專利名稱：硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種利用硅探頭進(jìn)行硅襯底薄膜膜厚 的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
微電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域中最為重要的領(lǐng)域之一 ，而支持微電子技
術(shù)發(fā)展的重要材料之一就是薄膜材料。薄膜是人工制作的厚度在1微米(10—6
米)以下的固體膜， 一般都是被制備在一個(gè)襯底如玻璃、半導(dǎo)體硅等上，薄膜 厚度(膜厚)是薄膜材料的一個(gè)最為基本、最為重要的物理量，它在很大程度 上決定著薄膜材料的物理特性，如電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、 鐵電性質(zhì)等，因此，膜厚的測(cè)量在薄膜材料的科研開發(fā)和生產(chǎn)中占有非常重要
的地位。
目前，測(cè)量各種薄膜膜厚的方法有很多種，對(duì)于透明薄膜， 一般采用光學(xué) 方法測(cè)量其膜厚，通過(guò)在薄膜上垂直照射可視光，光的一部分在膜的表面反射， 另一部分透進(jìn)薄膜，在膜與襯底之間的界面反射。薄膜表面反射的光和薄膜底 部反射的光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，利用干涉現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度的測(cè)量。對(duì)于非透明 薄膜， 一般是利用射線對(duì)薄膜進(jìn)行激發(fā)，薄膜中電子受激后進(jìn)行躍遷，利用各 種薄膜的專用探頭來(lái)測(cè)量電子躍遷所釋放的特征信號(hào)的強(qiáng)度，不同的元素釋放 的電子特征信號(hào)強(qiáng)度不同，通過(guò)測(cè)量電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值來(lái)確定薄膜厚度， 其原理是，由于射線可穿透整個(gè)薄膜的膜層，因此，薄膜越厚，經(jīng)射線激發(fā)所 釋放的電子特征信號(hào)強(qiáng)度就越強(qiáng)，在射線可穿透整個(gè)薄膜的膜層情況下，電子 特征信號(hào)的強(qiáng)度值與薄膜厚度成線性關(guān)系。各薄膜專用探頭即是利用這一原理 進(jìn)行薄膜厚度測(cè)量的。 一般來(lái)說(shuō)，薄膜專用探頭測(cè)量的是含有某一元素的薄膜的厚度，例如，硅薄膜的膜厚測(cè)量就得選用硅探頭，同樣地，含鈦、鋁、鵠等 的薄膜需要分別選用鈦探頭、鋁探頭及鎢探頭進(jìn)行測(cè)量。由于薄膜種類較多， 因此所需的專用探頭種類也比較多，而每種探頭的價(jià)格均比較昂貴，專用探頭 測(cè)量的專用性使得專用探頭的使用效率較低，但又必須配備，這導(dǎo)致了薄膜測(cè) 量部門的投入成本及維護(hù)成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法， 利用硅探頭即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種硅襯底薄膜的膜厚進(jìn)行測(cè)量。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，包括以下步驟
A、 選取至少兩種厚度的薄膜并分別沉積于硅襯底上，標(biāo)定出所述至少兩 種厚度薄膜的尺寸；
B、 對(duì)所述至少兩種厚度的薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭分別檢測(cè)被激 發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值；
C、 利用所標(biāo)定的薄膜尺寸及所檢測(cè)的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度值建立薄膜厚 度與硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系；
D、 對(duì)待測(cè)量的硅襯底薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭檢測(cè)被激發(fā)的硅電 子特征信號(hào)的強(qiáng)度值，根據(jù)步驟C所建立的函數(shù)關(guān)系確定所述待測(cè)量硅襯底薄 膜的厚度。
優(yōu)選地，步驟B和步驟D中的射線強(qiáng)度相等，所述射線強(qiáng)度能穿透薄膜但 不能穿透硅襯底。
優(yōu)選地，所述射線為X射線，由X射線管發(fā)射。
優(yōu)選地，所述薄膜標(biāo)定由專用薄膜標(biāo)定設(shè)備標(biāo)定或通過(guò)專用薄膜探頭測(cè)量 薄膜的厚度。
優(yōu)選地，步驟B中所述函數(shù)為線性函數(shù)。 優(yōu)選地，所述薄膜為除純硅薄膜外的任一薄膜。優(yōu)選地，所述薄膜包括鈦薄膜、鋁薄膜、鎢薄膜、氮化鈦薄膜、鎢硅薄 膜、二氧化硅薄膜、氮化鋁薄膜、碳化鈦薄膜。
本發(fā)明根據(jù)待測(cè)量薄膜的種類，選取該類型薄膜的至少兩種厚度進(jìn)行標(biāo)定， 利用硅探頭進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)所檢測(cè)的硅特征信號(hào)強(qiáng)度值與所標(biāo)定的薄膜尺寸建 立薄膜厚度與硅特征信號(hào)強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。利用硅探頭對(duì)待測(cè)量的硅襯底 薄膜進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量出待測(cè)量硅襯底薄膜的硅特征信號(hào)強(qiáng)度值，根據(jù)所確定 的函數(shù)關(guān)系即可確定出待測(cè)量硅襯底薄膜的厚度。本發(fā)明適合于任何硅襯底的 單材質(zhì)薄膜厚度的測(cè)量，測(cè)量成本低且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
