用于测量多层半导体结构的层的厚度变化的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于测量多层半导体层的层的厚度变化的方法，W及一种能够应 用所述方法的系统。
【背景技术】
[0002] 在电子器件领域，经常使用多层半导体结构。
[0003] 该结构的具体示例是绝缘体上半导体（SeOI)型结构。
[0004] SeOI型结构从其底部到其表面通常包括支撑衬底、电绝缘层和薄半导体层（所谓 的有源层），通常期望在该薄半导体层中或上形成电子元件。
[0005] 当所述薄半导体层为娃时，所述结构被指定为术语S0I，即"绝缘体上娃"的缩写。
[0006] 所述电绝缘层为介电材料，特别是所述支撑衬底和/或薄半导体层的材料的氧化 物。于是该层通常被指定为术语BOX,即"隐埋氧化物"的缩写。
[0007] 最近已经研制出具有超薄娃层的SOI结构。
[0008] 该些结构被指定为术语抑SOI，"全耗尽SOI"，即，完全耗尽的SOI。
[0009] 用"超薄"是指小于等于50nm，优选地小于等于12nm，甚至可W减小到大约5nm的 厚度。
[0010] 抑SOI结构特别有利于制造平面电子元件，例如FDM0S("全耗尽金属氧化物半导 体"的缩写）晶体管，在其薄娃层之中或之上形成有沟道。
[0011] 因为所述薄娃层极其薄的厚度，所述晶体管的阔电压（通常标记为Vt并且取决于 该厚度）对于所述薄娃层的厚度变化非常敏感。
[0012] 所W对于该些应用，寻求薄娃层的最佳均匀性，W便从一个晶体管到其它晶体管 具有最小的vt变率。
[0013] 考虑到该些器件的小尺寸W及它们非常接近，有必要测量彼此非常靠近的点之间 (例如，每0.5ym)的厚度变化。
[0014] 该意味着在制造SOI的方法过程中，在通常包含在0. 5ym和300mm之间的空间波 长的宽范围内在SOI表面的不同点之间测量薄娃层的厚度和电绝缘层的厚度。
[0015] 目前的测量方法基于光学测量，尤其是楠圆光度法或光谱反射法。
[0016] 在该两种情况下，该些方法都意味着：通过用具有数个光波长的光通量来照射 SOI而进行大量的测量，从而不仅测量娃层的厚度而且测量隐埋氧化物层的厚度。
[0017] 但是，通过该些技术，不可能用小到0. 5ym的空间波长进行测量。
[001引由此，楠圆计允许用大于等于约40ym的空间波长进行测量。
[0019] 另一方面，该些测量在SOI的制造循环中耗时长且成本高。
[0020] 另外，用单一光波长由楠圆光度法或光谱反射法进行的测量不可能足够准确地确 定娃层的厚度，该是由于对于给定的光波长，娃层的测量厚度取决于下层的隐埋氧化物层 的厚度和性质。
[0021] 因此，本发明的目的是提供一种用于测量多层半导体结构的层的厚度变化的方 法，该方法尤其可W在包含在0. 5ym和40ym之间的空间波长范围中进行测量，而用目前 的测量方法是做不到的。
[0022] 具体地，所述方法应允许W至少等于0.Inm的精度来测量抑SOI结构的薄娃层中 的厚度变化。
【发明内容】
[0023] 根据本发明，提出了一种用于测量多层半导体结构的层的厚度变化的方法，该方 法包括：
[0024] -至少借助图像获取系统来获取所述结构的表面的至少一个图像，所述图像是通 过在所述结构的所述表面上准单色光通量的反射而获得的；
[0025]-处理获取的所述至少一个图像，W基于由所述表面反射的光的强度变化确定待 测量的所述层的厚度变化；
[0026] 所述准单色光通量的波长被选择成与关于所述多层结构的除了必须测量厚度变 化的层之外的层的、所述多层结构的反射率的敏感度的最小值相对应。
[0027] 关于所述结构的层的反射率的敏感度（与长度的倒数同质）被定义为如下二者的 比值：
[0028] -两个多层结构的反射率之差，所考虑的层针对该两个多层结构具有给定的厚度 差（例如0.Inm) 及
[0029] -所述给定的厚度差，
[0030] 在该两个多层结构中，其它层的厚度相同。
[0031] 换言之，上述两个结构由相同的层构成，在该两个结构中，所述层具有相同的厚 度，除了需测量反射率的敏感度的层之外而且该层被赋予在一个结构中与另一个结构中不 同的厚度。
[0032] 所述反射率的敏感度取决于测量所用的光通量的波长。
