[发明专利]样品表面膜层厚度的测量方法

说明书

本发明涉及一种样品表面膜层厚度的测量方法，包括：提供第一样品基底，第一样品基底不包含目标物质；在第一样品基底的表面上形成目标物质的第一膜层；检测第一膜层，获得目标物质在第一膜层中的含量，含量对应于第一表面定量分析方法的第一检测极限；检测第一膜层，获得目标物质的相对灵敏度因子；提供与第一样品基底相同的第二样品基底，在第二样品基底的表面上形成目标物质的目标膜层，目标膜层的厚度小于第一膜层的厚度；检测目标膜层，采用相对灵敏度因子计算目标物质在目标膜层中的原子浓度；根据原子浓度计算目标物质在目标膜层中的原子密度；以及根据原子密度和目标物质的参考原子密度的比值获得目标膜层的厚度。

技术领域

本发明涉及集成电路的制造领域，尤其涉及一种样品表面膜层厚度的测量方法。

背景技术

为了克服二维存储器件的限制，业界已经研发并大规模量产了具有三维(3D)结构的存储器件，其通过将存储器单元三维地布置在衬底之上来提高集成密度。在以3D NAND产品为主的新产品研发中常常遇到新的工艺处理方法，其中，膜层与膜层之间的界面处理对器件的性能调节起着重要的作用，界面处理之后样品表面情况的表征也对材料分析方法提出新的要求。随着存储器更高存储密度的发展趋势，膜层的厚度也逐渐减薄，即需要形成厚度大约在1-2埃的超薄膜层。然而，目前的光学、声学机台无法实现该数量级的厚度检测。一些表面检测方法，例如二次离子质谱技术(Secondary Ion Mass Spectrometry,SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子能量损失谱(Electron Energy Loss Spectroscopy,EELS)等在对超薄膜层进行表征时会遇到各种问题。例如，采用EELS进行测量，无法排除样品由聚焦离子束(Focused Ion beam,FIB)机台转移到透射电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope,TEM)真空室的过程中引入的污染，并且还受到检测极限的限制；采用SIMS进行测量，缺乏超薄层的相关标样，无法进行定量；采用XPS进行测量，结果为相对定量结果，并不能得到绝对定量结果，并且受到检测极限的限制。因此，根据目前的检测方法无法对超薄膜层进行定量分析，对工艺调节和器件性能的模拟带来了困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以测量超薄膜层厚度的测量方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种样品表面膜层厚度的测量方法，包括：提供第一样品基底，所述第一样品基底不包含目标物质；在所述第一样品基底的表面上形成所述目标物质的第一膜层；采用第一表面定量分析方法检测所述第一膜层，获得所述目标物质在所述第一膜层中的含量，所述含量对应于所述第一表面定量分析方法的第一检测极限；采用第二表面定量分析方法检测所述第一膜层，获得所述目标物质的相对灵敏度因子，其中，所述第一表面定量分析方法的第一检测极限大于所述第二表面定量分析方法的第二检测极限；提供与所述第一样品基底相同的第二样品基底，在所述第二样品基底的表面上形成所述目标物质的目标膜层，所述目标膜层的厚度小于所述第一膜层的厚度；采用所述第二表面定量分析方法检测所述目标膜层，采用所述相对灵敏度因子计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子浓度；根据所述原子浓度计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子密度；以及根据所述原子密度和所述目标物质的参考原子密度的比值获得所述目标膜层的厚度。

在本发明的一实施例中，所述第一表面定量分析方法包括XPS方法。

在本发明的一实施例中，所述含量用平均原子浓度百分比来表征。

在本发明的一实施例中，在到达所述第一检测极限时，所述第一膜层中的目标物质的平均原子浓度百分比是所述XPS方法所能检测到的最小值。

在本发明的一实施例中，所述第二表面定量分析方法包括SIMS方法或TOF-SIMS方法。

在本发明的一实施例中，采用下面的公式计算所述目标物质在所述目标膜层中的原子密度：原子密度＝原子浓度*所述第二表面定量分析方法的信号深度。