晶粒尺寸的测量方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶粒尺寸的测量方法。


背景技术：

2.在半导体制备过程中，薄膜生长是必不可少的，在半导体器件的制备过程中，在生长完薄膜之后，需要对薄膜进行检测以评判生长的薄膜的品质，通常包括对薄膜的厚度和方块电阻等进行测量。此外，针对晶体薄膜而言，薄膜的“晶粒尺寸”是体现晶体薄膜品质的一项重要指标，薄膜的晶粒尺寸对产品性能及可靠性会产生影响，比如铝薄膜一般作为金属互连层，铝薄膜的晶粒大小会对半导体器件的电迁移性能造成直接的影响。目前，在对薄膜的晶粒尺寸进行测量时，通常是对薄膜进行切片处理，再利用电子显微镜测量出薄膜的晶粒尺寸。但是在这种测量方法中，需要对薄膜进行切片处理具有破坏性，会导致承载薄膜的晶圆损伤被报废，并且测量时间周期长，且无法在产品上直接测量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种晶粒尺寸的测量方法，以快速便捷测量出薄膜的晶粒尺寸。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种晶粒尺寸的测量方法，包括：
5.提供多个参考薄膜，获取所有所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸；
6.利用所有所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸，建立所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射关系；以及，
7.提供待测薄膜，获取所述待测薄膜的反射率，并根据所述映射关系得到所述待测薄膜的晶粒尺寸。
8.可选的，获取所述参考薄膜的反射率的步骤包括：
9.选取所述参考薄膜的表面上的若干第一参考点；
10.将一光束依次入射至所述第一参考点上，获取每个所述第一参考点反射的光束，以得到每个所述第一参考点的反射率；以及，
11.将所有所述第一参考点的反射率的均值作为所述参考薄膜的反射率；和/或，
12.获取所述待测薄膜的反射率的步骤包括：
13.选取所述待测薄膜的表面上的若干第二参考点；
14.将一光束依次入射至所述第二参考点上，获取每个所述第二参考点反射的光束，以得到每个所述第二参考点的反射率；以及，
15.将所有所述第二参考点的反射率的均值作为所述待测薄膜的反射率。
16.可选的，每个所述参考薄膜选取的第一参考点的位置相对应。
17.可选的，获取所述参考薄膜的晶粒尺寸的步骤包括：
18.利用电子显微镜获取所述参考薄膜的表面图像；
19.在所述表面图像上画至少一条穿过所述表面图像的中心的参考线，测量位于每条
所述参考线上的所有晶粒的尺寸；以及，
20.根据每条所述参考线上的所有晶粒的尺寸得到每条所述参考线上的晶粒的尺寸的均值，根据每条所述参考线上的晶粒的尺寸的均值得到所述表面图像中的晶粒的尺寸的均值，所述表面图像中的晶粒的尺寸的均值作为所述参考薄膜的晶粒尺寸。
21.可选的，所有所述第一参考点均位于所述参考线上。
22.可选的，所述第一参考点沿所述参考薄膜的中心对称分布。
23.可选的，所述第一参考点和所述第二参考点的位置相对应。
24.可选的，所述映射关系为表征所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸关系的曲线图。
25.可选的，所述参考薄膜和所述待测薄膜的材料、制备工艺以及制备工艺的参数均相同。
26.可选的，所述参考薄膜和所述待测薄膜的材料均为金属。
27.在本发明提供的晶粒尺寸的测量方法中，提供多个参考薄膜，获取所有所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸，由于所述参考薄膜中的晶粒尺寸不同，导致所述参考薄膜的表面较粗糙，所述参考薄膜的反射率与所述参考薄膜的表面的粗糙度存在关系，通过所述参考薄膜的反射率能够反映所述参考薄膜中的晶粒尺寸；利用所有所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸，建立所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射关系；进而，提供待测薄膜，获取所述待测薄膜的反射率，并根据所述映射关系及获得的所述待测薄膜的反射率能够快速便捷测量得到所述待测薄膜的晶粒尺寸。
附图说明
28.图1为本发明一实施例提供的晶粒尺寸的测量方法的流程图；
29.图2为本发明一实施例提供的晶粒尺寸的测量方法中参考薄膜的表面图像；
30.图3为本发明一实施例提供的晶粒尺寸的测量方法中参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射曲线图。
具体实施方式
31.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
32.图1为本实施例提供的晶粒尺寸的测量方法的流程图。请参考图1，本实施例提供了一种晶粒尺寸的测量方法，包括：
33.步骤s1：提供多个参考薄膜，获取所有所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸；
34.步骤s2：利用所有所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸，建立所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射关系；以及，
35.步骤s3：提供待测薄膜，获取所述待测薄膜的反射率，并根据所述映射关系得到所述待测薄膜的晶粒尺寸。
36.下面对本实施例提供的晶粒尺寸的测量方法进行详细说明。
37.执行步骤s1：提供多个所述参考薄膜，将每一所述参考薄膜形成于一晶圆上，所述参考薄膜的材料优选为金属，由于金属薄膜不易透光，更适用于后续测量所述金属薄膜的
反射率，但不限于金属薄膜，也可是其它能够反射光的薄膜。其中每个所述参考薄膜的的材料、制备工艺以及制备工艺的参数均相同。在本实施例中，由于所述参考薄膜形成于一晶圆上，所述晶圆的尺寸一般会较大，可以将所述晶圆进行切片处理制成若干个样品，样品的表面为所述参考薄膜，进而测量所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸。
