高吞吐量薄膜特性化及缺陷检测制造技术

本发明专利技术呈现用于基于光谱响应数据确定沉积于衬底之上的高k电介质膜的带结构特性的方法及系统。利用高吞吐量分光计在制造过程中早期快速测量半导体晶片。基于光谱数据确定光学色散度量。基于光学色散度量值确定带结构特性，例如带隙、带边缘及缺陷。在一些实施例中，通过色散度量值的曲线拟合及内插确定带结构特性。在一些其它实施例中，通过所选色散模型的回归确定带结构特性。在一些实例中，还确定指示高k电介质膜的带增宽的带结构特性。基于在所述制造过程中早期识别的所述带结构特性估计已完成晶片的电性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术呈现用于基于光谱响应数据确定沉积于衬底之上的高k电介质膜的带结构特性的方法及系统。利用高吞吐量分光计在制造过程中早期快速测量半导体晶片。基于光谱数据确定光学色散度量。基于光学色散度量值确定带结构特性，例如带隙、带边缘及缺陷。在一些实施例中，通过色散度量值的曲线拟合及内插确定带结构特性。在一些其它实施例中，通过所选色散模型的回归确定带结构特性。在一些实例中，还确定指示高k电介质膜的带增宽的带结构特性。基于在所述制造过程中早期识别的所述带结构特性估计已完成晶片的电性能。【专利说明】高吞吐量薄膜特性化及缺陷检测 相关申请案的夺叉参考 本专利申请案根据35U.S.C. § 119主张来自2012年5月8日申请的名为"用于半 导体制造的带隙及缺陷测量及监测（Band Gap and Defect Measurement and Monitoring for Semiconductor Manufacturing) "的第61/644,137号美国临时专利申请案及来自2011 年9月27日申请的名为"监测半导体制造中的材料的介电常数及能带间隙（Monitoring Dielectric Constant and Energy B and Gap of Material in Semiconductor Manufacturing) "的第61/539, 748号美国临时专利申请案的优先权。前述美国临时专利申 请案中的每一者的标的物以引用的方式并入本文中。
描述的实施例涉及用于晶片检验的系统，且更特定来说，涉及半导体制造中使用 的薄膜的特性化及缺陷检测。
技术介绍
通常通过应用于衬底或晶片的一系列处理步骤加工半导体装置（例如逻辑及存 储器装置）。半导体装置的多种特征及多个结构层次由这些处理步骤形成。例如，尤其光刻 为涉及在半导体晶片上产生图案的半导体加工工艺。半导体加工工艺的额外实例包含（但 不限于）化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可在单个半导体晶片上加 工且接着分开成个别半导体装置。 在半导体制造过程期间的多种步骤处使用检验工艺以检测晶片上的缺陷来促进 较高成品率。随着设计规则及工艺窗口在尺寸上继续缩小，要求检验系统在维持高吞吐量 的同时捕捉晶片表面上的较宽范围的物理缺陷。 半导体装置基于其能效而不仅仅是基于速度而越来越有价值。例如，因为高能效 的消费品在较低温度下操作且在具有固定电池电量供应的情况下操作更长时间段，所以高 能效消费品更有价值。在另一实例中，需要高能效数据服务器以减少其操作成本。结果，非 常关注减少半导体装置的能耗。 通过绝缘体层的泄漏电流是根据65nm及以下技术节点制造的半导体装置的主 要能量损失机制。作为响应，电子设计师及制造商正采用具有比传统材料（例如，二氧化 硅）更高的介电常数及更低的消光系数的新材料（例如，硅酸铪（HfSi04)、氮化硅酸铪 (HfSiON)、二氧化铪（Hf02)、硅酸锆（ZrSi04)等等）。这些"高k"材料减少泄漏电流且具 备制造较小尺寸的晶体管的能力。 随着新电介质材料的采用，出现了对于用于在制造过程的早期对高k材料的介电 性质及带结构进行特性化的测量工具的需求。更明确来说，要求高吞吐量监测工具在晶片 制造期间监测及控制高k材料的沉积来确保已完成晶片的高成品率。因为高k材料的沉积 为冗长及昂贵的制造过程的早期过程步骤，所以沉积问题的早期检测是重要的。在一些实 例中，在花费一个月以上的时间来完成的制造过程的开始阶段将高k材料沉积在晶六上。 对高k电介质层的材料组成的测量已用作过程监测的指标。