DE102004050370B3 - Liner layer thickness measuring device for semiconductor wafer, has electron detector detecting electrons in analyzer region and emitting signals for several positions of analyzer, and unit receiving signals to determine layer thickness - Google Patents

Liner layer thickness measuring device for semiconductor wafer, has electron detector detecting electrons in analyzer region and emitting signals for several positions of analyzer, and unit receiving signals to determine layer thickness Download PDF

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Abstract

The device has an analyzer (34) arranged on a side of a semiconductor wafer (10) and including a material in a region. An electron detector (50) is arranged in a direction approximately lateral from the analyzer. The detector detects electrons emitted in the region and emits signals for several positions of the analyzer. A unit receives the emitted signals that are used for determining a layer thickness (26) of a liner layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtdickenmessgerät zur Bestimmung der Schichtdicke einer Linerschicht. Die Erfindung betrifft darüber hinaus Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke einer auf einer mit dem Schichtdickenmessgerät.The The invention relates to a layer thickness measuring device for determining the layer thickness a liner layer. The invention also relates to methods for determination the layer thickness of one on one with the coating thickness gauge.

Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafern mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten aufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischer Strukturierungsschritt kann darin bestehen einen photoempfindlichen Resist aufzutragen, diesen mit einer gewünschten Struktur für die betreffende Ebene zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt zu übertragen. Die Resist-Maske kann aber auch dazu verwendet werden, Bereiche zu definieren, die in einem nachfolgenden Implantationsschritt gezielt in ihren elektrischen Eigenschaften verändert werden sollen.to Integrated circuit fabrication is commonly done on semiconductor wafers provided with different electrical properties layers applied and each lithographically structured. A lithographic Structuring step may consist of a photosensitive Apply Resist, this with a desired structure for the relevant Level to illuminate and develop, and then the thus resulting resist mask in the underlying layer in an etching step transferred to. The resist mask can also be used to create areas to define those targeted in a subsequent implantation step to be changed in their electrical properties.

Die fortschreitende Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie erlaubt auch die Herstellung immer leistungsfähigerer elektronischer Bausteine. So können heutzutage beispielsweise dynamische Zugriffsspeicher (DRAM) hergestellt werden, die eine Vielzahl von Speicherzellen enthalten. Speicherzellen von DRAM-Speichern werden üblicherweise in Form einer Matrix auf einem Halbleiterwafer angeordnet. Die Speicherzellen bestehen normalerweise aus je einem Speicherkondensator und je einem Auswahltransistor. Bei einem Lese- beziehungsweise Schreibvorgang wird der Speicherkondensator mit einer elektrischen Ladung, die einem jeweiligen Datenwert entspricht, über den Auswahltransistor be- beziehungsweise entladen.The progressive miniaturization in semiconductor technology also the production of increasingly powerful electronic components. So can For example, dynamic random access memory (DRAM) is nowadays being manufactured which contain a plurality of memory cells. memory cells DRAM memory is usually used arranged in the form of a matrix on a semiconductor wafer. The memory cells usually consist of one storage capacitor and one each Selection transistor. In a read or write operation is the storage capacitor with an electrical charge, the corresponds to a respective data value via the selection transistor. or unloaded.

Im Zuge immer kleiner werdender Strukturauflösungen hat sich bei der Herstellung der Speicherzellen ein Aufbau etabliert, bei dem die innere und äußere Kondensatorelektrode des Speicherkondensators in einem tiefen Graben angeordnet werden. Die innere Kondensatorelektrode bildet den Speicherknoten der Speicherzelle und wird üblicherweise durch Auffüllen des tiefen Grabens mit einem leitfähigen Füllmaterial hergestellt. Bei diesem als sogenannten Grabenkondensator bekannten Aufbau wird mittels eines sogenannten Buried Straps ein Anschluss der inneren Kondensatorelektrode zum Auswahltransistor erzeugt. Der Auswahltransistor ist beispielsweise als planarer Transistor zwischen den tiefen Gräben des Speicherzellenfeldes ausgebildet. Es ist aber auch ein Aufbau bekannt, bei dem der Buried Strap als Source- oder Drain-Anschluss des Auswahltransistors ausgebildet wird. Bei diesen sogenannten vertikalen Speicherzellen ergibt sich ein besonders platzsparender Aufbau.in the With the ever-decreasing structure resolutions, the manufacturing process has changed the memory cells established a structure in which the inner and outer capacitor electrode of the storage capacitor can be arranged in a deep trench. The inner capacitor electrode forms the storage node of the memory cell and becomes common by filling up the deep trench made with a conductive filler. at This known as a trench capacitor construction is by means of a so-called buried strap a connection of the inner capacitor electrode generated to the selection transistor. The selection transistor is for example as a planar transistor between the deep trenches of the memory cell array educated. But it is also known a structure in which the buried strap formed as a source or drain terminal of the selection transistor becomes. In these so-called vertical memory cells results a particularly space-saving design.

Mit den stetig steigenden Integrationsdichten integrierter Schaltungen erhöhen sich generell die Anforderungen an die Maßhaltigkeit einer auf dem Halbleitersubstrat zu bildenden Struktur, um die Funktionsfähigkeit der Schaltung zu gewährleisten. Dies betrifft auch Schichtdicken von Linerschichten, wie nachfolgend erläutert wird.With the ever increasing integration densities of integrated circuits increase In general, the requirements for the dimensional stability of a on the semiconductor substrate to be formed structure to ensure the functionality of the circuit. This also relates to layer thicknesses of liner layers, as below explained becomes.

