一种确定薄膜中元素的分布轮廓的方法。所述方法包括激发沉积于第一薄膜中的元素的电子能量以获取与所述电子能量相关联的第一能谱，并从所述第一能谱中去除背景能谱。移除所述背景值产生经处理的能谱。所述方法进一步包括通过能与第一薄膜比较的薄膜中的元素的已知模拟分布轮廓来将所述经处理的能谱与模拟能谱相匹配。基于将所述经处理的能谱与从模拟能谱组中选出的模拟能谱相匹配来获取所述第一薄膜中的元素的分布轮廓。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式关于一种用于提取沉积于薄膜或超薄膜中的一种或 多种元素的深度分布信息的方法和系统。
技术介绍
在众多不同类型设备的制造中，对样品成分的分析是必不可少的。样品 成分是薄膜中元素和/或化学物类的浓度。需要进行成分分析的样品的示例为 形成于半导体集成电路设备中的栅氧化物薄膜。随着半导体设备中集成电路 芯片的密度增大以及半导体设备的尺寸一再减小，样品分析变得愈加困难和 复杂。例如，在半导体设备的制造中的新近发展是可以采用浅植(shallow implant)和/或其他超薄结构。在一个特定的实施例中，栅氧化层变为非常 薄的膜，通常厚度小于10纳米。如此薄的膜难以表征特性。这样的结构将 需要比传统表征技术敏感度更高的表征技术。此外，这样的技术还需要表征 过程以足够的速度进行。不同的技术已用于这种材料中的微量和/或主要成分的表面分析。例如， 这些方法中的若干种包括二次离子质谱(SIMS)、 X射线光电子能谱(XPS) (也称为用于化学分析的电子能谱(ESCA))、以及俄歇电子能谱(AES)。这样的技术对于材料的近表面区域是敏感的。但是，这些技术不允许通过深 度剖析方法对表面下方深度功能的材料性质的测量。在典型的深度剖析过程中，例如，连续或周期性的离子束溅射将材料从 样品表面除去，以在样品的一个或多个不同深度上逐渐暴露出更深的材料， 用以进一步测量和/或分析。通常己知的溅射速度可用于确定表面测量完成的深度。同样地，作为表面下方深度功能的样品特性可通过使用SIMS、 XPS 或AES来获取。上文中描述的许多用于表征薄膜的技术为侵入性技术，例如，这些技术 涉及对样品至少一个或多个部分的破坏。这样的技术，例如利用在深度轮廓 分析过程中除去材料的技术，在如研发、产品测试等许多环境中是有效的， 但是这些技术不提供快速分析薄膜的能力，而这是在生产过程中必不可少 的。例如，在这样的生产过程中，成型薄膜通常需要在没有由于这种薄膜的 侵入性表征而产生产品损失的情况下进行分析，从而使这些信息能够用于生 产控制、产品测试等环节。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及一种用于检査微电子结构的方法和系统，且特别 涉及利用光电子能谱来检测薄膜中的一个或多个元素的深度分布的系统和 非破坏性方法。本专利技术的实施方式还涉及一种用于检查微电子结构的方法和系统，且特 别涉及一种利用光电子能谱来检测薄膜中的一个或多个元素的分布质心的 系统和非破坏性方法。本专利技术的实施方式还涉及一种用于设计和/或监视薄膜中的一个或多个 元素的工艺过程和/或制造过程的方法。仅在一个或多个可靠控制参数可用的 情况下，精确的材料制造控制才能得以实现。经确定的深度分布质心(薄膜/层中待测元素的质量分布的中心的深度)以及该质心与层厚度之间的比率可 在流程设计、监视和控制中被用作控制参数。这些参数是在特定薄膜上的工程/制造设备的电性质的精确预报器。例如，对于SiON薄膜，在晶体管设计 中，经确定的元素深度分布的质心以及该质心与薄膜厚度之间的比率与驱动 电流、电荷迁移率以及阈值电压相关联。该经确定的质心也能用于计算对薄 膜中元素的剂量的校正，该剂量可应用于通过传统光电子能谱测量(如XPS 测量)的标准剂量，从而提高剂量与电子参数之间的关联。给定元素的剂量 可用于预测EOT (等效氧化层厚度)和泄漏电流，因此也可用于流程控制。 通过使用该质心信息，所述剂量的XPS测量的精确度可得到极大改善。在光电子能谱测量系统中，通过一些激发方法(例如以能量高于给定元 素轨道的电离能量的光子通量对样品进行照射)使电子从特征元素中电离。 在探测器中，在一定的固定角度内脱离样品表面的被电离的电子的数量作为 该电子的能量的函数而被计数。