傳統(tǒng)的非透明薄膜厚度測(cè)量方法，基本上是基于單元素薄膜理論進(jìn)行的，
如測(cè)量鈦(Ti)薄膜、氮化鈦(TiN)薄膜的膜厚時(shí)選用Ti探頭進(jìn)行測(cè)量，測(cè) 量鴒硅(WSi)薄膜、鴒(W)薄膜的膜厚時(shí)選用W探頭進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量鋁(Al) 薄膜膜厚時(shí)選用Al探頭進(jìn)行測(cè)量；非透明薄膜厚度測(cè)量的基本理論是，X射線 激發(fā)出的某種元素的特征能譜可被該種元素的專用探頭所接收，在薄膜可被X 射線穿透的情況下，薄膜越厚，被激發(fā)的所述元素的特征能譜即特征信號(hào)強(qiáng)度 就越強(qiáng)，特征信號(hào)強(qiáng)度與薄膜厚度成線性關(guān)系，確定這種線性關(guān)系后，專用探 頭根據(jù)所測(cè)量的特征信號(hào)強(qiáng)度即可確定薄膜厚度。一^:來(lái)講，薄膜厚度在1微 米以下，對(duì)薄膜激發(fā)的X射線能穿透薄膜而深入到薄膜下的襯底內(nèi)部，但并不 能穿透整個(gè)襯底，這樣，襯底中硅電子也會(huì)被激發(fā)而產(chǎn)生躍遷，薄膜對(duì)射線有 阻檔效果，薄膜越厚，襯底中的硅電子釋放的特征信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)越低，襯底中 被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度與薄膜厚度之間也成線性關(guān)系。本發(fā)明正是基于 這一原理，通過(guò)測(cè)量薄膜下襯底中的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定薄膜厚度的。 由于村底多為純硅襯底，因此，本發(fā)明提出一種基于硅探頭的硅襯底薄膜厚度測(cè)量方法。以下進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法流程圖，如圖l所示，
本發(fā)明的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法包括以下步驟
步驟101:選取至少兩種厚度的薄膜并分別沉積于硅襯底上，標(biāo)定出所述 至少兩種厚度薄膜的尺寸。由于襯底中被激發(fā)的電子特征信號(hào)強(qiáng)度與薄膜厚度 之間成線性關(guān)系，而確定線性函數(shù)至少需要兩組二維參數(shù)，因此，在對(duì)某種薄 膜進(jìn)行測(cè)量之前，首先確定出襯底中被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度與薄膜厚度 之間線性函數(shù)關(guān)系。步驟101及下述的步驟102是確定所述函數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)步 驟。這里，標(biāo)定可由專門的標(biāo)定部門利用專用的薄膜標(biāo)定設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，或通 過(guò)該種薄膜的專用探頭測(cè)量出的薄膜厚度作為標(biāo)定值。薄膜厚度標(biāo)定值越精確， 本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果也越精確。
步驟102:對(duì)步驟IOI中所標(biāo)定的所述至少兩種厚度的薄膜進(jìn)行射線激發(fā)， 利用硅探頭分別檢測(cè)被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值。對(duì)標(biāo)定出厚度的薄膜， 利用射線進(jìn)行激發(fā)，并通過(guò)硅探頭檢測(cè)出被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值。 這里，射線為X射線，由X射線管發(fā)射。
步驟103:利用步驟101中所標(biāo)定的薄膜尺寸及步驟102中所檢測(cè)的硅電 子特征信號(hào)強(qiáng)度值建立薄膜厚度與硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。如果 所標(biāo)定的薄膜僅有兩種厚度，則可得到兩組二維參數(shù)(薄膜尺寸，硅電子特征 信號(hào)強(qiáng)度值)，由于薄膜厚度與硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系為線性關(guān)系，該 線性關(guān)系即滿足線性函數(shù)y-ax + b，其中，x表示受激發(fā)硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度 值，y表示硅襯底上的薄膜尺寸。通過(guò)兩組二維參數(shù)即可確定出a和b的值， 從而確定出線性函數(shù)。當(dāng)所得到的二維參數(shù)多于兩組時(shí)，可以x、y分別作為二 維坐標(biāo)的兩軸，將所得到的二維參數(shù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)分別標(biāo)示于二維坐標(biāo)上，根 據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)分布標(biāo)定出最佳曲線作為線性函數(shù)y = ax + b。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，利用坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)定函數(shù)曲線為公知常識(shí)，這里不再贅述。