Bei der Herstellung von Speicherzellen mit Grabenkondensatoren werden oftmals sogenannte Linerschichten verwendet, deren Schichtdicken während des Herstellungsprozesses genau kontrolliert werden müssen. So wird beispielsweise an der Seitenwand des Grabens, die eine erste Platte des Grabenkondensators bildet, eine dielektrische Schicht angebracht, die auch als Dielektrikum bekannt ist. Anschließend wird der Graben mit einem elektrisch leitfähigen Material, das eine zweite Platte des Grabenkondensators bildet, aufgefüllt, wobei die dielektrische Schicht die Seitenwand des Grabens und das leitfähige Material trennt. Diese Schicht, die also folglich die beiden Platten des Kondensators trennt, kann beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid oder eine Folge von Oxid- und Nitridschichten sein.at the production of memory cells with trench capacitors often used so-called liner layers whose layer thicknesses while of the manufacturing process must be precisely controlled. So For example, on the side wall of the trench, which is a first Plate of the trench capacitor forms, a dielectric layer attached, which is also known as a dielectric. Then the ditch with a electrically conductive Material forming a second plate of the trench capacitor, filled, wherein the dielectric layer is the sidewall of the trench and the conductive material separates. This layer, which consequently contains the two plates of the Capacitor separates, for example, an oxide, a nitride or a sequence of oxide and nitride layers.

In nachfolgenden Prozessschritten wird beispielsweise im oberen Teil des Grabens entlang einer Seitenwand ein Kragen gebildet, der nachfolgend eingesenkt wird, um eine Ausnehmung zu bilden. Innerhalb der Ausnehmung wird der sogenannte Buried Strap gebildet, wobei vorher die Ausnehmung in einem ersten Schritt von einer weiteren Linerschicht bedeckt wird, die verhindern soll, dass Dotierungssubstanzen aus dem elektrisch leitfähigen Buried Strap seitlich diffundieren.In subsequent process steps, for example, in the upper part of the trench along a side wall formed a collar, which sunk below is to form a recess. Inside the recess becomes the so-called buried strap formed, where previously the recess covered in a first step by another liner layer is to prevent the doping substances from the electrical conductive Buried strap laterally diffuse.

Die in den obigen beiden Beispielen beschriebenen Schichten müssen bezüglich ihrer Schichtdicke genau kontrolliert werden. So ist zum Beispiel die erstgenannte Schicht auch für den Wert der Speicherkapazität des Grabenkondensators verantwortlich. Die zweite Linerschicht darf beispielsweise nicht zu dünn sein.The layers described in the above two examples must have respect to their layer thickness be precisely controlled. For example, the former is Layer also for the value of the storage capacity responsible for the trench capacitor. The second liner layer is allowed For example, not too thin be.

Aus der US-A 6,002,740 ist ein Messgerät bekannt, bei dem die Transmission eines senkrecht auf eine Vorderseite einer Photomaske treffenden Röntgenstrahls zur Inspektion der Photomaske bestimmt wird.Out US-A 6,002,740 a measuring device is known in which the transmission a perpendicular to a front side of a photomask incident X-ray to inspect the photomask.

In der JP-A-09133521 ist ein Schichtdickenmessgerät gezeigt, bei dem Röntgenstrahlen einer Röntgenquelle über einen Kollimator einen Halbleiterwafer durchdringen. Der Anteil des transmittierenden Röntgenstrahls wird mittels eines Röntgen- sensors bestimmt.In JP-A-09133521 shows a film thickness gauge in which X-rays an X-ray source over a Collimator penetrate a semiconductor wafer. The proportion of the transmitting X-ray is determined by means of an X-ray sensors determined.

In der DE-A1-10242962 ist eine Einrichtung zur örtlichen Bestimmung der Schichtdicke gezeigt, bei der Proben in eine Probenhalterung gespannt werden, so dass sie unter Bestrahlung von Elektronenstrahlen senkrecht zur Strahlachse exponiert werden, wobei die Proben senkrecht zur und um die Strahlachse gedreht werden.In DE-A1-10242962 is a device for local determination of the layer thickness, in which samples are clamped in a sample holder so that they are exposed under irradiation of electron beams perpendicular to the beam axis, the samples being rotated perpendicular to and around the beam axis.

In Ch. Steinbach et al., „A Scanning Wire Beam Profile Monitor", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, Seite 1920–1922, wird ein Detektor beschreiben, bei dem sich ein dünner Metalldraht durch einen Teilchenstrahl hindurch bewegt, um das Profil des Teilchenstrahls zu bestimmen.In Ch. Steinbach et al., "A Scanning Wire Beam Profile Monitor ", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, pages 1920-1922, will describe a detector that uses a thin metal wire moved through a particle beam to the profile of the particle beam to determine.

In der US-A-3,175,083 ist eine Detektoranordnung gezeigt, die ein Röntgentarget aufweist, das unter Bestrahlung von Röntgenstrahlung Elektronen emittiert. Das Röntgentarget ist außerhalb des Detektors zum Nachweis der Elektronen angeordnet.In US-A-3,175,083 shows a detector assembly comprising an X-ray target which emits electrons under the irradiation of X-rays. The X-ray target is outside arranged the detector for detecting the electrons.

