用于測(cè)量多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的層的厚度變化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于測(cè)量多層半導(dǎo)體層的層的厚度變化的方法，W及一種能夠應(yīng) 用所述方法的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電子器件領(lǐng)域，經(jīng)常使用多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0003] 該結(jié)構(gòu)的具體示例是絕緣體上半導(dǎo)體（SeOI)型結(jié)構(gòu)。
[0004] SeOI型結(jié)構(gòu)從其底部到其表面通常包括支撐襯底、電絕緣層和薄半導(dǎo)體層（所謂 的有源層），通常期望在該薄半導(dǎo)體層中或上形成電子元件。
[0005] 當(dāng)所述薄半導(dǎo)體層為娃時(shí)，所述結(jié)構(gòu)被指定為術(shù)語S0I，即"絕緣體上娃"的縮寫。
[0006] 所述電絕緣層為介電材料，特別是所述支撐襯底和/或薄半導(dǎo)體層的材料的氧化 物。于是該層通常被指定為術(shù)語BOX,即"隱埋氧化物"的縮寫。
[0007] 最近已經(jīng)研制出具有超薄娃層的SOI結(jié)構(gòu)。
[0008] 該些結(jié)構(gòu)被指定為術(shù)語抑SOI，"全耗盡SOI"，即，完全耗盡的SOI。
[0009] 用"超薄"是指小于等于50nm，優(yōu)選地小于等于12nm，甚至可W減小到大約5nm的 厚度。
[0010] 抑SOI結(jié)構(gòu)特別有利于制造平面電子元件，例如FDM0S("全耗盡金屬氧化物半導(dǎo) 體"的縮寫）晶體管，在其薄娃層之中或之上形成有溝道。
[0011] 因?yàn)樗霰⊥迣訕O其薄的厚度，所述晶體管的闊電壓（通常標(biāo)記為Vt并且取決于 該厚度）對(duì)于所述薄娃層的厚度變化非常敏感。
[0012] 所W對(duì)于該些應(yīng)用，尋求薄娃層的最佳均勻性，W便從一個(gè)晶體管到其它晶體管 具有最小的vt變率。
[0013] 考慮到該些器件的小尺寸W及它們非常接近，有必要測(cè)量彼此非?？拷狞c(diǎn)之間 (例如，每0.5ym)的厚度變化。
[0014] 該意味著在制造SOI的方法過程中，在通常包含在0. 5ym和300mm之間的空間波 長(zhǎng)的寬范圍內(nèi)在SOI表面的不同點(diǎn)之間測(cè)量薄娃層的厚度和電絕緣層的厚度。
[0015] 目前的測(cè)量方法基于光學(xué)測(cè)量，尤其是楠圓光度法或光譜反射法。
[0016] 在該兩種情況下，該些方法都意味著：通過用具有數(shù)個(gè)光波長(zhǎng)的光通量來照射 SOI而進(jìn)行大量的測(cè)量，從而不僅測(cè)量娃層的厚度而且測(cè)量隱埋氧化物層的厚度。
[0017] 但是，通過該些技術(shù)，不可能用小到0. 5ym的空間波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。
[001引由此，楠圓計(jì)允許用大于等于約40ym的空間波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。
[0019] 另一方面，該些測(cè)量在SOI的制造循環(huán)中耗時(shí)長(zhǎng)且成本高。
[0020] 另外，用單一光波長(zhǎng)由楠圓光度法或光譜反射法進(jìn)行的測(cè)量不可能足夠準(zhǔn)確地確 定娃層的厚度，該是由于對(duì)于給定的光波長(zhǎng)，娃層的測(cè)量厚度取決于下層的隱埋氧化物層 的厚度和性質(zhì)。
[0021] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于測(cè)量多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的層的厚度變化的方 法，該方法尤其可W在包含在0. 5ym和40ym之間的空間波長(zhǎng)范圍中進(jìn)行測(cè)量，而用目前 的測(cè)量方法是做不到的。