[0033] 对于本发明的应用关屯、的是所述敏感度的绝对值，关于除了待测量的层之外的层 的最小需求敏感度为零或接近零。
[0034]"多层结构"是指包括对于准单色测量光通量的波长透明的至少两层的结构。
[0035]"准单色光"是指光谱在如下波长范围内延伸的光通量，该波长范围可相对于额定 波长延伸达到+/-20nm。当提及所述准单色光通量的波长时，是参考额定波长的。当然，也 可W使用单色光通量（即具有单个波长）而应用本发明。
[0036] 根据本发明的一实施方式，所述图像获取系统是光学显微镜。
[0037] 根据本发明的另一实施方式，所述图像获取系统是数码相机，其像素的尺寸小于 等于 0. 25ym。
[0038] 优选的是，所述图像获取系统的数值孔径大于等于0.8。
[0039] 有利的是，所述光通量在所述结构的所述表面上的入射与所述表面正交。
[0040] 根据本发明的一实施方式，所述处理的步骤包括；对于所述准单色光通量的波长， 基于待测量的所述层的厚度来计算所述多层结构的理论反射率；W及基于所述计算来确定 所述层的厚度变化的映射。
[0041] 根据本发明的一实施方式，所述处理的步骤包括：
[0042]-将所述图像与预先建立的校准曲线进行比较，所述校准曲线提供了所获取的图 像的灰度值与待测量的所述层的局部厚度之间的关系；W及
[0043] -基于所述校准曲线确定所述结构的所述表面上的所述层的厚度变化的映射。
[0044] 有利的是，该方法在获取所述至少一个图像的步骤之前包括如下步骤：
[0045]-测量所述结构的各层的厚度；
[0046] -基于测量的所述厚度，根据入射光通量的波长模拟关于各所述层的反射率的敏 感度；化及
[0047] -基于所述模拟，确定旨在照明所述结构的所述表面的准单色光通量的波长，所述 波长被选择成使得关于除了待测量的层之外的层的反射率的敏感度最小。
[0048] 有利的是，借助于楠圆计或反射计来执行所述厚度测量的步骤。
[0049] 根据本发明的具体应用，所述多层结构是由在支撑衬底上的对于准单色光通量的 波长透明的两层构成的结构。
[0050]W特别有利的方式，所述多层结构是绝缘体上半导体结构，该绝缘体上半导体结 构包括支撑衬底、电绝缘层和半导体层，并且需测量厚度变化的层是所述半导体层。
[0051] 例如，所述结构有利地是抑SOI结构，需测量厚度变化的层是娃层，该娃层的厚度 小于等于50nm，优选地小于等于12nm。
[0052] 另一目的设及能够应用上述方法的测量系统。
[0053] 用于测量多层半导体结构的层的厚度变化的所述系统包括：
[0054]-用于照明所述结构的照明装置，该照明装置适于朝向所述结构的表面发出准单 色光通量；
[00巧]-用于选择准单色光通量的波长的选择装置，该选择装置被构造成用于确定波长， 该波长与关于所述结构的除了必须测量厚度变化的层之外的层的反射率的敏感度的最小 值相对应，所述关于层的反射率的敏感度等于如下二者的比值：
[0056] -两个多层结构的反射率之差，所考虑的层针对该两个多层结构具有给定的厚度 差；W及
[0057] -所述给定的厚度差，
[0058] 在该两个多层结构中，其它层的厚度相问，
[0059] 所述选择装置与所述照明装置相禪合W向所述照明装置提供待发出的光通量的 所述确定的波长，
[0060] -图像获取系统，该图像获取系统被布置成通过所述准单色光通量的反射而获取 所述结构的所述表面的至少一个图像，
[0061] -处理系统，该处理系统被构造成从获取的所述至少一个图像基于由所述表面反 射的光的强度变化来确定待测量的所述层的厚度变化。
[0062] 根据一实施方式，所述照明装置包括白光源和支撑多个具有不同波长的滤光器的 轮，所述轮适于旋转，使得由所述白光源发出的光在到达待测量的所述结构的表面之前穿 过具有由所述选择装置确定的波长的滤光器。
[0063] 根据另一实施方式，所述照明装置包括均具有不同波长的多个光源W及与所述光 源相禪合的多个可移除的阻挡装置，所述阻挡装置被布置成仅使得具有由所述选择装置确 定的波长的光朝向待测量的所述结构的表面穿过。
【附图说明】
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