从给定的元素轨道电离的电子(电子核素)将在广泛的能量范围内被检 测，因为通过与发射出的电离原子的无弹性散射相互作用(固有损失)、与 该薄膜晶格中的原子的无弹性散射相互作用(体积散射)以及与界面上的原 子的无弹性散射相互作用(表面散射)，这些电离的电子都将会损失能量。说明体积散射和表面散射的电子转移模型被一些作者开发并出版，且同 样被开发并出版的还有当由给定核素发射出的光电子的原始能量分布(固有 能谱)己知时，模拟这些光电子的能谱的技术。光电子能谱包括由具有不同深度分布的不同元素发射出的若干电子核 素的能谱的叠加。每个核素损失的能量的总量取决于光电子在薄膜中行进的 时间长短，即取决于光电子初始的深度。理论上，如果给定薄膜中单个元素 的深度分布，则固有能谱(脱离原子的光电子的能量分布)可通过从所测量 到的能谱中去除体积非弹性散射和表面非弹性散射的影响而从由该元素的每一单个核素发射出的光电子的能谱来获得。实际上，测量到的能谱包括若 干元素及其若干核素的叠加，且由于在该能谱中多个核素被叠加，因而没有 数学方法可用于容易地提取所述多个核素的固有能谱。在本专利技术的一个主要的方面中，提供若干种分析能谱和对一个或多个核 素的能谱影响进行分离(经预处理的能谱)的方法。本专利技术的一种实施方式涉及一种从不同核素发射出的信号(背景能谱) 中隔离由第一核素发射出的信号(信号能谱)的方法，所述不同核素的初始 发射动能大于所述第一核素的动能。由不同核素发射出的光电子将通过非弹 性散射损失能量，且将在与来自该第一核素的光电子相同的能量范围内被检 测到。因此，被检测到的能谱为背景能谱和信号能谱的总和。本专利技术的一种实施方式涉及通过获取所述背景能谱的独立测量而从测 量到的能谱中去除背景能谱，例如通过收集样品(背景样品)的光电子能谱， 该样品(背景样品)具有不包括被分析的元素的相同的感兴趣样本的体积/ 表面性质。在许多情况下，这种背景样品不易得到。本专利技术的一种实施方式涉及一 种在薄膜上收集和存储若干背景能谱的方法，该薄膜因为一个或多个定义参 数(厚度、密度等等)而不同。该背景能谱用于通过在这些在参数空间中的 能谱之间的插值而为特定样品重建合适的背景，该参数空间描述了每个背景 样品之间的差异(厚度、密度等的差异)。本专利技术的另一种实施方式涉及一种利用电子转移理论从主要原理来重 建合适的背景能谱的方法。组成大量薄膜的大多数背景元素是已知的或具有 统一的深度分布。因此，当每个处于高发射动能的核素的固有能谱已知时， 全背景能谱可得以重建、标准化和去除，以分离由具有未知深度分布的核素 发射的光电子的能谱。本专利技术的一种实施方式涉及一种利用已知深度分布的一组参考晶片来获取多种核素的固有能谱的方法。该方法包括激发并获取来自元素深度分布 已知的薄膜的光电子能量信号，以及获取强度能谱。该强度能谱在动能区域 (分区)可被细分，每个动能区域(分区)含有相同元素(相同深度分布) 的一个或多个核素的发射能量峰，且每个动能区域(分区)延伸至低于该发射能量至少20-40eV。每一核素的固有能谱针对每个能量分区被确定。该固 有能谱的确定始于最高动能的分区(初始区域)。该初始区域包括由具有较 小电离能的核素所发射出的辐射。该核素的能谱不需要在对其分析前进行背 景去除(除了可被近似为固定/线性偏移的杂散辐射)。因此，该核素在能量 子区域中的固有函数可通过使用任何可用的反巻积技术(基于反演、回归等 方法的傅立叶变换)来进行提取。然后，该固有函本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，该方法包括： 获取与从样品薄膜中的一种或多种元素中激发出的电子能量相关联的第一能谱； 获取经处理的能谱，所述经处理的能谱具有移除了背景能谱的所述第一能谱； 最优化作为所述一种或多种元素的元素分布轮廓的函数的模拟能 谱； 利用最小化算法将所述经处理的能谱与所述模拟能谱相匹配；以及 基于所述匹配和所述最小化来确定所述样品薄膜中的所述一种或多种元素的分布轮廓。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P德切科，B许勒尔，D里德，M光，DS巴兰斯，
申请(专利权)人：瑞沃瑞公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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