38.获取所述参考薄膜的反射率的步骤包括：在所述参考薄膜的表面上选取若干第一参考点；利用光源将一光束依次入射至所述第一参考点上，通过探测器获取每个所述第一参考点反射的光束，以得到每个所述第一参考点的反射率，将所有所述第一参考点的反射率的均值作为所述参考薄膜的反射率。对于每个所述参考薄膜，选取的第一参考点的位置相对应，才能够准确获取所述参考薄膜的反射率与所述参考薄膜的晶粒尺寸的映射关系。
39.获取所述参考薄膜的晶粒尺寸的步骤包括：利用电子显微镜获取所述参考薄膜的表面图像，在所述表面图像上画至少一条穿过所述表面图像的中心的参考线，测量位于每条所述参考线上的所有晶粒的尺寸；进而，根据每条所述参考线上的所有晶粒的尺寸得到每条所述参考线上的晶粒的尺寸的均值，根据每条所述参考线上的晶粒的尺寸的均值得到所述表面图像中的晶粒的尺寸的均值，所述表面图像中的晶粒的尺寸的均值作为所述参考薄膜的晶粒尺寸。
40.图2为本实施例提供的晶粒尺寸的测量方法中参考薄膜的表面图像。请参考图2，图2示例了参考薄膜的表面图像，具体示实际情况；在本实施例中，可沿所述表面图像的中心画两条参考线k，两条所述参考线k为所述表面图像的对角线，但不限于此；测量表面图像上两条所述参考线k上的所有晶粒的尺寸，根据两条所述参考线k上的所有晶粒的尺寸得到对应的所述参考线k上的晶粒的尺寸的均值，从而得到所述表面图像中的晶粒的尺寸的均值。
41.在本实施例中，为了后面更加准确建立所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射关系，要求若干所述第一参考点在所述参考薄膜的表面上均匀分布，优选若干所述第一参考点沿所述参考薄膜的中心对称分布，例如所述第一参考点的数量为2个，2个所述第一参考点沿所述参考薄膜的中心对称分布。由于所述参考薄膜中晶粒尺寸不同，导致所述参考薄膜的表面较粗糙，所述参考薄膜的反射率与所述参考薄膜的表面的粗糙度存在关系，即通过所述参考薄膜的反射率能够反映所述参考薄膜中的晶粒尺寸，在本实施例中，优选所有所述第一参考点均位于所述参考线上，以使所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸更加对应，便于准确建立所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸的映射关系；也可以部分所述第一参考点均位于所述参考线上，也可以所有所述第一参考点均不位于所述参考线上。
42.执行步骤s2：由步骤s1获取了所有所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸，由于所述参考薄膜中的晶粒尺寸不同，导致所述参考薄膜的表面较粗糙，所述参考薄膜的反射率与所述参考薄膜的表面的粗糙度存在关系，通过所述参考薄膜的反射率能够反映所述参考薄膜中的晶粒尺寸，因此需要建立所述参考薄膜的反射率和所述参考薄膜的晶粒尺寸的映射关系。在本实施例中，所述映射关系为表征所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸关系的曲线图，建立x-y坐标系，x轴为所述参考薄膜的晶粒尺寸，y轴为所述参考薄膜的反射率，将测量得到所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸放在x-y坐标系中，即建立了所述参考薄膜的反射率和所述参考薄膜的晶粒尺寸的映射关系。
43.在本实施例中，示例获取了4个所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸，请参考
如下表1所示。
44.参考薄膜反射率晶粒尺寸12.1120.3522.080.5331.9920.8941.8511.21
45.表1参考薄膜的反射率与晶粒尺寸对比表
46.图3为本实施例提供的晶粒尺寸的测量方法中参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射曲线图。请参考图3，从表1的4个所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸，将4个所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸放在x-y坐标系中，x轴为所述参考薄膜的晶粒尺寸，y轴为所述参考薄膜的反射率，建立所述参考薄膜的反射率和所述参考薄膜的晶粒尺寸的映射关系。
47.执行步骤s3：在步骤s2得到所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸的映射关系之后，提供待测薄膜，所述待测薄膜与所述参考薄膜的材料、制备工艺以及制备工艺的参数均相同，所述待测薄膜的材料优选为金属。
48.进一步地，获取所述待测薄膜的反射率的步骤包括：在所述待测薄膜的表面上选取若干第二参考点；利用光源将一光束依次入射至所述第二参考点上，通过探测器获取每个所述第二参考点反射的光束，以得到每个所述第二参考点的反射率，将所有所述第二参考点的反射率的均值作为所述待测薄膜的反射率。所述第一参考点和所述第二参考点的位置相对应，便于准确得到所述待测薄膜的晶粒尺寸。
49.进一步地，根据所述待测薄膜的反射率，从所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸的映射关系中能够快速得到所述待测薄膜的晶粒尺寸，比如根据所述待测薄膜的反射率从映射曲线图中得到所述待测薄膜的晶粒尺寸。
50.综上，在本发明提供的晶粒尺寸的测量方法中，提供多个参考薄膜，获取所有所述参考薄膜的反射率及晶粒尺寸，由于所述参考薄膜中的晶粒尺寸不同，导致所述参考薄膜的表面较粗糙，所述参考薄膜的反射率与所述参考薄膜的表面的粗糙度存在关系，通过所述参考薄膜的反射率能够反映所述参考薄膜中的晶粒尺寸；利用所有所述参考薄膜的反射率及对应的晶粒尺寸，建立所述参考薄膜的反射率与晶粒尺寸的映射关系；进而，提供待测薄膜，获取所述待测薄膜的反射率，并根据所述映射关系及获得的所述待测薄膜的反射率能够快速便捷测量得到所述待测薄膜的晶粒尺寸。
51.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。