测量多层半导体结构体的层中的厚度变化的方法技术

本发明专利技术涉及测量多层半导体结构体的第一层的厚度变化的方法，其包括：‑用图像采集系统采集所述结构体的表面的至少一个区域的图像，所述图像通过在所述结构体的表面的所述区域上反射准单色光通量而获得；‑处理所述采集的图像以便由表面的所述区域反射的光的强度变化来确定所述第一层的厚度变化的映射图，所述处理包括将该图像的每个像素的强度与预先确定的标定曲线相比较，所述标定曲线界定采集的图像的像素强度与所述第一层的局部厚度之间的关系，所述标定曲线针对结构体与第一层不同的给定厚度的第二层确定；其中，所述准单色光通量的波长被选择为与相对于所述第二层的反射率的灵敏度的最小值相对应；所述方法的特征在于，其还包括：‑测量所述结构体的表面的所述至少一个区域中的第二层的厚度；‑如果测量厚度不同于标定曲线中所考虑的第二层的厚度，对厚度变化的映射图应用校正曲线，其中，所述校正曲线针对第二层的所述测量厚度界定第一层的厚度与校正因子之间的关系，以应用于第一层的厚度变化的映射图，从而确定第一层的厚度变化的校正映射图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量多层半导体结构体的层中的厚度变化的方法
本专利技术涉及测量多层半导体层的层的厚度变化的方法，以及允许应用所述方法的系统。
技术介绍
在电子领域，常常使用多层半导体结构体。这类结构体的具体实例是绝缘体上半导体(SeOI)型结构体。SeOI型的结构体从其底部至其表面典型地包括支撑衬底、电绝缘层和薄半导体层(称为有源层)，通常在该薄半导体层之中或之上意图形成电子部件。当该薄层为硅时，所述结构体由术语SOI指称，即“绝缘体上硅”的缩写。电绝缘层为介电材料，尤其是支撑衬底和/或薄层的材料的氧化物。于是该层通常由术语BOX指称，即“隐埋氧化物”的缩写。近来，开发了具有超薄硅层的SOI结构体。这些结构体由术语“FDSOI”指称，表示“全耗尽SOI”，即完全耗尽的SOI。“超薄”是指厚度小于或等于50nm，优选小于或等于12nm，其甚至可以减少至约5nm。FDSOI结构体对于生产平面电子部件特别有优势，例如FDMOS(“全耗尽金属氧化物半导体”的缩写)晶体管，其沟道形成于硅薄层之中或之上。由于所述薄层的厚度极薄，取决于该厚度的晶体管阈值电压(通常记作Vt)对于薄层的厚度变化极为敏感。因此，对于这类应用，寻求薄硅层的最优均匀性，以便在晶体管之间具有最小的Vt波动性。考虑到这些器件的小尺寸及其极为接近，必须在彼此非常临近的点之间(例如，每隔0.5μm)测量厚度变化。这意味着，在制造SOI的方法期间，在大范围的空间波长(通常包括0.5μm至300mm)，在SOI表面的不同点测量薄硅层和电绝缘层的厚度。现有测量方法基于光学测量，尤其是椭圆光度法或光谱反射法。在两种情形中，这些方法意味着通过用具有多种光学波长的光通量照射SOI来进行大量测量，由此不仅测量硅层的厚度而且测量隐埋氧化物层的厚度。然而，采用这些技术无法进行空间波长小至0.5μm的测量。因此，椭偏仪允许测量以大于或等于约40μm的空间波长进行。另一方面，这些测量耗时长，且是SOI制造循环中的障碍。而且，通过椭圆光度法或反射法以单一光学波长进行的测量无法提供以足够的精度确定硅层厚度的可能性，因为对于给定光学波长，硅层的测量厚度与厚度以及下方隐埋氧化物层的性质相关。文献WO2014/072109公开了测量多层半导体结构体(通常为SOI，特别是FDSOI)的层的厚度变化的方法，其意在特别是在包括0.5μm至40μm的空间波长范围内进行测量，该范围是上文所述的测量方法所无法触及的。此方法包括：-采用至少图像采集系统采集所述结构体的表面的至少一幅图像，所述图像通过在所述结构体的表面上反射准单色光通量而获得，-处理所述至少一幅采集的图像以便由所述表面反射的光的强度变化来确定被测量的所述层的厚度(通常是表面硅层的厚度)的变化，其中，所述准单色光通量的波长被选择为与相对于所述结构体的必须被测量厚度变化的层以外的层的多层结构体的反射率的灵敏度的最小值相对应。