用于測量多層半導體結構的層的厚度變化的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于測量多層半導體層的層的厚度變化的方法，W及一種能夠應 用所述方法的系統。
【背景技術】
[0002] 在電子器件領域，經常使用多層半導體結構。
[0003] 該結構的具體示例是絕緣體上半導體（SeOI)型結構。
[0004] SeOI型結構從其底部到其表面通常包括支撐襯底、電絕緣層和薄半導體層（所謂 的有源層），通常期望在該薄半導體層中或上形成電子元件。
[0005] 當所述薄半導體層為娃時，所述結構被指定為術語S0I，即"絕緣體上娃"的縮寫。
[0006] 所述電絕緣層為介電材料，特別是所述支撐襯底和/或薄半導體層的材料的氧化 物。于是該層通常被指定為術語BOX,即"隱埋氧化物"的縮寫。
[0007] 最近已經研制出具有超薄娃層的SOI結構。
[0008] 該些結構被指定為術語抑SOI，"全耗盡SOI"，即，完全耗盡的SOI。
[0009] 用"超薄"是指小于等于50nm，優選地小于等于12nm，甚至可W減小到大約5nm的 厚度。
[0010] 抑SOI結構特別有利于制造平面電子元件，例如FDM0S("全耗盡金屬氧化物半導 體"的縮寫）晶體管，在其薄娃層之中或之上形成有溝道。
[0011] 因為所述薄娃層極其薄的厚度，所述晶體管的闊電壓（通常標記為Vt并且取決于 該厚度）對于所述薄娃層的厚度變化非常敏感。
[0012] 所W對于該些應用，尋求薄娃層的最佳均勻性，W便從一個晶體管到其它晶體管 具有最小的vt變率。
[0013] 考慮到該些器件的小尺寸W及它們非常接近，有必要測量彼此非常靠近的點之間 (例如，每0.5ym)的厚度變化。
[0014] 該意味著在制造SOI的方法過程中，在通常包含在0. 5ym和300mm之間的空間波 長的寬范圍內在SOI表面的不同點之間測量薄娃層的厚度和電絕緣層的厚度。
[0015] 目前的測量方法基于光學測量，尤其是楠圓光度法或光譜反射法。
[0016] 在該兩種情況下，該些方法都意味著：通過用具有數個光波長的光通量來照射 SOI而進行大量的測量，從而不僅測量娃層的厚度而且測量隱埋氧化物層的厚度。
[0017] 但是，通過該些技術，不可能用小到0. 5ym的空間波長進行測量。
[001引由此，楠圓計允許用大于等于約40ym的空間波長進行測量。
[0019] 另一方面，該些測量在SOI的制造循環中耗時長且成本高。
[0020] 另外，用單一光波長由楠圓光度法或光譜反射法進行的測量不可能足夠準確地確 定娃層的厚度，該是由于對于給定的光波長，娃層的測量厚度取決于下層的隱埋氧化物層 的厚度和性質。
[0021] 因此，本發明的目的是提供一種用于測量多層半導體結構的層的厚度變化的方 法，該方法尤其可W在包含在0. 5ym和40ym之間的空間波長范圍中進行測量，而用目前 的測量方法是做不到的。
[0022] 具體地，所述方法應允許W至少等于0.Inm的精度來測量抑SOI結構的薄娃層中 的厚度變化。

【發明內容】

[0023] 根據本發明，提出了一種用于測量多層半導體結構的層的厚度變化的方法，該方 法包括：
[0024] -至少借助圖像獲取系統來獲取所述結構的表面的至少一個圖像，所述圖像是通 過在所述結構的所述表面上準單色光通量的反射而獲得的；
[0025]-處理獲取的所述至少一個圖像，W基于由所述表面反射的光的強度變化確定待 測量的所述層的厚度變化；
[0026] 所述準單色光通量的波長被選擇成與關于所述多層結構的除了必須測量厚度變 化的層之外的層的、所述多層結構的反射率的敏感度的最小值相對應。
[0027] 關于所述結構的層的反射率的敏感度（與長度的倒數同質）被定義為如下二者的 比值：
[0028] -兩個多層結構的反射率之差，所考慮的層針對該兩個多層結構具有給定的厚度 差（例如0.Inm) 及
[0029] -所述給定的厚度差，
[0030] 在該兩個多層結構中，其它層的厚度相同。
[0031] 換言之，上述兩個結構由相同的層構成，在該兩個結構中，所述層具有相同的厚 度，除了需測量反射率的敏感度的層之外而且該層被賦予在一個結構中與另一個結構中不 同的厚度。
[0032] 所述反射率的敏感度取決于測量所用的光通量的波長。