Das Kontrollieren von Schichtdicken im Nanometerbereich wird bei zukünftigen Technologiegenerationen zu einer zunehmend dominierenden Herausforderung werden. Bekannte Messverfahren zum Kontrollieren von Schichtdicken sind beispielsweise die Untersuchung mit einem Rasterelektronenmikroskop und eine TEM-Analyse (TEM = transmission electron microscopy). Die beiden Verfahren erreichen zwar die nötige Auflösung, haben aber jeweils entscheidende Nachteile bei der Analyse von vertikal ins Substrat eines Halbleiterwafers eingebrachte Schichten. Beide Verfahren sind zum einen für die gebildete Struktur auf dem Halbleiterwafer zerstörerisch, da zu diesem Zweck mit beiden Verfahren jeweils nur Querschnitte eines Halbleiterwafers vermessen werden können. Zum anderen sind Messungen gemäß der beiden erstgenannten Verfahren sehr zeitaufwendig.The Controlling layer thicknesses in the nanometer range will be at future Technology generations to an increasingly dominant challenge become. Known measuring methods for controlling layer thicknesses are, for example, the investigation with a scanning electron microscope and a transmission electron microscopy (TEM) analysis. The two Although procedures achieve the necessary Resolution, But each have significant disadvantages in the analysis of vertical ins Substrate of a semiconductor wafer introduced layers. Both procedures are for one thing for the structure formed on the semiconductor wafer destructive, since for this purpose with both methods only cross sections of a semiconductor wafer can be measured. Second, measurements according to the two First-mentioned process very time consuming.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Schichtdickenmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke einer Linerschicht anzubieten, die die oben genannten Probleme überwinden.It Therefore, an object of the invention is a coating thickness gauge and a Offer a method for determining the layer thickness of a liner layer, which overcome the above problems.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schichtdickenmessgerät zur Bestimmung der Schichtdicke einer Linerschicht gelöst, umfassend:

  • – einen Substrathalter, der geeignet ist, einen Halbleiterwafer aufzunehmen, wobei der Halbleiterwafer auf einer Vorderseite eine strukturierte Oberfläche mit Vorsprüngen oder Gräben aufweist, die an ihren im wesentlichen vertikal zur Vorderseite angeordneten Seitenwänden mit der Linerschicht bedeckt sind;
  • – eine Röntgenquelle, die geeignet ist, eine erste Seite des Halbleiterwafers aus einer ersten Richtung mit Röntgenstrahlung zu bestrahlen, wobei die erste Richtung im wesentlichen parallel zu Seitenwänden der Vorsprünge angeordnet ist;
  • – ein Analysator, der auf der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Halbleiterwafers angeordnet und in einer zweiten Richtung verschiebbar ist, wobei der Analysator in einem ersten Bereich ein Material umfasst, das geeignet ist, in Abhängigkeit der von der Röntgenquelle einfallenden Röntgenstrahlung Elektronen zu emittieren;
  • – ein Mittel zum Verschieben des Analysators entlang der zweiten Richtung;
  • – einen Elektronendetektor, der seitlich vom Analysator ungefähr in der zweiten Richtung angeordnet ist und geeignet ist, die im ersten Bereich emittierten Elektronen nachzuweisen und für mehrere Positionen des Analysators jeweils ein Signal auszugeben; und
  • – ein Mittel zum Empfangen der mehreren Signale, das geeignet ist, aus den mehreren Signalen die Schichtdicke der Linerschicht zu bestimmen.
This object is achieved according to the invention by a layer thickness measuring device for determining the layer thickness of a liner layer, comprising:
  • A substrate holder adapted to receive a semiconductor wafer, the semiconductor wafer having on a front surface a structured surface having projections or trenches covered with the liner layer at their side walls substantially vertical to the front side;
  • An X-ray source adapted to irradiate a first side of the semiconductor wafer with X-radiation from a first direction, the first direction being substantially parallel to sidewalls of the projections;
  • An analyzer arranged on the second side of the semiconductor wafer facing away from the first side and displaceable in a second direction, the analyzer comprising in a first region a material which is suitable for emitting electrons in dependence on the X-ray radiation incident from the X-ray source ;
  • A means for displacing the analyzer along the second direction;
  • An electron detector disposed laterally of the analyzer in approximately the second direction and adapted to detect the electrons emitted in the first region and to output a signal for each of several positions of the analyzer; and
  • - A means for receiving the plurality of signals, which is adapted to determine from the plurality of signals, the layer thickness of the liner layer.

Gemäß der Erfindung wird die zu messende Struktur mit einem Röntgenstrahl durchstrahlt. Die Linerschicht hat nach den Gesetzmäßigkeiten des Lambert-Beer-Gesetzes eine Schwächung des Röntgenstrahls zur Folge. Nach dem Durchtritt durch die Probe trifft der Röntgenstrahl auf einen Analysator, in den ein bezüglich Röntgenstrahlen sensitives Material eingelassen ist. Das bezüglich Röntgenstrahlen sensitive Material emittiert bei Bestrahlung mit Röntgenstrahlen Elektronen. Diese werden mit Hilfe eines Elektronendetektors analysiert, wobei der Analysator mittels einer Steuerung unter der Probe gescannt wird. Je nach Homogenität der Bedeckung beziehungsweise Dicke der Linerschicht entstehen auf diese Weise für jede Position des Analysators bestimmte Elektronenintensitäten, die auf die Kantenbedeckung schließen lassen. Dies erlaubt eine zerstörungsfreie Messung der Schichtdicke der Linerschicht.According to the invention the structure to be measured is irradiated with an x-ray beam. The Liner has according to the laws of the Lambert-Beer law a weakening of the X-ray result. After passing through the sample, the X-ray hits to an analyzer into which an X-ray sensitive material is admitted. The re X-rays sensitive Material emits electrons when exposed to X-rays. These are analyzed by means of an electron detector, whereby the Analyzer is scanned under the sample by means of a controller. Depending on homogeneity the coverage or thickness of the liner layer arise on this Way for every position of the analyzer has certain electron intensities, the close to the edge covering to let. This allows a nondestructive Measurement of the layer thickness of the liner layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Mittel zum Verfahren des Analysators eine Piezo-Steuerung.According to one preferred embodiment the means for moving the analyzer is a piezo controller.