相对于结构体的层的反射率的灵敏度与长度的倒数是齐次的，其被定义为以下两者的比值：-所考虑的层在结构体之间具有给定厚度差(例如，0.1nm)的两个多层结构体的反射率之差，和-所述给定厚度差，两者的其他层的厚度在两个结构体中相同。图1示出了对于0.1nm的所考虑的层的厚度变化，FDSOI结构体的反射率的灵敏度(记作SR，以表示)对非偏振光的波长λ的曲线，其相对于硅层计算(曲线Si1和Si2)和相对于隐埋氧化物层计算(曲线BOX1和BOX2)。在该结构体中，硅层的厚度为约12nm，隐埋氧化物层的厚度为约25nm。出现在该图上的虚线中的矩形指示对于照射结构体和采集反射光的图像以便确定硅层的厚度变化的最佳波长范围。实际上，在该间隔中，相对于隐埋氧化物层的反射率的灵敏度以绝对值计是最小值(曲线BOX1和BOX2穿过0)。这意味着使用该波长范围内的准单色光通量测量的反射率变化(在表面的图像上由像素的强度变化表示)基本上取决于被测量的硅曲线的厚度变化。因此可以由结构体的表面所反射的光的强度变化来确定被测量层的厚度变化。在所示实例中，光通量的最佳波长包括约510nm至530nm。因此可以选择515nm左右的准单色干涉滤光片以形成入射光通量。为了建立层厚度变化的映射图，首先计算出标定曲线来建立采集图像的灰度水平与被测层的局部厚度之间的关系。这种标定曲线的实例如图2所示。这种曲线的计算需要：-一方面，测量(例如，通过椭圆光度法)对应于给定的产品规格(这种产品规格通常包括硅层目标厚度(例如，12nm)和隐埋氧化物层目标厚度(例如，25nm))的多个FDSOI结构体的硅层厚度；-另一方面，用具有给定波长的准单色入射光通量采集所述结构体各自的表面的区域的图像，并测量所述图像的像素强度。由此可以将确定的硅层厚度与图像中的对应灰度水平相关联。测量点允许构建理论曲线(c)，该曲线包括横坐标的灰度水平GS(任意单位)和纵坐标的表面硅层厚度t(埃)。然后在对应于已计算出所述标定曲线的产品规格的各结构体的检视期间使用该曲线。在结构体的检视期间，用上述准单色光通量照射所述结构体的表面的区域并采集由该区域反射的光通量的图像。测量所述图像的像素的强度，借助于上述标定曲线，推导出该区域的硅层的厚度。然而，对于与具有给定规格的产品对应的FDSOI结构体，隐埋氧化物层的厚度也可能在同一结构体内变化和/或在一个结构体与另一个结构体之间变化。如图1所示，隐埋氧化物层的厚度变化对应于应用的不同波长，后者继而引起硅层的反射率的变化和由此而来的所述层的厚度的实际厚度的不确定性。据认为这种不确定性对于对应于给定产品规格的FDSOI结构体而言为10％至15％。FDSOI结构体的用户现在对于厚度变化的映射的准确性有越来越严格的要求，因此有必要降低测量误差以便达到1％以下的误差。为了改善该状况，一种可能性是对于每个测量区域确定与隐埋氧化物层的各厚度的反射率的灵敏度的最小值相对应的特定波长，并使用具有所述特定波长的准单色光通量在该区域照射结构体。然而，这种方案在工业规模上不实用，因为这将需要大量滤光片来获得具有所需波长的准单色光通量。
技术实现思路
本专利技术的目标在于定义一种用于测量多层半导体结构体的层的厚度变化的方法，其使得能够在减少测量误差的同时与工业实践相容，特别是允许对于与同一产品规格对应的所有结构体使用具有相同波长的准单色光通量。为此，本专利技术的目的是一种测量多层半导体结构体的第一层的厚度变化的方法，其包括：-用图像采集系统采集所述结构体的表面的至少一个区域的图像，所述图像通过在所述结构体的表面的所述区域上反射准单色光通量而获得，-处理所述采集的图像以便由表面的所述区域反射的光的强度变化确定所述第一层的厚度变化的映射图，所述处理包括将该图像的每个像素的强度与预先确定的标定曲线相比较，所述标定曲线界定采集的图像的像素强度与第一层的局部厚度之间的关系，所述标定曲线针对结构体的与第一层不同的给定厚度的第二层确定，其中，所述准单色光通量的波长被选择为与相对于所述第二层的反射率的灵敏度的最小值相对应，所述方法的特征在于，其还包括：-特别是通过椭圆光度法，测量所述结构体的表面的所述至少一个区域的第二层的厚度，-如果所述测量厚度不同于标定曲线中所考