使用结合的XPS和XRF技术测定锗化硅厚度和组成制造技术

描述了用于使用结合的XPS和XRF技术测定锗化硅厚度和组成的系统和途径。在实例中，用于表征锗化硅膜的方法包括产生X射线束。将样品定位于所述X射线束的路径中。收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号。还收集用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号。由XRF信号或XPS信号或两者测定锗化硅膜的厚度或组成或两者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的引证本申请要求于2014年4月25日提交的美国临时申请第61/984,286号的权益，本文中通过引证将其全部内容合并于此。
技术介绍
1)
本专利技术的实施方式为结合的XPS和XRF
，具体地使用结合的XPS和XRF技术测量锗化硅厚度和组成。2)相关技术的描述X射线光电子能谱(XPS)是一种测量存在于材料内的元素组成、实验式、元素的化学状态和电子状态的定量的能谱技术。可以通过用X射线的束照射材料且同时地测量从顶部(例如，被分析的材料的1至10nm)逃逸的电子的动能和数量来获得XPS谱。XPS分析普遍采用单色的铝Kα(AlKα)X射线，其可以通过用聚焦的电子束轰击铝阳极表面产生。随后由聚焦单色光镜截留一部分产生的AlKαX射线，并使窄的X射线能带聚焦于样品表面的分析位点上。在样品表面上的AlKαX射线的X射线通量取决于电子束电流、铝阳极表面的厚度和完整性以及单色光镜的晶体质量、尺寸和稳定性。X射线荧光(XRF)是来自通过用更高能量的X射线或伽马射线轰击来激发的材料的特有的“次级”(或荧光)X射线的发射。这种现象广泛地用于元素分析和化学分析，特别是在金属、玻璃、陶瓷和建筑材料中的研究以及用于地球化学、法医学和考古学中的研究。XPS分析和XRF分析作为用于样品表征的技术各自具有它们自己的优势。因此，需要基于XPS和/或XRF检测的分析上的进步。
技术实现思路
一种或多种实施方式旨在使用结合的XPS和XRF技术测量锗化硅厚度和组成。在实施方式中，用于表征锗化硅膜的方法包括产生X射线束。将样品定位于所述X射线束的路径中。收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号。还收集通过用所述X射线束轰击所述样品所产生的X射线荧光(XRF)信号。由XRF信号和XPS信号测定锗化硅膜的厚度。在另一实施方式中，用于表征锗化硅膜的方法包括产生X射线束。将样品定位于所述X射线束的路径中。收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号。还收集通过用所述X射线束轰击所述样品所产生的X射线荧光(XRF)信号。由XRF信号和XPS信号测定锗化硅膜的组成。在另一实施方式中，用于表征锗化硅膜的系统包括用于产生X射线束的X射线源。该系统还包括用于将样品定位于所述X射线束的路径中的样品架。该系统还包括用于收集通过用所述X射线束轰击所述样品而产生的X射线光电子能谱(XPS)信号的第一探测器。该系统还包括用于收集通过用所述X射线束轰击所述样品而产生的X射线荧光(XRF)信号的第二探测器。XRF信号或XPS信号或两者用于确定锗化硅膜的厚度或组成或两者。附图说明图1示出了根据本专利技术的实施方式的XPS和XRF结合工具的角视图。图2示出了根据本专利技术的实施方式的沟道锗化硅(cSiGe)膜叠层模型。图3A包括根据本专利技术的实施方式，描述与图2的膜叠层模型相关的强度混合模型的方程式(1)至(3)。图3B包括根据本专利技术的实施方式，描述SiGe膜的厚度和各个强度之间的关系的展开的图3A的方程式(1)-(3)。图4是示出根据本专利技术的实施方式，对于给定的XRF和XPS强度，如由图3A和3B的方程式(1)至(3)所描述的Ge组成和SiGe厚度之间的相关性的图表。图5包括示出根据本专利技术的实施方式，如由SiGe/Si样品同时获得的XPS(Ge3d区域)、XPS(Si2p区域)和XRF(GeLα)谱的实例的图表。图6包括根据本专利技术的实施方式针对标称SiGe组成和SiGe厚度所绘制的归一化的测量值。图7包括示出根据本专利技术的实施方式，XPS测量的SiGe原子组成与XRD参考的SiGe厚度之间的良好线性的曲线。图8A包括根据本专利技术的实施方式的来自静态精度测量的SiGe厚度和Ge％的图表。图8B包括根据本专利技术的实施方式的来自动态精度测量的SiGe厚度和Ge％的图表。图9包括示出根据本专利技术的实施方式的测量精度的概括的表。图10示出了根据本专利技术的实施方式的对于SiGe厚度和对于归一化的Ge％AC在4个月期间内记录的统计过程控制(SPC)数据。图11示出了根据本专利技术的实施方式的示例性计算机系统的框图。具体实施方式一个或更多个实施方式旨在与实际材料混合模型结合，检测并使用来自锗化硅(SiGe)薄膜中的硅(Si)和锗(Ge)原子的光电子和X射线荧光信号以允许可用于实际的工厂生产(fabproduction)需要的SiGe厚度和Ge％原子组成的唯一、清楚的和稳定的测定。在以下的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术的实施方式。