[0033] 對于本發明的應用關屯、的是所述敏感度的絕對值，關于除了待測量的層之外的層 的最小需求敏感度為零或接近零。
[0034]"多層結構"是指包括對于準單色測量光通量的波長透明的至少兩層的結構。
[0035]"準單色光"是指光譜在如下波長范圍內延伸的光通量，該波長范圍可相對于額定 波長延伸達到+/-20nm。當提及所述準單色光通量的波長時，是參考額定波長的。當然，也 可W使用單色光通量（即具有單個波長）而應用本發明。
[0036] 根據本發明的一實施方式，所述圖像獲取系統是光學顯微鏡。
[0037] 根據本發明的另一實施方式，所述圖像獲取系統是數碼相機，其像素的尺寸小于 等于 0. 25ym。
[0038] 優選的是，所述圖像獲取系統的數值孔徑大于等于0.8。
[0039] 有利的是，所述光通量在所述結構的所述表面上的入射與所述表面正交。
[0040] 根據本發明的一實施方式，所述處理的步驟包括；對于所述準單色光通量的波長， 基于待測量的所述層的厚度來計算所述多層結構的理論反射率；W及基于所述計算來確定 所述層的厚度變化的映射。
[0041] 根據本發明的一實施方式，所述處理的步驟包括：
[0042]-將所述圖像與預先建立的校準曲線進行比較，所述校準曲線提供了所獲取的圖 像的灰度值與待測量的所述層的局部厚度之間的關系；W及
[0043] -基于所述校準曲線確定所述結構的所述表面上的所述層的厚度變化的映射。
[0044] 有利的是，該方法在獲取所述至少一個圖像的步驟之前包括如下步驟：
[0045]-測量所述結構的各層的厚度；
[0046] -基于測量的所述厚度，根據入射光通量的波長模擬關于各所述層的反射率的敏 感度；化及
[0047] -基于所述模擬，確定旨在照明所述結構的所述表面的準單色光通量的波長，所述 波長被選擇成使得關于除了待測量的層之外的層的反射率的敏感度最小。
[0048] 有利的是，借助于楠圓計或反射計來執行所述厚度測量的步驟。
[0049] 根據本發明的具體應用，所述多層結構是由在支撐襯底上的對于準單色光通量的 波長透明的兩層構成的結構。
[0050]W特別有利的方式，所述多層結構是絕緣體上半導體結構，該絕緣體上半導體結 構包括支撐襯底、電絕緣層和半導體層，并且需測量厚度變化的層是所述半導體層。
[0051] 例如，所述結構有利地是抑SOI結構，需測量厚度變化的層是娃層，該娃層的厚度 小于等于50nm，優選地小于等于12nm。
[0052] 另一目的設及能夠應用上述方法的測量系統。
[0053] 用于測量多層半導體結構的層的厚度變化的所述系統包括：
[0054]-用于照明所述結構的照明裝置，該照明裝置適于朝向所述結構的表面發出準單 色光通量；
[00巧]-用于選擇準單色光通量的波長的選擇裝置，該選擇裝置被構造成用于確定波長， 該波長與關于所述結構的除了必須測量厚度變化的層之外的層的反射率的敏感度的最小 值相對應，所述關于層的反射率的敏感度等于如下二者的比值：
[0056] -兩個多層結構的反射率之差，所考慮的層針對該兩個多層結構具有給定的厚度 差；W及
[0057] -所述給定的厚度差，
[0058] 在該兩個多層結構中，其它層的厚度相問，
[0059] 所述選擇裝置與所述照明裝置相禪合W向所述照明裝置提供待發出的光通量的 所述確定的波長，
[0060] -圖像獲取系統，該圖像獲取系統被布置成通過所述準單色光通量的反射而獲取 所述結構的所述表面的至少一個圖像，
[0061] -處理系統，該處理系統被構造成從獲取的所述至少一個圖像基于由所述表面反 射的光的強度變化來確定待測量的所述層的厚度變化。
[0062] 根據一實施方式，所述照明裝置包括白光源和支撐多個具有不同波長的濾光器的 輪，所述輪適于旋轉，使得由所述白光源發出的光在到達待測量的所述結構的表面之前穿 過具有由所述選擇裝置確定的波長的濾光器。
[0063] 根據另一實施方式，所述照明裝置包括均具有不同波長的多個光源W及與所述光 源相禪合的多個可移除的阻擋裝置，所述阻擋裝置被布置成僅使得具有由所述選擇裝置確 定的波長的光朝向待測量的所述結構的表面穿過。
【附圖說明】
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