[发明专利]一种膜层厚度表征方法

说明书

本发明公开了一种膜层厚度表征方法，包括：提供一具有多个膜层叠层的测试样品；获取各所述膜层的电子能量损失谱，依据所述电子能量损失谱中各所述膜层的强度信号，得到能量损失区间；在透射电子显微镜的能量过滤模式下，选取所述能量损失区间中的能量损失值作为参数进行输入，得到各所述膜层的表征图像，确定目标膜层的厚度。本发明能够提高能量分辨率，避免由于元素分布界限不清淅导致的测量误差，从而实现通过输出的各膜层表征图像，准确测量各膜层厚度的目的，同时具有数据处理及操作较简单的优点，易于推广。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种膜层厚度表征方法。

背景技术

随着集成电路产业化技术的进步，半导体器件的尺寸也得到不断微缩。作为当前的主要技术方向之一，采用金属栅极与高介电常数绝缘层相结合的栅结构(以下简称“HKMG”)形式，能够有效解决栅介质薄弱导致的漏电或多晶硅栅耗尽效应等一系列问题，并可提供较佳的效能表现。由于HKMG工艺中PMOS和NOMS的各膜层种类与厚度有着较大差异，会对芯片性能产生不同影响；因此，探索一种能够准确表征各膜层厚度的方法，对HKMG的工艺监测及性能改进具有重要意义。

目前，现有测量HKMG各膜层厚度的方法，是采用高分辨率透射电镜(HRTEM)和能谱仪扫描(EDS mapping)获取对应图像，来表征各膜层的元素分布及进行厚度测量。然而，上述方法存在以下不足：

(1)高分辨率透射电镜生成的图像灰阶模糊，边界不清晰，因而难以准确测量膜层厚度。

(2)HKMG膜层中通常含有TiN层，而晶态的TiN由于存在衍射衬度，造成得到的图像并不是样品的真实图像，从而难以准确表征膜层厚度。

(3)因TiN本身具有叠加效应和荧光效应，造成能谱仪生成的图像难以准确表征膜层的均匀性和连续度，从而影响了厚度测量的精度。

上述问题影响了HKMG膜层厚度测量时的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种膜层厚度表征方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种膜层厚度表征方法，包括：

提供一具有多个膜层叠层的测试样品；

获取各所述膜层的电子能量损失谱，依据所述电子能量损失谱中各所述膜层的强度信号，得到能量损失区间；

在透射电子显微镜的能量过滤模式下，选取所述能量损失区间中的能量损失值作为参数进行输入，得到各所述膜层的表征图像，确定目标膜层的厚度。

进一步地，所述获取各所述膜层的电子能量损失谱，依据所述电子能量损失谱中各所述膜层的强度信号，得到能量损失区间，具体包括：

获取各所述膜层的电子能量损失谱，在各所述电子能量损失谱上选取其中一个所述膜层的强度信号同时大于两个其他所述膜层的强度信号时对应的能量损失值，从中选出符合标准的能量损失区间。

进一步地，所述测试样品包括自上而下依次相邻且材质各不相同的第一上层膜层、目标膜层和第一下层膜层；所述获取各所述膜层的电子能量损失谱，在各所述电子能量损失谱上选取其中一个所述膜层的强度信号同时大于两个其他所述膜层的强度信号时对应的能量损失值，从中选出符合标准的能量损失区间，具体包括：

获取所述目标膜层的第一电子能量损失谱、所述第一上层膜层的第二电子能量损失谱和所述第一下层膜层的第三电子能量损失谱；