Gemäß dieser Vorgehensweise lässt sich der Analysator sehr präzise in festem Abstand entlang der zweiten Richtung parallel zur Oberfläche des Halbleiterwafers bewegen. Damit kann auf einfache Weise eine Vielzahl von Messpunkten entlang der zweiten Richtung aufgenommen werden, die eine präzise Vermessung der Linerschicht ermöglichen.According to this Course of action the analyzer is very precise at a fixed distance along the second direction parallel to the surface of the semiconductor wafer move. This can easily a variety of measurement points taken along the second direction, which is a precise survey allow the liner layer.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Bereich des Analysators eine Fläche auf, die ungefähr ein Nanometer beträgt.In a further preferred embodiment For example, the first section of the analyzer has an area that is approximately one nanometer is.

Gemäß dieser Vorgehensweise werden vorzugsweise nur Röntgenstrahlen innerhalb eines kleinen Bereiches im Analysator unter Aussendung von Elektronen im Elektronendetektor nachgewiesen. Dies erlaubt eine genaue Abtastung der die Linerschicht durchdringenden Röntgenstrahlen. Somit lässt sich die Schichtdicke der Linerschicht mit hoher Genauigkeit bestimmen.According to this procedure, preferably only X-rays within a small range in the analyzer with emission of Electrons detected in the electron detector. This allows accurate scanning of the X-ray penetrating the liner layer. Thus, the layer thickness of the liner layer can be determined with high accuracy.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Analysator eine Nano-Spitze, die an ihrem Ende den ersten Bereich aufweist, der elektronenemittierendes Material umfasst.According to one another preferred embodiment The analyzer includes a nano-tip, the first at its end Having region comprising electron-emitting material.

Nano-Spitzen werden beispielsweise bei der Atomkraftfeld-Mikroskopie (AFM = atomic force microscopy) verwendet. Die Nano-Spitze ist in dieser Ausführungsform an ihrem Ende im ersten Bereich mit einem elektronenemittierenden Material versehen. Dies erlaubt eine einfache und kastengünstige Herstellung des Analysators des Schichtdickenmessgeräts, wobei insbesondere auf die Fertigungstechnologie der AFM-Technik zurückgegriffen werden kann.Nano-tips are used, for example, in atomic force microscopy (AFM = atomic force microscopy) used. The nano-tip is at its end in this embodiment first area provided with an electron-emitting material. This allows a simple and low-cost production of the analyzer the coating thickness gauge, in particular on the manufacturing technology of AFM technology resorted can be.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Analysator als Platte gebildet, die in einem Innenbereich den ersten Bereich mit dem elektronenemittierenden Material und in einem den Innenbereich umgebenden Außenbereich ein gegenüber Röntgenstrahlen inertes Material umfasst.According to one another preferred embodiment The analyzer is formed as a plate that is in an interior area the first region with the electron-emitting material and in an outside area surrounding the interior, opposite X-rays includes inert material.

Gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise ein inertes Material den Träger für den eigentlichen auf Röntgenstrahlen empfindlichen ersten Bereich bilden. Das im ersten Bereich angeordnete elektronenemittierende Material kann auf einfache Weise auf diesen Träger aufgebracht werden. Somit ist es möglich, einen kostengünstigen und einfachen Analysator im Schichtdickenmessgerät vorzusehen, ohne auf teure und schwierig herstellbare Elemente der Nano-Technologie angewiesen zu sein.According to this embodiment For example, an inert material may be the carrier for the actual X-ray form sensitive first area. The arranged in the first region electron-emitting Material can be easily applied to this carrier. Thus is it is possible a cost-effective and simple analyzer in the coating thickness gauge, without expensive and difficult-to-manufacture elements of nano-technology instructed to be.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die erste Seite des Halbleiterwafers der Vorderseite des Halbleiterwafers.In a further preferred embodiment corresponds to the first side of the semiconductor wafer of the front of the semiconductor wafer.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird die mit Vorsprüngen oder Gräben versehene Oberfläche des Halbleiterwafers in Richtung der Röntgenstrahlquelle ausgerichtet.According to this The procedure is provided with projections or trenches surface of the semiconductor wafer aligned in the direction of the X-ray source.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die zweite Seite des Halbleiterwafers der Vorderseite des Halbleiterwafers.According to one another preferred embodiment The second side of the semiconductor wafer corresponds to the front side of the semiconductor wafer.

Üblicherweise weisen Gräben beispielsweise eines Grabenkondensators eines DRAM-Speicherbausteins eine Tiefe von ungefähr zehn Mikrometer auf. Die Dicke des Halbleiterwafers ist um mindestens eine Größenordnung höher. Da die Röntgenstrahlen nach Durchdringen der Linerschicht noch den kompletten Halbleiterwafer bis zur Rückseite durchlaufen, könnten sich Störeinflüsse durch nicht-kohärente Strahlung oder Reflektionen an Seitenwänden bemerkbar machen. Durch die Umkehrung der Strahlrichtung durchstrahlt die Röntgenstrahlung den Halbleiterwafer von der Rückseite. Dies verringert den Effekt der langen Wege, die von den Röntgenstrahlen im Substrat des Halbleiterwafers zurückgelegt werden müssen, so dass insgesamt eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann.Usually have trenches for example, a trench capacitor of a DRAM memory device a depth of about ten Micrometer up. The thickness of the semiconductor wafer is at least about an order of magnitude higher. Because the x-rays after penetrating the liner layer still the complete semiconductor wafer to the back could go through interferes with noncoherent Radiation or reflections on sidewalls noticeable. By the reversal of the beam direction radiates through the x-ray radiation the semiconductor wafer from the back. This reduces the effect of the long ways, that of the X-rays must be covered in the substrate of the semiconductor wafer, so that overall a higher one Accuracy can be achieved.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke einer Linerschicht eines Halbleiterwafers mit einem Schichtdickenmessgerät gelöst, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