[0022] 具體地，所述方法應(yīng)允許W至少等于0.Inm的精度來測(cè)量抑SOI結(jié)構(gòu)的薄娃層中 的厚度變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于測(cè)量多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的層的厚度變化的方法，該方 法包括：
[0024] -至少借助圖像獲取系統(tǒng)來獲取所述結(jié)構(gòu)的表面的至少一個(gè)圖像，所述圖像是通 過在所述結(jié)構(gòu)的所述表面上準(zhǔn)單色光通量的反射而獲得的；
[0025]-處理獲取的所述至少一個(gè)圖像，W基于由所述表面反射的光的強(qiáng)度變化確定待 測(cè)量的所述層的厚度變化；
[0026] 所述準(zhǔn)單色光通量的波長(zhǎng)被選擇成與關(guān)于所述多層結(jié)構(gòu)的除了必須測(cè)量厚度變 化的層之外的層的、所述多層結(jié)構(gòu)的反射率的敏感度的最小值相對(duì)應(yīng)。
[0027] 關(guān)于所述結(jié)構(gòu)的層的反射率的敏感度（與長(zhǎng)度的倒數(shù)同質(zhì)）被定義為如下二者的 比值：
[0028] -兩個(gè)多層結(jié)構(gòu)的反射率之差，所考慮的層針對(duì)該兩個(gè)多層結(jié)構(gòu)具有給定的厚度 差（例如0.Inm) 及
[0029] -所述給定的厚度差，
[0030] 在該兩個(gè)多層結(jié)構(gòu)中，其它層的厚度相同。
[0031] 換言之，上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)由相同的層構(gòu)成，在該兩個(gè)結(jié)構(gòu)中，所述層具有相同的厚 度，除了需測(cè)量反射率的敏感度的層之外而且該層被賦予在一個(gè)結(jié)構(gòu)中與另一個(gè)結(jié)構(gòu)中不 同的厚度。
[0032] 所述反射率的敏感度取決于測(cè)量所用的光通量的波長(zhǎng)。
[0033] 對(duì)于本發(fā)明的應(yīng)用關(guān)屯、的是所述敏感度的絕對(duì)值，關(guān)于除了待測(cè)量的層之外的層 的最小需求敏感度為零或接近零。
[0034]"多層結(jié)構(gòu)"是指包括對(duì)于準(zhǔn)單色測(cè)量光通量的波長(zhǎng)透明的至少兩層的結(jié)構(gòu)。
[0035]"準(zhǔn)單色光"是指光譜在如下波長(zhǎng)范圍內(nèi)延伸的光通量，該波長(zhǎng)范圍可相對(duì)于額定 波長(zhǎng)延伸達(dá)到+/-20nm。當(dāng)提及所述準(zhǔn)單色光通量的波長(zhǎng)時(shí)，是參考額定波長(zhǎng)的。當(dāng)然，也 可W使用單色光通量（即具有單個(gè)波長(zhǎng)）而應(yīng)用本發(fā)明。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述圖像獲取系統(tǒng)是光學(xué)顯微鏡。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述圖像獲取系統(tǒng)是數(shù)碼相機(jī)，其像素的尺寸小于 等于 0. 25ym。
[0038] 優(yōu)選的是，所述圖像獲取系統(tǒng)的數(shù)值孔徑大于等于0.8。
[0039] 有利的是，所述光通量在所述結(jié)構(gòu)的所述表面上的入射與所述表面正交。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述處理的步驟包括；對(duì)于所述準(zhǔn)單色光通量的波長(zhǎng)， 基于待測(cè)量的所述層的厚度來計(jì)算所述多層結(jié)構(gòu)的理論反射率；W及基于所述計(jì)算來確定 所述層的厚度變化的映射。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述處理的步驟包括：
[0042]-將所述圖像與預(yù)先建立的校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，所述校準(zhǔn)曲線提供了所獲取的圖 像的灰度值與待測(cè)量的所述層的局部厚度之間的關(guān)系；W及
[0043] -基于所述校準(zhǔn)曲線確定所述結(jié)構(gòu)的所述表面上的所述層的厚度變化的映射。
