外延薄膜厚度测量方法技术

本发明专利技术提供了一种外延薄膜厚度测量方法。该外延薄膜厚度测量方法包括：参考薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上直接形成具有图案的参考薄膜；外延薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜；以及测量步骤，用于根据参考薄膜来测量外延薄膜的厚度。根据本发明专利技术的外延薄膜厚度测量方法通过提供一个同样形成在晶圆衬底上的参考薄膜来作为参照，从而能够简单快速地以高精度测量出外延薄膜厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造领域，更具体地说，本专利技术涉及一种外延薄膜厚度测量方法。
技术介绍
在半导体器件的制造工艺中，有一种外延薄膜生长工艺(EPI)，它是基于衬底的结 构生长出与衬底结构相似的一层外延薄膜，这层外延薄膜可以拓展半导体器件的应用，但 由于外延薄膜的结构类似于衬底结构，如何去量测该层外延薄膜的厚度便成了一个新的问 题。如果采用传统的光学测量工具方法来测量外延薄膜的厚度，由于外延薄膜与衬底 的结构相似，光的行程相似，利用光谱很难将它们彼此区分开来。然而，本领域技术人员所公知的是，薄膜厚度不管是对器件性能还是对工艺参数 稳定的维护都很关键，所以必须尽可能精确地测量出外延薄膜的厚度。如果采用传统的光 学测量工具方法来测量外延薄膜厚度，为了获得精确的外延薄膜厚度，测量程式的建立以 及后期精确调整都将耗费相当长的时间周期，这进而又将影响工艺验证周期以及工艺机台 检验合格投放使用的进度。因此，希望提出一种新的简单迅速的能够精确地测量出外延薄膜厚度的方法。
技术实现思路
为了提供一种简单迅速的能够精确地测量出外延薄膜厚度的方法，根据本专利技术的 一种包括参考薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上直接形成具有 图案的参考薄膜；外延薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外 的其它区域直接形成外延薄膜；以及测量步骤，用于根据参考薄膜来测量外延薄膜的厚度。根据本专利技术的通过提供一个同样形成在晶圆衬底上的参 考薄膜来作为参照，从而能够简单快速地以高精度测量出外延薄膜厚度。在上述中，所述参考薄膜是不适于所述外延薄膜的生长。 例如，在上述中，所述参考薄膜是氧化物薄膜。在上述中，所述参考薄膜形成步骤包括在晶圆的整个衬 底上直接生长参考薄膜；在晶圆的衬底上涂覆光刻抗蚀剂(光刻胶)；以及执行光刻以对晶 圆的衬底上的参考薄膜进行刻蚀，从而形成具有图案的参考薄膜。此外，所述参考薄膜形成步骤还包括在执行刻蚀之后去除光刻抗蚀剂的步骤。在上述中，在所述外延薄膜测量步骤中采用扫描电子显微 镜(SEM)执行对外延薄膜的厚度的测量。在上述中，所述外延薄膜测量步骤包括第一厚度测量步 骤，用于测量具有图案的参考薄膜相对于晶圆的衬底的第一厚度；第二厚度测量步骤，用于 测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的第二厚度；以及根据第一厚度以及第二厚度来计算外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。这样，就给出了一种在本专利技术实施例中采用的具 体的计算外延薄膜相对于衬底的厚度的方法。可选地，在上述中，所述外延薄膜测量步骤包括测量外延 薄膜相对于具有图案的参考薄膜的与晶圆的衬底的接触面的厚度，并且将该厚度作为外延 薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。就给出了另一种在本专利技术实施例中采用的具体的计算外延 薄膜相对于衬底的厚度的方法。附图说明图1示出了根据本专利技术实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流程。图2示出了根据本专利技术实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法得到的结构的截 面图。图3示出了根据本专利技术实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法得到的结构的俯 视图。图4示出了根据本专利技术的另一改进实施例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流 程图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。并且，附图并非按比例绘 制。具体实施例方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内 容进行详细描述。