在其他情形下，为了不会不必要地模糊本专利技术的实施方式，没有详细地描述如整个半导体设备叠层的众所周知的特征。此外，应当理解，附图中所示的各种实施方式是说明性的表示，并且不一定按比例绘制。本专利技术的实施方式解决了锗化硅厚度和Ge％原子组成的同时测定和过程控制的问题。本专利技术的实施方式的技术优势包括提供在用于生产用途的工厂环境中的薄SiGe厚度和Ge％组成的精确的、可重复测定的新能力。更一般地，本专利技术的一个或更多个实施方式与实际的膜叠层模型一起采用XPS和XRF信号结合以同时地测定薄膜SiGe厚度和组成的膜特性。使用XPS(Si，Ge3d)和XRF(GeLα)测量的强度两者，可以采用新的膜叠层算法以最精确和稳健地测定大范围内的SiGe厚度和Ge组成(％)。在示例性实施方式中，为了合适地表示在SiGe层中的Si和Ge物质的真实组成的变化，使用了(i)解释来自SiGe膜和晶体硅基板(如果合适的话)两者的SiXPS信号的发生的通用膜叠层模型，以及(ii)衡量相对于其他的纯Ge膜的XPS和XRFGe信号的预测强度的实际材料层混合模型，将膜剩余的部分限制为Si。为了提供背景，在过去十年内，SiGe技术已经在p型场效应晶体管(pFET)性能提高和阀值电压(Vt)可调性方面发挥越来越重要的作用。值得注意的是，在源-漏区中嵌入的SiGe(e-SiGe)在p型金属氧化物半导体(PMOS)沟道中生产单轴向的应变。近来，SiGe正被认为是对常规Si沟道的替代以获得更高的空穴迁移率。因此，SiGe，特别是沟道SiGe(cSiGe)的厚度和组成已经变为半导体设备性能的一个关键的控制参数。直接在产物晶圆上的在线计量的能力在高产量制造上是高度期望的。现有的光学计量不直接测量组成并且要求参考计量以验证通常仅仅在窄范围浓度和厚度内起作用的模型。X射线衍射(XRD)是用于SiGe胶测量的另一种普遍使用的技术。然而，XRD遭受弛豫导致的不确定性、在具有小于100埃厚度的膜上较差的精度和缓慢的测量速度。这样的缺点对于当前的XRD解决方案，特别是在产物环境中的高产量制造过程控制显示出挑战。根据本文中的一种或多种实施方式，用同时的XPS和XRF测量实现了在各种基板如块状Si、绝缘体上硅(SOI)和超薄SOI上的薄SiGe膜的组成和厚度两者的测量。提供进一步的背景，最近XPS已经被证明了对于超薄膜(例如，厚度小于约100埃)是有效的计量，对组成和厚度两者均具有良好的灵敏度。具体地，其是对在32nm、28nm和20nm设备制造以及16/14nm鳍式场效应晶体管(F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于表征锗化硅膜的方法，所述方法包括：产生X射线束；将样品定位于所述X射线束的路径中；收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号；收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及由XRF信号和XPS信号测定所述锗化硅膜的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.25 US 61/984,286;2015.04.20 US 14/691,1641.一种用于表征锗化硅膜的方法，所述方法包括：产生X射线束；将样品定位于所述X射线束的路径中；收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号；收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及由XRF信号和XPS信号测定所述锗化硅膜的厚度。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：由XRF信号和XPS信号测定所述锗化硅膜的组成。3.根据权利要求2所述的方法，其中，测定所述锗化硅膜的组成包括将XRF信号和XPS信号与相对于纯锗膜衡量XPSGe信号和XRFGe信号的预测强度的实际材料层混合模型相比较，将所述锗化硅膜的剩余部分限制至Si。4.根据权利要求1所述的方法，其中，收集XPS信号和收集XRF信号同时进行。5.根据权利要求1所述的方法，其中，收集XPS信号和收集XRF信号包括在所述样品的约50μm2计量区内收集。6.根据权利要求1所述的方法，其中，测定所述锗化硅膜的厚度包括测定半导体设备的锗化硅沟道层的厚度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，测定所述锗化硅膜的厚度包括测定半导体设备的锗化硅源区或漏区的厚度。8.一种用于表征锗化硅膜的方法，所述方法包括：产生X射线束；将样品定位于所述X射线束的路径中；收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线光电子能谱(XPS)信号；收集通过用所述X射线束轰击所述样品产生的X射线荧光(XRF)信号；以及由XRF信号和XPS信号测定所述锗化硅膜的组成。9.根据权利要求8所述的方法，其中，测定所述锗化硅膜的组成包括将XRF信号和XPS信号与相对于纯锗膜衡量XPSGe...

【专利技术属性】
技术研发人员：希思·A·波伊斯，李维迪，
申请(专利权)人：瑞沃拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US