[0044] 有利的是，該方法在獲取所述至少一個(gè)圖像的步驟之前包括如下步驟：
[0045]-測(cè)量所述結(jié)構(gòu)的各層的厚度；
[0046] -基于測(cè)量的所述厚度，根據(jù)入射光通量的波長(zhǎng)模擬關(guān)于各所述層的反射率的敏 感度；化及
[0047] -基于所述模擬，確定旨在照明所述結(jié)構(gòu)的所述表面的準(zhǔn)單色光通量的波長(zhǎng)，所述 波長(zhǎng)被選擇成使得關(guān)于除了待測(cè)量的層之外的層的反射率的敏感度最小。
[0048] 有利的是，借助于楠圓計(jì)或反射計(jì)來執(zhí)行所述厚度測(cè)量的步驟。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的具體應(yīng)用，所述多層結(jié)構(gòu)是由在支撐襯底上的對(duì)于準(zhǔn)單色光通量的 波長(zhǎng)透明的兩層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
[0050]W特別有利的方式，所述多層結(jié)構(gòu)是絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該絕緣體上半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)包括支撐襯底、電絕緣層和半導(dǎo)體層，并且需測(cè)量厚度變化的層是所述半導(dǎo)體層。
[0051] 例如，所述結(jié)構(gòu)有利地是抑SOI結(jié)構(gòu)，需測(cè)量厚度變化的層是娃層，該娃層的厚度 小于等于50nm，優(yōu)選地小于等于12nm。
[0052] 另一目的設(shè)及能夠應(yīng)用上述方法的測(cè)量系統(tǒng)。
[0053] 用于測(cè)量多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的層的厚度變化的所述系統(tǒng)包括：
[0054]-用于照明所述結(jié)構(gòu)的照明裝置，該照明裝置適于朝向所述結(jié)構(gòu)的表面發(fā)出準(zhǔn)單 色光通量；
[00巧]-用于選擇準(zhǔn)單色光通量的波長(zhǎng)的選擇裝置，該選擇裝置被構(gòu)造成用于確定波長(zhǎng)， 該波長(zhǎng)與關(guān)于所述結(jié)構(gòu)的除了必須測(cè)量厚度變化的層之外的層的反射率的敏感度的最小 值相對(duì)應(yīng)，所述關(guān)于層的反射率的敏感度等于如下二者的比值：
[0056] -兩個(gè)多層結(jié)構(gòu)的反射率之差，所考慮的層針對(duì)該兩個(gè)多層結(jié)構(gòu)具有給定的厚度 差；W及
[0057] -所述給定的厚度差，
[0058] 在該兩個(gè)多層結(jié)構(gòu)中，其它層的厚度相問，
[0059] 所述選擇裝置與所述照明裝置相禪合W向所述照明裝置提供待發(fā)出的光通量的 所述確定的波長(zhǎng)，
[0060] -圖像獲取系統(tǒng)，該圖像獲取系統(tǒng)被布置成通過所述準(zhǔn)單色光通量的反射而獲取 所述結(jié)構(gòu)的所述表面的至少一個(gè)圖像，
[0061] -處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)被構(gòu)造成從獲取的所述至少一個(gè)圖像基于由所述表面反 射的光的強(qiáng)度變化來確定待測(cè)量的所述層的厚度變化。
[0062] 根據(jù)一實(shí)施方式，所述照明裝置包括白光源和支撐多個(gè)具有不同波長(zhǎng)的濾光器的 輪，所述輪適于旋轉(zhuǎn)，使得由所述白光源發(fā)出的光在到達(dá)待測(cè)量的所述結(jié)構(gòu)的表面之前穿 過具有由所述選擇裝置確定的波長(zhǎng)的濾光器。
[0063] 根據(jù)另一實(shí)施方式，所述照明裝置包括均具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)光源W及與所述光 源相禪合的多個(gè)可移除的阻擋裝置，所述阻擋裝置被布置成僅使得具有由所述選擇裝置確 定的波長(zhǎng)的光朝向待測(cè)量的所述結(jié)構(gòu)的表面穿過。
【附圖說明】
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