金属层功函数的检测方法及其检测系统技术方案

一种金属层功函数的检测方法及其检测系统，检测方法包括：提供基底，包括衬底、以及位于衬底上的待测金属层，衬底具有衬底功函数；提供输出功率至少为100瓦的光源；提供参比电极；关闭光源，获得待测金属层与参比电极之间的第一接触电势差；打开光源，对待测金属层表面进行照射，获得待测金属层与参比电极之间的第二接触电势差；根据第一接触电势差和第二接触电势差之间的差值，获得待测金属层的表面势垒电势差；根据衬底功函数和表面势垒电势差之间的差值，获得待测金属层的功函数。本发明专利技术在检测第二接触电势差时，采用输出功率至少为100瓦的光源对待测金属层表面进行照射，从而消除金属层等电势屏蔽效应，进而提高待测金属层的功函数检测精度。

Detection Method of Work Function of Metal Layer and Its Detection System

A method for detecting the work function of metal layer and its detection system include: providing a substrate, including a substrate and a metal layer to be measured on the substrate, with a substrate work function; providing a light source with an output power of at least 100 watts; providing a reference electrode; closing the light source to obtain the first contact potential difference between the metal layer to be measured and the reference electrode; and opening the light source. The second contact potential difference between the metal layer to be measured and the reference electrode is obtained by irradiating the surface of the metal layer to be measured. According to the difference between the first contact potential difference and the second contact potential difference, the surface barrier potential difference of the metal layer to be measured is obtained. According to the difference between the substrate work function and the surface barrier potential difference, the work function of the metal layer to be measured is obtained. When the second contact potential difference is detected, a light source with an output power of at least 100 watts is used to irradiate the surface of the metal layer to eliminate the potential shielding effect of the metal layer, thereby improving the detection accuracy of the work function of the metal layer to be measured.

