膜厚度的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路中的膜相关检测方法，特别是涉及一种膜厚度的检测方法。
【背景技术】
[0002]在现今的半导体技术中，锗硅技术作为一门新兴的技术，运用的愈加频繁，但是其膜厚检测一直存在问题，由于其特殊晶格结构造成其透光能力有限，使用椭圆偏振光测试方法局限性非常大，而使用其他方法，如二次电子光谱测定法(SIMS)、X射线衍射(XRD)或者通过扫描电子显微镜(SEM)进行样品断面分析，都存在着诸如制样繁琐、设备使用费用昂贵，而且量测机台本身偏差也较大等问题。
[0003]因此，无法快速准确有效全面地检测锗硅膜厚或其他用传统方法难以准确测量的膜层的厚度等，如此便衍生出一系列工艺问题，如无法监测面内膜厚均一性等。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种膜厚度的检测方法。该方法使用操作简单、快速而且准确度高，解决现有的无法快速准确有效全面地检测锗硅膜厚度或其他用传统方法难以准确测量的膜层的厚度等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的膜厚度的检测方法，包括步骤:
[0006]I)在硅衬底上，淀积一层阻挡层，并量测阻挡层厚度；
[0007]2)在阻挡层表面淀积一层待测厚度的膜；
[0008]3)在步骤2)的待测厚度的膜表面淀积光刻胶，然后，对光刻胶进行图形化，并且刻蚀待测厚度的膜至阻挡层，形成沟槽；
[0009]4)淀积绝缘层以填充沟槽；
[0010]5)利用化学机械研磨进行绝缘层平坦化，量测沟槽中的绝缘层厚度，即为步骤2)的膜厚度。
[0011]所述步骤I)中，淀积的方法包括:低压化学气相沉积法(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或常压化学气相淀积(APCVD);阻挡层的材质包括:氧化膜、氮化膜或氧化膜与氮化膜的组合；阻挡层的厚度为100?10000埃；量测阻挡层厚度的方法为椭圆偏振光测试方法。
[0012]所述步骤2)中，淀积的方法包括:低压化学气相沉积法(LPCVD)或常压化学气相淀积(APCVD);淀积的工艺条件为:压力I?760托，气体源采用硅烷(SiH4)、二氯二氢硅(DCS)或三氯三氢硅(TCS)，气体源流量10?500SCCm，以及锗烷气体，锗烷气体流量为10 ?500sccm。
[0013]步骤2)中，待测厚度的膜的材质包括:锗硅膜或其他用传统方法难以准确测量的膜，如碳化硅膜等。
[0014]所述步骤3)中，图形化的工艺条件为:采用溴化氢(HBr)或氯气(C12)作为刻蚀齐U，压力10毫托?100托，气体流量范围10?500SCCm，图形是环形或方形，图形宽度需大于80微米；
[0015]步骤3)中，刻蚀的工艺条件为:采用高选择比的干法刻蚀，其中，高选择比的范围为10:1?200:1，以阻挡层的损失量在20埃以内为佳。
[0016]所述步骤4)中，淀积的方法包括:低压化学气相沉积法(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或常压化学气相淀积(APCVD);绝缘层的材质包括:氧化膜或氮化膜；高于待测厚度的膜表面的绝缘层厚度为1000?10000埃，绝缘层与阻挡层的总厚度需为待测厚度的膜的1.5倍?5倍，其中，以2倍为佳。
[0017]所述步骤5)中，化学机械研磨的药液对于绝缘层和待测厚度的膜的选择比为50:I?1000:1 ;化学机械研磨的终点以硅片表面平坦化为准，可研磨至待测厚度的膜露出或待测厚度的膜上方仍有绝缘层；
[0018]步骤5)中，量测的方法为椭圆偏振光测试方法。
[0019]本发明通过先在硅衬底上生长一层阻挡层，然后，生长一层待测厚度的膜，将待测厚度的膜刻蚀，然后，填充入氧化膜或氮化膜等绝缘层，并对该层进行平坦化处理，最后测量该阻挡层+绝缘膜的厚度来得出相邻的待测厚度的膜的厚度。
[0020]本发明的方法使用快速简便，准确度高，测试范围广，同时，可以达到器件性能调整、标准片制备以及腔体中心化的目的。
【附图说明】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0022]图1是淀积阻挡层后的不意图；
[0023]图2是淀积待测厚度的膜后的示意图；
[0024]图3是形成沟槽后的示意图；
[0025]图4是淀积绝缘层以填充沟槽后的示意图；
[0026]图5是化学机械研磨进行绝缘层平坦化的一种示意图；
[0027]图6是化学机械研磨进行绝缘层平坦化的另一种示意图；
[0028]图7是表面图形的一种俯视图；
[0029]图8是表面图形的另一种俯视图。
[0030]图中附图标记说明如下:
[0031]I为硅衬底，2为阻挡层，3为待测厚度的膜，4为沟槽，5为绝缘层。
【具体实施方式】
[0032]本发明的膜厚度的检测方法，包括步骤:
[0033]I)通过低压化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或常压化学气相淀积，在硅衬底I上淀积一层厚度为100?10000埃的阻挡层2 (如图1所示)，并以椭圆偏振光测试方法量测阻挡层2厚度；
[0034]其中，阻挡层2的材质包括:氧化膜、氮化膜或氧化膜与氮化膜的组合；
[0035]2)通过低压化学气相沉积法或常压化学气相淀积，在阻挡层2表面淀积一层待测厚度的I旲3 (如图2所不)；
[0036]其中，淀积的工艺条件为:压力I?760托，气体源采用硅烷(SiH4)、二氯二氢硅(DCS)或三氯三氢硅(TCS)，气体源流量10?500SCCm，以及锗烷气体，锗烷气体流量为10 ?500sccm。
[0037]待测厚度的膜3的材质包括:锗硅膜或其他用传统方法难以准确测量的膜，如碳化硅膜等。