现在将结合附图1至3来描述本专利技术的具体实施例。图1示出了根据本专利技术实施 例的用于测量外延薄膜厚度的方法的流程图。如图1所示，工艺开始时，首先在步骤Sl中，可在晶圆的整个衬底上直接生长参考 薄膜，可以采用本领域技术人员所知的任何合适的方法来执行参考薄膜的生长；并且其中 所述参考薄膜不适于所述外延薄膜的生长，并且选择所述参考薄膜的材料从而使得可以很 方便的并且很精确地利用扫描电子显微镜来测量所述参考薄膜相对于晶圆衬底的厚度，例 如，在某些情况下，所述参考薄膜是氧化物薄膜。随后，在步骤S2中，在晶圆的衬底上涂覆光刻抗蚀剂；以及在步骤S3中，执行光 刻以对晶圆的衬底上的参考薄膜进行刻蚀，从而形成具有图案的参考薄膜。并且，在步骤 S4中，在执行刻蚀之后去除光刻抗蚀剂的步骤。具体地说，在本专利技术的一个优秀实施方式 中，所形成的具有图案的参考薄膜正好覆盖了晶圆的衬底的半个圆，从而呈现出一个半圆 形状。但是，本领域技术人员可以理解的是，本专利技术并不限于形成半圆形的参考薄膜图案， 而是可以形成任何合适的形状的参考薄膜图案。实际上，虽然半圆形的参考薄膜图案是一 个优选示例(因为半圆形的参考薄膜图案更方便测量)，但是本专利技术还可以采用很多其它 形状的参考薄膜图案。在形成了具有图案的参考薄膜之后，在步骤S5中，在晶圆的衬底上的形成有参考 薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜。在这个步骤中，可以利用本领域技术人员 所知道的任何合适的方式生长具有期望图案的外延薄膜。由于，所述参考薄膜的材料被选择成不适于所述外延薄膜的生长，所以生长了参考薄膜的表面不会再生长外延薄膜。随后在步骤S6至步骤S8中进行厚度测量。具体地说，第一厚度测量步骤S6中，测量具有图案的参考薄膜相对于晶圆的衬底 的第一厚度H ；例如可采用扫描电子显微镜执行对参考薄膜的厚度的测量。并且，第二厚度测量步骤S7中，用于测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的 第二厚度h;同样，例如可采用扫描电子显微镜执行外延薄膜相对于参考薄膜的厚度的测量。注意，第一厚度测量步骤S6和第二厚度测量步骤S7的执行顺序并不固定，例如可 以先执行第一厚度测量步骤S6再执行第二厚度测量步骤S7,同样可选地，也可以先执行第 二厚度测量步骤S7再执行第一厚度测量步骤S6。最后，在计算步骤S8中，根据第一厚度以及第二厚度来计算外延薄膜相对于晶圆 的衬底的厚度。具体地说，当外延薄膜厚度低于参考薄膜(参见图2)，外延薄膜相对于晶 圆的衬底的厚度等于第一厚度H减去第二厚度h之差；或是当外延薄膜厚度高于参考薄膜 (未在附图中示出)，外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度等于第一厚度H加上第二厚度h之 和。实际上，提供了这样一个参考薄膜可以很方便并且很精确地利用扫描电子显微 镜来测量所述参考薄膜相对于晶圆衬底的厚度，从而使得可以很精确地测量得到所形成的 参考薄膜相对于晶圆的衬底的第一厚度H。并且，在外延薄膜的色散与衬底的色散很类似从而使得光计量工具很难将它们彼 此区分开来的情况下，如果可以很方便并且很精确地利用扫描电子显微镜(光计量工具) 来测量所述参考薄膜相对于晶圆衬底的厚度，那么则表示由于外延薄膜的色散与衬底的色 散的相似性，也可以很精确地测量得到参考薄膜与外延薄膜之间的厚度(第二厚度h)。所 以，由于还可以很精确地测量得到参考薄膜与外延薄膜之间的第二厚度h。所以最终可以很 精确地得到第一厚度H与第二厚度h之差或和，即，最终可以很精确地得到外延薄膜相对于 晶圆的衬底的厚度。在本专利技术的一个改进实施例中，可测量外延薄膜相对于具有图案的参考薄膜的与 晶圆的衬底的接触面的厚度，并且将该厚度作为外延薄膜相对于晶圆的衬底的厚度。具体地说，图4示出了根据本专利技术的另一改进实施例的用于测量外延薄膜厚度的 方法的流程图。图4中的步骤步骤Sl至步骤S5与图2中的步骤步骤Sl至步骤S5相同， 不同点在于，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外延薄膜厚度测量方法，其特征在于包括：参考薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上直接形成具有图案的参考薄膜；外延薄膜形成步骤，用于在晶圆的衬底上的形成有参考薄膜的区域之外的其它区域直接形成外延薄膜；以及外延薄膜测量步骤，用于根据参考薄膜来测量外延薄膜的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀然，李春雷，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]