  • – Bereitstellen des Schichtdickenmessgeräts;
  • – Bereitstellen des Halbleiterwafers, wobei der Halbleiterwafer auf der Vorderseite eine strukturierte Oberfläche aufweist;
  • – Durchführen einer ersten Messung, wobei mit dem Mittel zum Empfangen die mehreren Signale als erste Messergebnisse abgespeichert werden;
  • – Abscheiden einer Linerschicht auf der Vorderseite des Halbleiterwafers;
  • – Durchführen einer zweiten Messung, wobei mit dem Mittel zum Empfangen die mehreren Signale als zweite Messergebnisse abgespeichert werden;
  • – Subtraktion der ersten Messergebnisse von den zweiten Messergebnissen zur Bestimmung von dritten Messergebnissen; und
  • – Bestimmen der Schichtdicke der Linerschicht aus den dritten Messergebnissen.
The object is also achieved by a method for determining the layer thickness of a liner layer of a semiconductor wafer with a layer thickness gauge, the following steps being carried out:
  • - Providing the coating thickness gauge;
  • Providing the semiconductor wafer, wherein the semiconductor wafer has a structured surface on the front side;
  • - performing a first measurement, wherein the means for receiving the plurality of signals are stored as first measurement results;
  • Depositing a liner layer on the front side of the semiconductor wafer;
  • - Perform a second measurement, wherein the means for receiving the plurality of signals are stored as second measurement results;
  • - subtracting the first measurement results from the second measurement results to determine third measurement results; and
  • Determining the layer thickness of the liner layer from the third measurement results.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Halbleiterwafer einer ersten Schichtdickenmessung unterzogen, wobei auf der Vorderseite mit der strukturierten Oberfläche noch keine Li nerschicht aufgebracht wird. Nach der ersten Messung erfolgt das Abscheiden der Linerschicht, und es wird eine zweite Messung durchgeführt. Durch Differenzbildung kann der Einfluss durch eine aufgeraute Rückseite des Halbleiterwafers eliminiert werden, so dass im Ergebnis lediglich die Veränderung durch die Seitenwandbeschichtung resultiert.at the method according to the invention the semiconductor wafer is subjected to a first layer thickness measurement, being on the front with the textured surface still no Li nerschicht is applied. This is done after the first measurement Depositing the liner layer, and a second measurement is performed. By Difference can be influenced by a roughened back of the semiconductor wafer are eliminated, so that as a result only the change resulting from the sidewall coating.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred embodiments are in the subclaims specified.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The The invention will now be described with reference to the accompanying drawings. In show the drawing:

1 schematisch eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Schichtdickenmessgerätes in einer ersten Ausführungsform; 1 schematically a cross-sectional view of a layer thickness gauge according to the invention in a first embodiment;

2 schematisch eine Querschnittsansicht eines Schichtdickenmessgerätes in einer zweiten Ausführungsform; 2 schematically a cross-sectional view a coating thickness gauge in a second embodiment;

3 schematisch in einer Querschnittsansicht ein Schichtdickenmessgerät in einer dritten Ausführungsform; 3 schematically in a cross-sectional view of a film thickness gauge in a third embodiment;

4 schematisch in einer Querschnittsansicht ein Schichtdickenmessgerät in einer vierten Ausführungsform; 4 schematically in a cross-sectional view of a film thickness gauge in a fourth embodiment;

5A und 5B schematisch Graustufendarstellungen der Messergebnisse bei der Bestimmung der Schichtdicke der Linerschicht für eine gleichmäßige Seitenwandbedeckung und eine ungleichmäßige Seitenwandbedeckung; und 5A and 5B schematically gray level representations of the measurement results in the determination of the layer thickness of the liner layer for a uniform sidewall coverage and an uneven sidewall coverage; and

6A und 6B schematisch in einer Querschnittsansicht eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtdickenmessgerätes, wobei jeweils schematisch verschiedene Stufen des Verfahrens zur Bestimmung der Schichtdicke gezeigt sind. 6A and 6B schematically a cross-sectional view of another possible embodiment of the layer thickness gauge according to the invention, wherein in each case schematically different stages of the method for determining the layer thickness are shown.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft für ein Schichtdickenmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke einer auf einer vertikal zur Oberfläche eines Halbleiterwafers aufgebrachten Linerschicht mit dem Schichtdickenmessgerät bei der Herstellung von grabenförmigen Strukturen auf einem Halbleiterwafer erläutert. Bei diesen grabenförmigen Strukturen, die selbst nicht Gegenstand der Erfindung sind, kann es sich beispielsweise um Grabenkondensatoren bei der DRAM-Herstellung handeln.The Invention will be exemplified below for a film thickness gauge and a Method for determining the layer thickness of a on a vertical to the surface a semiconductor wafer applied to the liner layer thickness measuring device in the Production of trench-shaped Structures on a semiconductor wafer explained. In these trench-like structures, which themselves are not the subject of the invention, it may, for example, to Trench capacitors in DRAM production act.