对于高k材料（例 如SiHfON)，已发现不一致百分比的氮及铪、不同沉积温度及沉积循环时间、不同中间层等 等产生不同色散值及不同能带结构。此在制造过程的结束阶段影响芯片性能。在一些实例 中，已利用X射线分光计精确地测量高k电介质层的材料组成。然而，X射线光谱法受制于 高成本及低吞吐量，从而使其对于用作高吞吐量生产监测工具来说是不合意的。在一些其 它实例中，已使用高k电介质层的色散性质（例如，折射率η及消光系数k)来基于经验模 型计算材料组成。相对于X射线光谱技术，此途径具有较低成本及吞吐量较高的优点。一 个此实例呈现于转让给KLA-Tencor Technologies公司的第13/524, 053号美国专利申请 案中。 虽然高k材料层的材料组成为沉积工艺参数的有力指标，但是其并非直接与生产 线末端电性质（例如泄漏电流等等）相关。例如，在SiHfON的情形中，在材料组成保持未 改变时，沉积速率及温度的变化可生产具有不一致结构缺陷或不同带结构的膜。尽管事实 是材料组成未改变，但所得结构缺陷或带结构可不利地增加泄漏电流。类似地，产生不同材 料组成的过程也可导致减少的结构缺陷及更有利的带结构。在此情形中，在基于材料组成 发现疵点的情况下，基于材料组成的监测可在材料结构及性质实际上导致减少的泄漏电流 时导致错误否定结果。 因此，将有利的是开发高吞吐量方法和/或系统以用于在制造过程的早期对高k 电介质层进行特性化来识别所得已完成晶片是否将具有满意的电性质。
技术实现思路
呈现用于基于光谱响应数据确定沉积于衬底之上的高k电介质膜的带结构特性 的方法及系统。基于在制造过程的早期识别的带结构特性估计已完成晶片的电性能。 高吞吐量分光计（例如椭圆偏振计或反射计）在制造过程的早期快速测量半导体 晶片。此外，这些光学工具能够搜集光谱能值低于5电子伏特的高k电介质膜的有用特性 化数据。此具备识别仅在此光谱能量范围中可见的缺陷的能力。 基于光谱数据确定光学色散度量。在一些实例中，光谱响应数据经处理以根据分 析色散模型（例如，Lorentzian模型）确定膜厚度及色散度量（例如，η及k)。在一些其它 实例中，光谱响应数据经处理以根据经验色散模型确定膜厚度及色散度量（例如，η及k)， 其中数值计算色散度量。可预期许多其它色散度量。例如，可基于光谱数据确定复介电常 数的实（ε ^分量及虚（ε 2)分量、皮层深度、吸收常数、衰减常数或其它者中的任何者。 基于光学色散度量值确定带结构特性，例如带隙、带边缘及缺陷。在一些实例中， 通过所选色散模型的回归确定带结构特性。在一些其它实例中，通过对密切注意的光谱范 围内的光学色散度量的曲线拟合及内插确定高k电介质层的经内插带隙。在一些实例中， 当光学色散度量超过阈值时，确定高k电介质层的带边缘。在一些实例中，基于带边缘与经 内插带隙之间的差确定与高k电介质层相关联的带增宽。 在一些其它实例中，基于光学色散度量值确定缺陷。例如，当光学色散度量超过阈 值时，可识别缺陷。在另一实例中，当色散度量的半高宽（FWHM)值超过阈值时，可识别缺 陷。在另一实例中，在色散度量值的轨迹下的区域可用于识别缺陷。 在另一方面中，本文呈现的方法及系统可应用于由相同光谱数据集特性化的多个 层。 前文为概要且因此在必要的情况下含有细节的简化、概括及省略。结果，所属领域 的技术人员将了解所述概要仅为说明性且不以任何方式限制。在本文阐述的非限制性详细 描述中，本文描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：接收未完成的多层半导体晶片的跨第一光谱范围的光谱响应；至少部分基于所述光谱响应确定所述多层半导体晶片的第一层的光学色散度量；至少部分基于所述多层半导体晶片的跨所述第一光谱范围内的第二光谱范围的所述色散度量确定指示所述多层半导体晶片的所述第一层的电性能的带结构特性；以及至少部分基于所述带结构特性确定所述多层半导体晶片的所述电性能的估计。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，菲利普·D·弗兰纳三世，利奥尼德·波斯拉夫斯基，志明·江，叶俊杰，托斯顿·卡克，强·赵，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US