)系，并通過擬合程度值表征方塊電阻。本發(fā)明提供的方法可以減少監(jiān)控測量半導體薄膜的方塊電阻而造成的成本支出。
文檔編號G01R27/02GK102683240SQ201210143419
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者姜國偉, 杜杰, 牟善勇, 趙高輝 申請人:上海宏力半導體制造有限公司