Die Erfindung lässt sich jedoch auch für andere Messobjekte anwenden, bei denen mittels eines Schichtdickenmessgerätes die Schichtdicke einer auf einer vertikal zur Oberfläche eines Halbleiterwafers aufgebrachten Linerschicht mit hoher Genauigkeit und zerstörungsfrei bestimmt werden soll. Beispielhaft seien hier integrierte Schaltungen für Logikbausteine oder generell andere Produkte der Dünnschicht-Technologie, wie z.B. TFT-Displays, angeführt.The Invention leaves but also for use other objects for which the layer thickness gauge is used Layer thickness of one on a vertical to the surface of a semiconductor wafer applied liner layer with high accuracy and non-destructive should be determined. Exemplary here are integrated circuits for logic modules or generally other thin film technology products, such as e.g. TFT displays cited.

In 1 ist schematisch ein Querschnitt durch ein Schichtdickenmessgerät 5 mit einem Halbleiterwafer 10 gezeigt. Der Halbleiterwafer 10 ist auf einem Substrathalter 18 abgelegt. Der Halbleiterwafer 10 ist zumindest teilweise auf der Vorderseite 12 mit einem regelmäßigen Muster von Vorsprüngen 14 versehen, die beispielsweise von einem Schaltungsmuster eines Speicherbausteins mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gebildet werden. Der Halbleiterwafer 10 ist auf der Vorderseite 12 mit einer Linerschicht 16 versehen. Bei der Linerschicht 16 kann es sich beispielsweise um eine Oxid- oder Nitrid- oder eine Kombination von Oxid- und Nitridschichten handeln. Die Linerschicht 16 ist beispielsweise durch konformes Abscheiden gebildet und weist eine Schichtdicke 26 auf.In 1 is a schematic cross section through a coating thickness gauge 5 with a semiconductor wafer 10 shown. The semiconductor wafer 10 is on a substrate holder 18 stored. The semiconductor wafer 10 is at least partially on the front 12 with a regular pattern of protrusions 14 provided, for example, by a circuit pattern of a random access memory device (DRAM). The semiconductor wafer 10 is on the front 12 with a liner layer 16 Mistake. In the liner layer 16 it may be, for example, an oxide or nitride or a combination of oxide and nitride layers. The liner layer 16 is formed for example by conformal deposition and has a layer thickness 26 on.

Wie eingangs erläutert sind beispielsweise bei der DRAM-Herstellung Gräben mit einer Tiefe von ungefähr 10 Mikrometer mit Grabenbreiten von ungefähr 100 Nanometer häufig mit einer Linerschicht im Bereich von einigen Nanometern ausgekleidet.As explained at the beginning are for example in DRAM production trenches with a depth of about 10 microns with trench widths of about 100 nanometers often with a liner layer in the range of a few nanometers lined.

Oberhalb der strukturierten Vorderseite 12 ist eine Röntgenquelle 20 angebracht. Die Röntgenquelle 20 bestrahlt die Vorderseite 12 des Halbleiterwafers 10 aus einer ersten Richtung 22 mit Röntgenstrahlen. Die erste Richtung 22 ist dabei im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden der Vorsprünge 14 gewählt. Die Vorderseite 12 definiert somit eine erste Seite 30 des Halbleiterwafers 10, die mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird.Above the textured front 12 is an x-ray source 20 appropriate. The X-ray source 20 irradiated the front 12 of the semiconductor wafer 10 from a first direction 22 with x-rays. The first direction 22 is substantially parallel to the side walls of the projections 14 selected. The front 12 thus defines a first page 30 of the semiconductor wafer 10 which is irradiated with X-rays.

Da die Steilheit der Seitenwände der Vorsprünge 14 üblicherweise so kontrolliert wird, beispielsweise in einem Ätzprozess, dass die Seitenwände senkrecht angeordnet sind, wird die Röntgenquelle 20 üblicherweise senkrecht zur ersten Seite 30 des Halbleiterwafers 10 ausgerichtet. Die erste Richtung 22 ist somit im wesentlichen senkrecht zur Vorderseite 12 des Halbleiterwafers 10.Because the steepness of the side walls of the projections 14 Usually is controlled so, for example, in an etching process that the side walls are arranged vertically, the X-ray source 20 usually perpendicular to the first page 30 of the semiconductor wafer 10 aligned. The first direction 22 is thus substantially perpendicular to the front 12 of the semiconductor wafer 10 ,

Auf der der Vorderseite abgewandten Rückseite des Halbleiterwafers 10 ist ein Analysator 34 angeordnet. Der Analysator 34 ist entlang einer zweiten Richtung 24 verschiebbar, die bei senkrechtem Einfall der Röntgenstrahlen entlang der ersten Richtung im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Halblei terwafers 10 angeordnet ist. Die Rückseite des Halbleiterwafers 10 definiert somit eine zweite Seite 32, über die der Analysator 34 im wesentlichen mit konstantem Abstand verschiebbar ist. Dazu ist ein Mittel zum Verschieben des Analysators 34 vorgesehen, das beispielsweise eine Piezo-Steuerung 42 umfasst.On the front side facing away from the back of the semiconductor wafer 10 is an analyzer 34 arranged. The analyzer 34 is along a second direction 24 slidably, the terwafers at normal incidence of X-rays along the first direction substantially parallel to the surface of the semicon 10 is arranged. The back of the semiconductor wafer 10 thus defines a second page 32 about which the analyzer 34 is displaceable substantially at a constant distance. This is a means to move the analyzer 34 provided, for example, a piezo-control 42 includes.