【技术实现步骤摘要】
金属层功函数的检测方法及其检测系统
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属层功函数的检测方法及其检测系统。
技术介绍
功函数是半导体器件、光电器件以及集成电路工艺等研究中的一个重要参数。功函数主要影响半导体器件的载流子注入，从而影响半导体器件的性能。因此，在半导体制造领域中，精确检测功函数变得尤为重要。但是，现有技术功函数的检测精度较低。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种金属层功函数的检测方法及其检测系统，提高功函数的检测精度。为解决上述问题，本专利技术提供一种金属层功函数的检测方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底、以及位于所述衬底上的待测金属层，所述衬底具有衬底功函数；提供光源，所述光源的输出功率至少为100瓦；提供参比电极；关闭所述光源，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第一接触电势差；打开所述光源，对所述待测金属层表面进行照射，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第二接触电势差；根据所述第一接触电势差和所述第二接触电势差之间的差值，获得所述待测金属层的表面势垒电势差；根据所述衬底功函数和所述表面势垒电势差之间的差值，获得所述待测金属层的功函数。可选的，通过开尔文探针系统获得所述第一接触电势差和第二接触电势差，且所述开尔文探针系统包括所述参比电极。可选的，所述光源为LED光源。可选的，所述光源为绿光光源，或者绿光光源和白光光源。可选的，所述光源为绿光光源和白光光源，所述白光光源用于产生波长为450nm至465nm的光。可选的，提供基底的步骤中，所述基底还包括位于所述衬底和所述待测金属层之间的介质层。可选的，所述介质层为栅介质层，所述栅介质层包括界面层以及位于所述界面层上的高k栅介质层。可选的，所述待测金属层为功函数层。可选的，所述待测金属层为单层结构或叠层结构。可选的，所述待测金属层的材料为TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TiAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN、TaCN和AlN中的一种或几种。相应的，本专利技术还提供一种金属层功函数的检测系统，包括：承载单元，用于承载待测件，所述待测件包括衬底、以及位于所述衬底上的待测金属层；照射单元，用于对所述待测金属层表面进行照射，所述照射单元包括光源，所述光源的输出功率至少为100瓦；检测单元，包括参比电极，用于在所述光源关闭的状态下，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第一接触电势，以及在所述光源对所述待测金属层表面进行照射的状态下，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第二接触电势差；计算单元，用于根据所述第一接触电势差和所述第二接触电势差之间的差值，获得所述待测金属层的表面势垒电势差，并根据所述衬底功函数和所述表面势垒电势差之间的差值，获得所述待测金属层的功函数。可选的，所述检测单元集成于开尔文探针系统中。可选的，所述光源为LED光源。可选的，所述光源为绿光光源，或者绿光光源和白光光源。可选的，所述光源为绿光光源和白光光源，所述白光光源用于产生波长为450nm至465nm的光。可选的，所述待测件还包括位于所述衬底和所述待测金属层之间的介质层。可选的，所述介质层为栅介质层，所述栅介质层包括界面层以及位于所述界面层上的高k栅介质层。可选的，所述待测金属层为功函数层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：在获得待测金属层与参比电极之间的第二接触电势差的步骤中，采用输出功率至少为100瓦的光源对所述待测金属层表面进行照射，所述光源的输出功率较大，因此有利于消除表面势垒，从而可以消除金属层等电势屏蔽效应(MetalLayerEquipotentialScreeningEffect)，进而提高所述待测金属层的功函数的检测精度。可选方案中，所述待测金属层为功函数层，通过精确检测所述功函数层的功函数，从而有利于有效控制并改善半导体器件的电学性能。附图说明图1至图3是本专利技术金属层功函数的检测方法一实施例对应的结构示意图；图4是不同待测金属层在光源输出功率大于100瓦以及光源输出功率小于100瓦两种情况下的功函数箱型图；图5是本专利技术金属层功函数的检测系统一实施例对应的功能框图。具体实施方式由
技术介绍
可知，金属层功函数的检测精度较低。现结合一种功函数的检测方法分析检测精度较低的原因。在半导体制造领域中，通常通过MOS电容(MOSCAP)检测的方式以获得待测金属层的功函数。由于MOS电容需对完整的半导体结构进行测试(例如C-V测试)才能获得，因此MOS电容的检测需在完成铝制程后进行，所以检测效率较低，检测成本较高。目前引入了SDI(SemiconductorDiagnose)机台。相比通过MOS电容获得功函数的方式，在衬底上形成待测金属层后，即可通过SDI机台对所述待测金属层进行在线(inline)功函数检测，因此可以简化工艺步骤、提高检测效率、降低检测成本。但是，在衬底上形成待测金属层后，由于所述待测金属层覆盖整个衬底表面，因此容易出现金属层等电势屏蔽效应(MetalLayerEquipotentialScreeningEffect)，从而导致功函数的检测精度下降。为了解决所述技术问题，本专利技术在获得待测金属层与参比电极之间的第二接触电势差的步骤中，采用输出功率至少为100瓦的光源对所述待测金属层表面进行照射，所述光源的输出功率较大，因此有利于消除表面势垒，从而可以消除金属层等电势屏蔽效应，进而提高所述待测金属层的功函数的检测精度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。图1至图3是本专利技术金属层功函数的检测方法一实施例对应的结构示意图。参考图1，提供基底(未标示)，所述基底包括衬底100、以及位于所述衬底100上的待测金属层110，所述衬底100具有衬底功函数。所述衬底100为半导体结构的形成提供工艺平台。本实施例中，所述衬底100为硅衬底。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底或玻璃衬底。所述衬底100的材料可以选取适宜于工艺需求或易于集成的材料。所述衬底100具有衬底功函数。本实施例中，定义所述衬底100的功函数为WF(Si)。其中，所述衬底100功函数WF(Si)根据所述衬底100的材料而定。所述待测金属层110用于作为所形成半导体器件的一部分，以实现所述半导体器件的正常运作。本实施例中，所述待测金属层110为功函数层，例如P型功函数层或N型功函数层。所述待测金属层110用于调节半导体器件的阈值电压。在其他实施例中，所述待测金属层还可以为适宜于工艺需求的功能层。所述待测金属层110可以为单层结构或叠层结构，所述待测金属层110的材料为TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TiAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN、TaCN和AlN中的一种或几种。本实施例中，以所述待测金属层110为单层结构为例进行说明。后续步骤包括对所述待测金属层110进行检测，获得所述待测金属层110的功函数。。需要说明的是，提供基底的步骤中，所述基底还包括位于所述衬底100和所述待测金属层110之间的介质层150。本实施例中，所述检测方法用于检测功函数层的功函数，因此所述介质层150为栅介质层，所述栅介质层包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属层功函数的检测方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底、以及位于所述衬底上的待测金属层，所述衬底具有衬底功函数；提供光源，所述光源的输出功率至少为100瓦；提供参比电极；关闭所述光源，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第一接触电势差；打开所述光源，对所述待测金属层表面进行照射，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第二接触电势差；根据所述第一接触电势差和所述第二接触电势差之间的差值，获得所述待测金属层的表面势垒电势差；根据所述衬底功函数和所述表面势垒电势差之间的差值，获得所述待测金属层的功函数。

【技术特征摘要】
1.一种金属层功函数的检测方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底、以及位于所述衬底上的待测金属层，所述衬底具有衬底功函数；提供光源，所述光源的输出功率至少为100瓦；提供参比电极；关闭所述光源，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第一接触电势差；打开所述光源，对所述待测金属层表面进行照射，获得所述待测金属层与所述参比电极之间的第二接触电势差；根据所述第一接触电势差和所述第二接触电势差之间的差值，获得所述待测金属层的表面势垒电势差；根据所述衬底功函数和所述表面势垒电势差之间的差值，获得所述待测金属层的功函数。2.如权利要求1所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，通过开尔文探针系统获得所述第一接触电势差和第二接触电势差，且所述开尔文探针系统包括所述参比电极。3.如权利要求1所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述光源为LED光源。4.如权利要求1所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述光源为绿光光源，或者绿光光源和白光光源。5.如权利要求4所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述光源为绿光光源和白光光源，所述白光光源用于产生波长为450nm至465nm的光。6.如权利要求1所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，提供基底的步骤中，所述基底还包括位于所述衬底和所述待测金属层之间的介质层。7.如权利要求6所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述介质层为栅介质层，所述栅介质层包括界面层以及位于所述界面层上的高k栅介质层。8.如权利要求1所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述待测金属层为功函数层。9.如权利要求8所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述待测金属层为单层结构或叠层结构。10.如权利要求8或9所述的金属层功函数的检测方法，其特征在于，所述待测金属层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓凤，袁可方，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31