[0038]3)在步骤2)的待测厚度的膜3表面淀积光刻胶，然后，对光刻胶进行图形化，并且刻蚀待测厚度的膜3至阻挡层2，形成沟槽4 (如图3所示)；
[0039]其中，图形化的工艺条件为:采用溴化氢(HBr)或氯气(C12)作为刻蚀剂，压力10毫托?100托，气体流量范围10?500SCCm，图形是环形或方形，图形宽度需大于80微米；
[0040]刻蚀的工艺条件为:采用高选择比(待测厚度的膜刻蚀速率相对阻挡层快得多)的干法刻蚀，其中，高选择比的范围为10:1?200:1，以阻挡层2的损失量在20埃以内为佳。
[0041]4)通过低压化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或常压化学气相淀积，淀积绝缘层5以填充沟槽4 (如图4所示)；
[0042]其中，绝缘层5的材质包括:氧化膜或氮化膜；
[0043]高于待测厚度的膜3表面的绝缘层5厚度为1000?10000埃，绝缘层5与阻挡层2的总厚度需为待测厚度的膜3的1.5倍?5倍，优选为2倍。
[0044]5)利用化学机械研磨进行绝缘层5平坦化，以椭圆偏振光测试方法量测沟槽4中的绝缘层5厚度，即为步骤2)的膜厚度。
[0045]其中，化学机械研磨的药液对于绝缘层5和待测厚度的膜3的选择比为50:1?1000:1 ;化学机械研磨的终点以硅片表面平坦化为准，可研磨至待测厚度的膜3露出或待测厚度的膜3上方仍有绝缘层5，如图5、6所示。
[0046]图5为研磨至待测厚度的膜3露出，可以利用待测厚度的膜3对绝缘层5的高选择比(如大约是1:100)来平坦化硅片表面，此时，待测厚度的膜3的厚度为(T3-T1)。
[0047]图6为未研磨至待测厚度的膜3露出，可以通过计算(T3-T1-T2)来得出待测厚度的膜3的厚度。其中，Tl、T2、T3均为传统的硅上的膜测量所得值，其准确度较高、重复性强。
[0048]另外，采用本发明的方法，其表面图形俯视图可如图7-8所示。
[0049]通过采用本发明的方法，可以节约成本和效率，取样点亦可根据需要灵活调整，对面内均一性调整优化方向有指导作用，同时也可以作为硅片基座中心化的手段。
【主权项】
1.一种膜厚度的检测方法，其特征在于，包括步骤: 1)在硅衬底上，淀积一层阻挡层，并量测阻挡层厚度； 2)在阻挡层表面淀积一层待测厚度的膜； 3)在步骤2)的待测厚度的膜表面淀积光刻胶，然后，对光刻胶进行图形化，并且刻蚀待测厚度的膜至阻挡层，形成沟槽； 4)淀积绝缘层以填充沟槽； 5)利用化学机械研磨进行绝缘层平坦化，量测沟槽中的绝缘层厚度，即为步骤2)的膜厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，淀积的方法包括:低压化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或常压化学气相淀积； 阻挡层的材质包括:氧化膜、氮化膜或氧化膜与氮化膜的组合； 阻挡层的厚度为100?10000埃； 量测阻挡层厚度的方法为椭圆偏振光测试方法。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，淀积的方法包括:低压化学气相沉积法或常压化学气相淀积； 淀积的工艺条件为:压力I?760托,气体源米用娃烧、二氯二氢娃或三氯三氢娃,气体源流量10?500SCCm，以及锗烷气体，锗烷气体流量为10?500SCCm ； 待测厚度的膜的材质包括:锗硅膜或碳化硅膜。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤3)中，图形化的工艺条件为:采用溴化氢或氯气作为刻蚀剂，压力10毫托?100托，气体流量范围10?500sccm，图形是环形或方形，图形宽度大于80微米； 刻蚀的工艺条件为:采用高选择比的干法刻蚀，其中，高选择比的范围为10:1?200:1o
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于:所述刻蚀中，阻挡层的损失量在20埃以内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤4)中，淀积的方法包括:低压化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法或常压化学气相淀积； 绝缘层的材质包括:氧化膜或氮化膜； 高于待测厚度的膜表面的绝缘层厚度为1000?10000埃，绝缘层与阻挡层的总厚度为待测厚度的膜的1.5倍?5倍。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述绝缘层与阻挡层的总厚度为待测厚度的膜的2倍。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤5)中，化学机械研磨的药液对于绝缘层和待测厚度的膜的选择比为50:1?1000:1 ； 化学机械研磨的终点以硅片表面平坦化为准，研磨至待测厚度的膜露出或待测厚度的膜上方仍有绝缘层； 量测的方法为椭圆偏振光测试方法。
【专利摘要】本发明公开了一种膜厚度的检测方法，包括步骤：1）在硅衬底上，淀积一层阻挡层，并量测阻挡层厚度；2）在阻挡层表面淀积一层待测厚度的膜；3）在待测厚度的膜表面淀积光刻胶，然后，对光刻胶进行图形化，并且刻蚀待测厚度的膜至阻挡层，形成沟槽；4）淀积绝缘层以填充沟槽；5）利用化学机械研磨进行绝缘层平坦化，量测沟槽中的绝缘层厚度，即为步骤2）的膜厚度。本发明的方法使用快速简便，准确度高，测试范围广，同时，可以达到器件性能调整、标准片制备以及腔体中心化的目的。
【IPC分类】G01B11-06, H01L21-66
【公开号】CN104576428
【申请号】CN201310484894
【发明人】钱志刚, 季伟
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月16日