Der Analysator 34 umfasst in einem ersten Bereich 38 ein Material, das unter Einwirkung der von der Röntgenquelle 20 einfallenden Röntgenstrahlung Elektronen emittiert. Das Material des ersten Bereichs 38 kann beispielsweise Kunststoff sein.The analyzer 34 includes in a first area 38 a material that under the action of the X-ray source 20 incident X-rays emit electrons. The material of the first area 38 may be plastic, for example.

Wie in 1 gezeigt ist das Material im ersten Bereich 38 des Analysators 34 Bestandteil einer Platte 36, die leicht gegenüber der zweiten Richtung 24 geneigt ist. Die Neigung der Platte 36 wird so gewählt, dass die von der Röntgenquelle 20 emittierte Röntgenstrahlung auf den ersten Bereich 38 trifft, ohne die Platte 36 zu durchlaufen. Dafür ist beispielsweise eine Neigung um 45 Grad, wie in 1 gezeigt, ausreichend.As in 1 shown is the material in the first area 38 of the analyzer 34 Part of a plate 36 that is slightly opposite the second direction 24 is inclined. The inclination of the plate 36 is chosen so that the from the x-ray source 20 emitted X-radiation on the first area 38 meets without the plate 36 to go through. For example, there is an inclination of 45 degrees, as in 1 shown, sufficient.

Die Platte 36 ist in dem außerhalb vom ersten Bereich 38 definierten Innenbereich von einem Außenbereich gebildet, der einen zweiten Bereich 40 definiert. Vorzugsweise wird das Material im Außenbereich als gegenüber Röntgenstrahlen inert gewählt. Als inertes Material kommen alle Materialien in Frage, die bei Bestrahlung mit Röntgenstrahlen im Vergleich zum ersten Bereich deutlich weniger Elektronen emittieren. Dieser Aufbau gewährleistet, dass im wesentlichen nur das im ersten Bereich 38 angebrachte Material Elektronen emittiert.The plate 36 is in the outside of the first area 38 defined interior area formed by an outdoor area, which forms a second area 40 Are defined. Preferably, the material is selected to be inert in the outer region as compared to X-rays. As inert material are all materials in question, which emit significantly fewer electrons when irradiated with X-rays compared to the first area. This construction ensures that essentially only the first area 38 attached material emits electrons.

Die vom ersten Bereich 38 emittierten Elektronen werden von einem Elektronendetektor 50 nachgewiesen, der entlang der zweiten Richtung 24 angeordnet ist. Als Elektronendetektor kommen alle bekannten Detektoren in Frage, die es ermöglichen, einfallende Elektronen in ein elektrisches Signal zu wandeln. Beispiele dafür sind Photomultiplier oder Halbleiterdetektoren, andere dem Fachmann bekannte Detektoren sind jedoch nicht ausgeschlossen.The first area 38 emitted electrons are emitted by an electron detector 50 detected along the second direction 24 is arranged. Electron detectors are all known detectors which make it possible to convert incident electrons into an electrical signal. Examples are photomultipliers or semiconductor detectors, but other detectors known to those skilled in the art are not excluded.

Es sollte an dieser Stelle betont werden, dass der Elektronendetektor 50 über keinerlei präzise Fähigkeiten zur Ort- sauflösung der einfallenden Elektronen verfügen muss. Die Ortsauflösung und damit die Fähigkeit, die Schichtdicke 26 der Linerschicht 16 zu bestimmen, wird durch das Zusammenspiel der Größe des ersten Bereichs 38 und des Bewegens des Analysators 34 erzielt. Der erste Bereich 38 kann beispielsweise eine Ausdehnung von etwa fünf Nanometer aufweisen, kleinere Flächen wie zum Beispiel ein Nanometer sind aber ebenfalls möglich.It should be emphasized at this point that the electron detector 50 need not have any precise spatial resolution capabilities for the incident electrons. The spatial resolution and thus the ability to change the layer thickness 26 the liner layer 16 It is determined by the interplay of the size of the first area 38 and moving the analyzer 34 achieved. The first area 38 For example, it may have an extension of about five nanometers, but smaller areas such as one nanometer are also possible.

Der Elektronendetektor 50 ist mit einem Mittel zum Empfangen der Signale des Elektronendetektors 52 verbunden, das beispielsweise eine Mikroprozessorschaltung sein kann, die mittels eines Analog-Digital-Wandlers mit dem Elektronendetektor 50 verbunden ist. Das Mittel zum Empfangen der Signale registriert für jede Position des Analysators 34 entlang der zweiten Richtung 24 ein Signal. Der Analysator 34 tastet somit schrittweise die den Halbleiterwafer 10 durchdringende Röntgenstrahlung ab.The electron detector 50 is with a means for receiving the signals of the electron detector 52 connected, which may be, for example, a microprocessor circuit by means of an analog-to-digital converter with the electron detector 50 connected is. The means for receiving the signals registered for each position of the analyzer 34 along the second direction 24 a signal. The analyzer 34 thus, gradually scans the semiconductor wafer 10 penetrating X-ray radiation.

Wenn sich der Analysator 34 in einer Position befindet, die durch eine Linie durch die Linerschicht 16 hindurch beschrieben wird, ist das vom Elektronendetektor 50 emittierte Signal proportional zur Schwächung der Röntgenstrahlung durch den Halbleiterwafer 10 und somit durch die Linerschicht 16. Aufgrund der verschiedenen Signalstärken kann aus jeder Position des Analysators 34 auf die Gleichförmigkeit der Bedeckung der Seitenwände der Vorsprünge 14 und damit auf die Schichtdicke 26 der Linerschicht 16 zurückgeschlossen werden.When the analyzer 34 located in a position through a line through the liner layer 16 is described by the electron detector 50 emitted signal proportional to the attenuation of the X-ray radiation through the semiconductor wafer 10 and thus through the liner layer 16 , Due to the different signal strengths can be from any position of the analyzer 34 on the uniformity of the covering of the side walls of the projections 14 and thus on the layer thickness 26 the liner layer 16 be closed back.

