半导体器件表面薄膜折射率的测量方法与流程

1.本发明涉及一种测量方法，尤其是一种半导体器件表面薄膜折射率的测量方法。


背景技术：

2.在半导体器件的制备过程中，需要在半导体衬底的表面沉积不同的材料，其中有一些材料的折射率是固定的，如氧化硅。但是更多材料的折射率会随着工艺的不同会在较宽的范围内波动，如氮化硅、掺氧多晶硅等。
3.折射率的变化是由于制备工艺的不同而导致的，因此，通过对膜层折射率的监控是进行工艺调整的便捷且较佳的方案。目前绝大部分测量折射率是采用椭偏仪设备进行测量，椭偏仪是采用不同偏振的光照射到薄膜表面，通过对反射光的分析获得膜层的折射率和膜厚的设备。
4.折射率的测量对于工艺的调控是非常关键的，但是椭偏仪用途非常局限，并非每一个厂家都能配置，因此，需要更多可以测量折射率的方法，实现有效对于折射率的测量，以便能对半导体器件的工艺进行所需的控制。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种半导体器件表面薄膜折射率的测量方法，其能有效实现对薄膜折射率的测量，提高测量的效率，降低测量成本。
6.按照本发明提供的技术方案，一种半导体器件表面薄膜折射率的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：
7.步骤1、利用膜厚仪测量得到待测量薄膜层的厚度h1，其中，所述膜厚仪内所选测量模型的模型折射率为n1；
8.步骤2、对薄膜层进行实际厚度测量，以能得到所述薄膜层的实际厚度h2；
9.步骤3、根据上述厚度h1、实际厚度h2以及模型折射率n1，能得到薄膜层的折射率n2，其中，n2＝n1*h1/h2。
10.膜厚仪对薄膜层进行测量时，所使用的光为单色光或白光。
11.步骤1中，选用膜厚仪时，与膜厚仪适配测量模型的模型折射率n1与薄膜层的折射率n2差值小于1.5。
12.步骤2中，对薄膜层进行实际厚度测量时，所述测量方法包括sem截面测量方法、台阶仪测量方法或激光共聚焦三维测量方法。
13.本发明的优点：利用膜厚仪测量薄膜层的厚度h1，结合薄膜层的实际厚度h2以及与膜厚仪适配测量模型的模型折射率n1，能计算得到薄膜层的折射率n2，即能有效实现对薄膜折射率的测量，提高测量的效率，降低测量成本。
附图说明
14.图1为本发明的示意图。
15.附图标记说明：1
‑
器件单元体、2
‑
薄膜层。
具体实施方式
16.下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
17.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.如图1所示：为了能有效实现对薄膜折射率的测量，提高测量的效率，降低测量成本，本发明的测量方法包括如下步骤：
20.步骤1、利用膜厚仪测量得到待测量薄膜层2的厚度h1，其中，所述膜厚仪内所选测量模型的模型折射率为n1；
21.具体地，待测量的薄膜层2一般位于器件单元体1上，如图1所示。器件单元体1可以为衬底等，器件单元体1以及薄膜层2的具体形式可以根据实际需要选择，此处不再赘述。
22.膜厚仪为针对某种已知材料进行厚度测量的现有设备，膜厚仪采用光学方法能实现厚度的测量。如对于已知材料的模型折射率n1，根据测量的光学特性，如反射率、透过率、偏振率进行厚度的测量，在膜厚仪存储若干测量模型，根据所选测量模型，可以直接测出同类型膜层的厚度，比如选择氧化硅的模型，测量模型的折射率n1是1.5，此时，可以利用膜厚仪可以得到各种氧化硅膜层的厚度。膜厚仪对薄膜层2进行测量时，所使用的光为单色光或白光，具体使用单色光或白光可根据实际需要选择，具体为本技术领域人员所熟知，具体利用膜厚仪进行厚度测量的方式与现有相一致，此处不再赘述。
23.步骤2、对薄膜层2进行实际厚度测量，以能得到所述薄膜层2的实际厚度h2；
24.具体地，对薄膜层2进行实际厚度测量时，所述测量方法包括sem截面测量方法、台阶仪测量方法或激光共聚焦三维测量方法。利用sem截面测量方法、台阶仪测量方法或激光共聚焦三维测量方法具体测量得到薄膜层2的实际厚度过程与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
25.步骤3、根据上述厚度h1、实际厚度h2以及模型折射率n1，能得到薄膜层2的折射率n2，其中，n2＝n1*h1/h2。
26.本发明实施例中，由于膜厚仪的测量是对通过对反射光的分析，根据已知材料的折射率计算得出薄膜层2的厚度，因此，所测量薄膜层2的厚度与已知材料的折射率有关，即与模型折射率n1相关。实际测量过程中，待测薄膜层2的折射率与测量模型的模型折射率n1不同，因此，利用膜厚仪测量得到薄膜层2的厚度与薄膜层2的实际厚度也会存在有偏差，但薄膜层2的折射率与模型折射率n1相关联。通过sem截面测量、台阶仪测量、激光共聚焦三维
测量等方法获得薄膜层2的实际厚度，从而可计算出薄膜层2的折射率n2。
27.具体实施时，选用膜厚仪时，与膜厚仪适配测量模型的模型折射率n1与薄膜层2的折射率n2差值小于1.5。因此，在利用膜厚仪对薄膜层2进行测量时，需要根据薄膜层2的材料类型以及预估厚度等，选择相对应的膜厚仪，从而可以提高对薄膜层2的折射率n2的测量精度。
28.下面通过具体实施例1对本发明的测量过程进行具体说明。
29.实施例1
30.在硅片表面使用热氧化方法生长100nm的氧化硅，再使用cvd方法生长一层掺氧多晶硅，使用膜厚仪进行掺氧多晶硅厚度的测量，即掺杂的多晶硅为待测量的薄膜层2。膜厚仪的测量模型选用的是基底叠加100nm氧化硅的器件单元体1，并在氧化硅设有多晶硅膜层，利用膜厚仪能准确测量所述多晶硅膜层的厚度。多晶硅膜层的模型折射率n1为3.8。膜厚仪测量掺杂多晶硅(即薄膜层2)的厚度h1为550nm。采用sem截面测量掺氧多晶硅(即薄膜层2)的实际厚度为680nm。因此，计算得得到掺氧多晶硅的折射率n2为3.07。
31.实施例2
32.在硅片表面使用pecvd方法生长一层si3n
x
，即生长的si3n
x
层为待测量的薄膜层2。使用膜厚仪进行厚度的测量。膜厚仪的测量模型选用的是硅片上表面设置si3n4层。si3n4层的模型折射率n1为1.988。膜厚仪测量得到si3n
x
层(即薄膜层2)的厚度h1为110nm。采用台阶仪方法测量si3n
x
层(即薄膜层2)实际厚度h2为98nm。因此，计算得出si3n
x
层的折射率n2为2.23。
33.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
34.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。