虑的第二层的厚度，对厚度变化的映射图应用校正曲线，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量多层半导体结构体的第一层的厚度变化的方法，其包括：‑用图像采集系统采集所述结构体的表面的至少一个区域的图像，所述图像通过在所述结构体的表面的所述区域上反射准单色光通量而获得，‑处理所述采集的图像以便由表面的所述区域反射的光的强度变化来确定所述第一层的厚度变化的映射图，所述处理包括将该图像的每个像素的强度与预先确定的标定曲线相比较，所述标定曲线界定采集的图像的像素强度与所述第一层的局部厚度之间的关系，所述标定曲线针对结构体的与第一层不同的给定厚度的第二层确定，其中，所述准单色光通量的波长被选择为与相对于所述第二层的反射率的灵敏度的最小值相对应，相对于层的反射率的所述灵敏度等于以下两者的比值：(i)所考虑的层具有给定厚度差的两个多层结构体的反射率之差，和(ii)所述给定厚度差，两个多层结构体中的其他层的厚度相同，所述方法的特征在于，其还包括：‑特别是通过椭圆光度法，测量所述结构体的表面的所述至少一个区域中的第二层的厚度，‑如果所述测量厚度不同于标定曲线中所考虑的第二层的厚度，对厚度变化的映射图应用校正曲线，其中，所述校正曲线针对第二层的所述测量厚度界定第一层的厚度与校正因子之间的关系，以应用于第一层的厚度变化的映射图，从而确定第一层的厚度变化的校正映射图。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.02 EP 15306552.91.一种测量多层半导体结构体的第一层的厚度变化的方法，其包括：-用图像采集系统采集所述结构体的表面的至少一个区域的图像，所述图像通过在所述结构体的表面的所述区域上反射准单色光通量而获得，-处理所述采集的图像以便由表面的所述区域反射的光的强度变化来确定所述第一层的厚度变化的映射图，所述处理包括将该图像的每个像素的强度与预先确定的标定曲线相比较，所述标定曲线界定采集的图像的像素强度与所述第一层的局部厚度之间的关系，所述标定曲线针对结构体的与第一层不同的给定厚度的第二层确定，其中，所述准单色光通量的波长被选择为与相对于所述第二层的反射率的灵敏度的最小值相对应，相对于层的反射率的所述灵敏度等于以下两者的比值：(i)所考虑的层具有给定厚度差的两个多层结构体的反射率之差，和(ii)所述给定厚度差，两个多层结构体中的其他层的厚度相同，所述方法的特征在于，其还包括：-特别是通过椭圆光度法，测量所述结构体的表面的所述至少一个区域中的第二层的厚度，-如果所述测量厚度不同于标定曲线中所考虑的第二层的厚度，对厚度变化的映射图应用校正曲线，其中，所述校正曲线针对第二层的所述测量厚度界定第一层的厚度与校正因子之间的关系，以应用于第一层的厚度变化的映射图，从而确定第一层的厚度变化的校正映射图。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像采集系统是光学显微镜。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像采集系统是数码相机，所述数码相机被配置为采集像素尺寸小于或等于0.25μm的图像。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像采集系统的数值孔径大于或等于0.8。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，光通量在结构体的表面上的入射与所述表面成法向。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述多层结构体是由支撑衬底上的对于准单色光通量的波长透明的两层组成的结构体。7.如权利要求1至6中...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥列格·科农丘克，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR