监测沉积过程的方法和系统技术方案

公开了沉积过程中的钝化和选择性的量化。所述钝化通过计算图案线和空间上的膜厚度进行估算。使用XPS信号，其采用X射线通量数进行归一化。该方法对于计算选择性沉积过程中的厚度是有效的，其中所述厚度能够用作测量选择性的度量。每种材料的所测量光电子能够表示为覆盖它的材料厚度的函数，通过材料常数和有效衰减长度进行调整。在图案化晶片上的选择性沉积中，能够求解三个表达式以确定预期沉积的厚度和钝化图案上任何非预期沉积的厚度。和钝化图案上任何非预期沉积的厚度。和钝化图案上任何非预期沉积的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】监测沉积过程的方法和系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求享有2019年3月12日提交的美国临时申请第62/817,492号的优先权权益，其全部内容通过引用结合于本文中。


[0003]本公开总体上涉及工艺控制的领域和半导体制造领域中的监测。所公开的工艺控制技术特别适用于监测选择性沉积工艺。

技术介绍

[0004]几十年来，半导体行业依靠光刻技术生成芯片电路所需的图案化。光刻术能够在整个晶片上沉积每层，然后图案化该层以形成电路。除了在芯片制造工艺过程中增加许多步骤和成本之外，当前纳米级特征使光刻术变得异常困难，并且甚至在某些时候或许是不可能的。此外，用于定义纳米级特征的双重和多重图案化(需要两个或更多个单独的平板印刷和蚀刻步骤以定义单层)可能会导致不可接受的边缘放置错误(edge placement error)(EPE)并重叠失准(overlay misalignment)。
[0005]称为选择性沉积的新兴技术仅在所设计的电路区域沉积每层，从而避免了对光刻图案化的需要。选择性沉积的一个有前途的实例是使用原子层沉积(ALD)而重复形成自组装单层(SAM)，其中每个单层仅沉积于所设计的电路的区域。类似的技术，分子层沉积(MLD)用于有机材料的沉积。通常而言，基板的顶面具有介电图案、金属图案，并且可能具有半导体图案，而要形成的下一层可以是金属图案上的金属层、介电图案上的介电层，或半导体图案上的半导体。这可能需要在下一层形成之前进行区域激活或区域失活(钝化)。使用采用表面钝化的SAM的ALD沉积可能是一种很有前途的技术，因为它既避免了光刻步骤，又使用了表面化学进行对准，从而防止了EPE和重叠错误。
[0006]无论使用哪种技术，都需要计量和工艺控制工具以实施具有可接受产量的集成工艺。然而，迄今为止，还没有开发出用于过程监测和鉴定的合适计量工具。当今实验室用于研究这些工艺过程的常规工具包括扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和隧道电子显微镜(TEM)。这些工具太慢而无法在生产环境中使用，并且无法提供工艺过程的实时监测，以便在商业制造环境中指示工艺过程的偏移或故障。
[0007]X
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射线光电子能谱(XPS)已被用于分析基材的表面化学。XPS光谱是通过用一束X
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射线照射基板，而同时测量从所述基板顶层逸出的动能和电子数量而获得。类似地，X
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射线荧光(XRF)通过对来自已被高能X
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射线或γ
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射线轰击而激发的材料的特征“二次”(或荧光)X
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射线发射进行采样，已广泛用于样品的元素和化学分析。
[0008]需要解决的问题
[0009]为了能够在商业制造环境中进行选择性沉积，本领域中存在对工艺过程监测和控制的需求。该方法应该提供对晶圆上工艺质量的快速、直接和无损测量，以实现工艺质量分析和工艺漂移检测。

技术实现思路

[0010]为了提供对本专利技术的一些方面和特征的基本理解，包括了以下本公开的概述。该概述不是对本专利技术的广泛综述，而因此它并非旨在具体确定本专利技术的重大或关键要素或描绘本专利技术的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本专利技术的一些概念，作为下面呈现的更详细描述的前奏。
[0011]所公开的实施方式能够分析和监测沉积和/或钝化过程，尤其是在选择性沉积的情况下。该实施方式还能够量化工艺质量并识别工艺漂移或预测沉积设备的所需维护。因此，该实施方式能够在商业制造环境中实现选择性沉积。
[0012]在所公开的实施方式中，XPS测量用于分析选择性沉积期间形成的层厚度。这些测量能够在选择性沉积的不同步骤期间实施，例如，分析钝化质量、所沉积的层的质量、所述钝化区域上的沉积材料的存在、针孔的存在等。因此，所公开的实施方式有助于确保材料正确沉积于它应该沉积的区域，并且没有材料沉积于它不应该沉积之处。
[0013]本文公开的实施例举例说明了XPS强度确定工艺结果的度量，如层厚度、钝化和选择性程度的用途。
[0014]在选择性沉积工艺的情况下，所公开的实施方式能够量化所述钝化和所述选择性。在一个方面中，通过计算图案线和间隔上的膜厚度而估算所述钝化。在所公开的实施方式中，使用的XPS信号采用X
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射线通量数进行归一化。这种方法对于计算选择性沉积工艺过程中的厚度是有效的。所述厚度能够用作测量选择性的度量。这消除了全面晶圆(blanket wafer)数据对于参考选择性数的需要。
[0015]实施方式的实施例实施金属上或下层氧化物(例如，SiO2)上的ALD氧化物的厚度(或厚度的近似值)的测量。
[0016]本公开的方面包括用于监测沉积工艺过程的方法，包括：提供具有沉积于第二材料的第二层上的第一材料的第一层的样品，该第二层中具有第三材料的图案；产生X
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射线束并将X
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射线束导向所述样品以照射样品；用X射线检测器截取部分X
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射线束以产生X射线通量值；收集样品发射的电子，并根据电子能量分离所述电子；确定每个电子能量的电子数；和通过使用X
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射线通量值对对应于从第三材料的图案发射的电子的电子能量的电子计数进行归一化，并将所得归一化的电子计数与参考电子计数进行比较，确定在第三材料的图案上存在第一材料。该方法可以包括获得所得归一化电子计数与参考电子计数的比率，和另外通过放大该比率的自然对数而确定图案上的第一层的厚度。放大可以包括乘以从第三材料发射并穿过第一材料的光电子的有效衰减长度。类似地，通过使用X射线通量值归一化对应于从第二材料发射的电子的电子能量的电子计数，并应用校正因子，能够确定第二材料上的第一层的厚度。
[0017]进一步的方面包括一种用于监测沉积工艺过程的方法，包括：提供具有沉积于第二材料的第二层上的第一材料的第一层的样品，该第二层中具有第三材料的图案；产生X
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射线束并将所述X
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射线束导向所述样品以照射样品；收集所述样品发射的电子，并根据电子能量分离电子；确定对应于从第一材料、第二材料和第三材料的物质发射的电子的电子能量的电子计数；使用电子计数产生强度值I1、I2和I3，分别对应于从第一、第二和第三材料发射的光电子；将从第一材料的物质发射的电子的建模值表示为I'1，对应于与厚部分的厚度相关的第一贡献和与薄部分的厚度相关的第二贡献的总和，其中第一材料的材料常数和
第一材料的有效衰减长度应用于第一贡献和第二贡献中的每个；将第二材料的物质发射的电子的建模值表示为I'2，对应于厚部分厚度并通过第二材料的材料常数和第二材料的有效衰减长度进行调整；将第三材料的物质发射的电子的建模值表示为I'3，对应薄部分的厚度并通过第三材料的材料常数和第三材料的有效衰减长度进行调整；和利用强度值I1、I2和I3和建模值I'1、I'2和I'3获得厚部的厚度和薄部的厚度。该方法还可以包括将材料常数应用于厚度与有效衰减长度比率的指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种监测沉积过程的方法，包括：提供具有沉积于第二材料的第二层上的第一材料的第一层的样品，所述第二层中具有第三材料的图案；产生X
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射线束并将所述X
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射线束导向所述样品以照射所述样品；用X
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射线检测器截取部分X
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射线束以产生X
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射线通量值；收集从所述样品发射的电子，并根据电子能量分离电子；测定每个所述电子能量的电子计数；通过使用所述X
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射线通量值对对应于从所述第三材料的图案发射的电子的电子能量的电子计数进行归一化，并将所得归一化的电子计数与参考电子计数进行比较，确定所述第三材料图案上存在所述第一材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所得归一化电子计数与参考电子计数进行比较包括获得所得归一化电子计数与参考电子计数的比率。3.根据权利要求2所述的方法，还包括通过放大所述比率的自然对数确定所述图案上的所述第一层的厚度。4.根据权利要求3所述的方法，其中放大包括乘以从所述第三材料发射并穿过所述第一材料的光电子的有效衰减长度。5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过使用所述X
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射线通量值归一化对应于从第二材料发射的电子的电子能量的电子计数，和应用校正因子确定所述第二材料上的第一层的厚度。6.根据权利要求1所述的方法，其中校正因子包括从所述第二材料发射并穿过所述第一材料的光电子的有效衰减长度。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料和第二材料是电介质而所述第三材料是导体，或所述第一材料和第二材料是导体而所述第三材料是电介质。8.根据权利要求7所述的方法，其中提供所述样品包括实施自对准沉积过程而将所述第一层沉积于所述第二层上。9.根据权利要求1所述的方法，其中在沉积所述第二层之前通过照射样品获得所述参考电子计数。10.根据权利要求1所述的方法，其中沉积于所述第二层上的所述第一层的第一厚度和沉积于所述图案上的所述第一层的第二厚度由以下确定：使用每个所述电子能量的电子计数产生分别对应于从所述第一材料、第二材料和第三材料发射的光电子的强度值I1、I2和I3；使用所述第一厚度和所述第二厚度的迭代估算厚度值计算对应于从所述第一材料、第二材料和第三材料发射的光电子的建模强度I'1、I'2和I'3；最小化强度值I1、I2和I3的测量比率与建模强度I'1、I'2和I'3的比率之间的差异，从而获得所述第一厚度和第二厚度的真实值。11.根据权利要求10所述的方法，还包括将每一个所述强度值I1、I2和I3表示为建模强度I'1、I'2和I'3、所述第一材料、第二材料和第三材料中每一种的相关原子灵敏度因子和从所述第一材料、第二材料和第三材料中每一种发射的光电子的有效衰减长度的函数，并且使用从最小化步骤获得的值获得所述第一厚度和所述第二厚度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中最小化步骤包括对测量的比率与建模强度的比率之间的差异进行回归。13.根据权利要求12所述的方法，其中测量的比率与建模强度的比率之间的差异表示为：[(I'1/I'2)
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(I1/I2)]和[(I'1/I'3)
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(I1/I3)]。14.根据权利要求12所述的方法，其中进行回归包括进行非线性回归以最小化以下表达式：{[(I'1/I'2)
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(I1/I2)]2}/(I1/I2)2+{[(I'1/I'3)
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(I1/l3)]2}/(I1/I3)2。15.根据权利要求1所述的方法，其中沉积于所述第二层上的所述第一层的第一厚度和沉积于所述图案上的所述第一层的第二厚度由以下确定：使用每个所述电子能量的电子计数产生分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：希思，
申请(专利权)人：诺威量测设备公司，
类型：发明
国别省市：