步驟104:對(duì)待測(cè)量的硅襯底薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭檢測(cè)被激發(fā) 的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值，根據(jù)步驟103中所建立的函數(shù)關(guān)系確定所述待測(cè)量硅襯底薄膜的厚度。步驟103的線性函數(shù)確定后，測(cè)量出硅村底薄膜被激發(fā)
后的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度值，通過(guò)線性函數(shù)y-ax + b即可確定薄膜厚度。
需要說(shuō)明的是，步驟102和步驟104中所選用的射線種類和強(qiáng)度是完全相 同的，只有這樣，上述的線性函數(shù)才是恒定的，射線強(qiáng)度能穿透薄膜，但不會(huì) 穿透襯底。另外，本發(fā)明適合于硅村底上的所有非純硅的單材質(zhì)薄膜的測(cè)量， 如果硅襯底上的薄膜類型有多種或薄膜材質(zhì)為純硅薄膜，本發(fā)明即不適用。這 里，單材質(zhì)薄膜為非純硅的任一薄膜，例如鈦薄膜、鋁薄膜、鎢薄膜、鎢硅薄 膜、二氧化硅(SiOO薄膜、氮化鈥薄膜、氮化鋁(A1N)薄膜、碳化鈦(TiC) 薄膜等。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明中所述的硅探頭、X射線管可選用現(xiàn)有 市售產(chǎn)品的任一款。
備其他探頭如鈦、鋁、鴒等探頭，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)含有此類元素的薄膜進(jìn)行膜厚測(cè) 量，大大降低了測(cè)量成本，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于非純硅的任何單材質(zhì)薄膜 膜厚的測(cè)量。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、選取至少兩種厚度的薄膜并分別沉積于硅襯底上，標(biāo)定出所述至少兩種厚度薄膜的尺寸；B、對(duì)所述至少兩種厚度的薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭分別檢測(cè)被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值；C、利用所標(biāo)定的薄膜尺寸及所檢測(cè)的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度值建立薄膜厚度與硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系；D、對(duì)待測(cè)量的硅襯底薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭檢測(cè)被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值，根據(jù)步驟C所建立的函數(shù)關(guān)系確定所述待測(cè)量硅襯底薄膜的厚度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特征在于，步驟 B和步驟D中的射線強(qiáng)度相等，所述射線強(qiáng)度能穿透薄膜但不能穿透硅襯底。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特征在于，所述 射線為X射線，由X射線管發(fā)射。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特征在于，所述 薄膜標(biāo)定由專用薄膜標(biāo)定設(shè)備標(biāo)定或通過(guò)專用薄膜探頭測(cè)量薄膜的厚度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特征在于，步驟 B中所述函數(shù)為線性函數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特 征在于，所述薄膜為除純硅薄膜外的任一薄膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，其特征在于，所述 薄膜包括鈦薄膜、鋁薄膜、鎢薄膜、氮化鈦薄膜、鎢硅薄膜、二氧化硅薄膜、 氮化鋁薄膜、碳化鈦薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅襯底薄膜膜厚的測(cè)量方法，涉及薄膜測(cè)量技術(shù)，為解決當(dāng)前非透明薄膜測(cè)試所需探頭較多、導(dǎo)致測(cè)量成本較高而提出，所采用的技術(shù)方案是A.選取至少兩種厚度的薄膜并分別沉積于硅襯底上，標(biāo)定出所述至少兩種厚度薄膜的尺寸；B.對(duì)所述至少兩種厚度的薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭分別檢測(cè)被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值；C.利用所標(biāo)定的薄膜尺寸及所檢測(cè)的硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度值建立薄膜厚度與硅電子特征信號(hào)強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系；D.對(duì)待測(cè)量的硅襯底薄膜進(jìn)行射線激發(fā)，利用硅探頭檢測(cè)被激發(fā)的硅電子特征信號(hào)的強(qiáng)度值，根據(jù)步驟C所建立的函數(shù)關(guān)系確定所述待測(cè)量硅襯底薄膜的厚度。本發(fā)明降低了測(cè)量成本且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01B15/02GK101319886SQ200810104540
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者歆 曹 申請(qǐng)人:北大方正集團(tuán)有限公司;深圳方正微電子有限公司