In 2 ist in einer weiteren Ausführungsform eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Schichtdickenmessgeräts 5 gezeigt. Das Schichtdickenmessgerät 5 gemäß der Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von dem gemäß der 1 nur durch die Positionierung des Halbleiterwafers 10. Die Röntgenquelle 20, der Analysator 34 sowie der Elektronendetektor 50 sind in ihrer Anordnung unverändert geblieben. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zur Ausführung gemäß 1 beschrieben.In 2 In a further embodiment, this is a cross-sectional view of the layer thickness measuring device according to the invention 5 shown. The coating thickness gauge 5 according to the embodiment of the 2 differs from that according to the 1 only by the positioning of the semiconductor wafer 10 , The X-ray source 20 , the analyzer 34 as well as the electron detector 50 have remained unchanged in their arrangement. In the following, only the differences from the execution according to 1 described.

Wie in 2 gezeigt ist der Halbleiterwafer 10 so ausgerichtet, dass seine Vorderseite 12 in Richtung des Analysators 34 zeigt. Die Röntgenstrahlung, die von der Röntgenquelle 20 emittiert wird, durchstrahlt den Halbleiterwafer 10 von der Rückseite her. Da üblicherweise der Halbleiterwafer 10 viel dicker ist, als die Vorsprünge 14 hoch sind, ist es möglich, dass im Substrat des Halbleiterwafers 10 gestreute Röntgenstrahlen in den ersten Bereich 38 des Analysators 34 treffen.As in 2 the semiconductor wafer is shown 10 aligned so that its front 12 in the direction of the analyzer 34 shows. The X-rays emitted by the X-ray source 20 is emitted, radiating through the semiconductor wafer 10 from the back. Since usually the semiconductor wafer 10 much thicker than the protrusions 14 are high, it is possible that in the substrate of the semiconductor wafer 10 scattered X-rays in the first area 38 of the analyzer 34 to meet.

Aufgrund der Umkehrung der Positionierung des Halbleiterwafers 10 in der Ausführungsform nach 2 ist der Weg von der Linerschicht 16 bis zum Analysator 34 reduziert. Dies verringert Störeinflüsse durch nicht-kohärente Strahlung im Substrat des Halbleiterwafers 10 und Einflüsse die beispielsweise durch Reflektionen an den Seitenwänden der Vorsprünge 14 entstehen können. Die Verwendung einer sehr kleinen Fläche des ersten Bereichs 38 verringert darüber hinaus störende Einflüsse durch benachbarte Strukturen des Halbleiterwafers 10.Due to the reversal of the positioning of the semiconductor wafer 10 in the embodiment according to 2 is the way from the liner layer 16 to the analyzer 34 reduced. This reduces interference by non-coherent radiation in the substrate of the semiconductor wafer 10 and influences, for example, by reflections on the side walls of the projections 14 can arise. The use of a very small area of the first area 38 moreover reduces interfering influences by adjacent structures of the semiconductor wafer 10 ,

Eine weitere Ausführungsform des Schichtdickenmessgeräts 5 ist in 3 gezeigt. Es werden wiederum nur die Unterschiede im Vergleich zu 1 erläutert, so dass auch auf obige Ausführungen in Zusammenhang mit der Diskussion der 1 verwiesen wird.Another embodiment of the coating thickness gauge 5 is in 3 shown. Again, only the differences are compared to 1 explained, so that also to the above remarks in connection with the discussion of 1 is referenced.

Das Schichtdickenmessgerät gemäß 3 unterscheidet sich von den bisher gezeigten Ausführungsformen durch einen anderen Aufbau des Analysators 34. Wie in 3 gezeigt wird für den Analysator 34 keine Platte verwendet, sondern eine sogenannte Nano-Spitze 44. Nano-Spitzen 44 sind beispielsweise aus der RFM-Technik bekannt und werden für die Atomkraftfeldmikroskopie eingesetzt. Die Nano-Spitze 44 kann beispielsweise aus einem nur wenige Nanometer dicken Röhrchen konstruiert sein, an dessen oberen, dem Halbleiterwafer 10 zugewandten Ende, der erste Bereich 38 mit dem elektronenemittierenden Material angeordnet wird. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass die gesamte Nano-Spitze 44 den elektronenemittierenden Bereich 38 darstellt. In 3 ist der Halbleiterwafer 10 wiederum so gezeigt, dass seine Vorderseite 12 der Röntgenquelle 20 zugewandt ist.The layer thickness measuring device according to 3 differs from the embodiments shown so far by a different structure of the analyzer 34 , As in 3 is shown for the analyzer 34 no plate used, but a so-called nano-tip 44 , Nano-tips 44 are known for example from the RFM technique and are used for atomic force microscopy. The nano-tip 44 For example, it can be constructed from a tube only a few nanometers thick, at the top, the semiconductor wafer 10 facing end, the first area 38 is arranged with the electron-emitting material. It is of course also conceivable that the entire nano-tip 44 the electron-emitting region 38 represents. In 3 is the semiconductor wafer 10 turn so shown that its front 12 the X-ray source 20 is facing.

In 4 ist eine vierte Ausführungsform des Schichtdickenmessgeräts 5 gezeigt. Das Schichtdickenmessgerät gemäß 4 verwendet wiederum die Nano-Spitze 44 als Analysator 34. Der Halbleiterwafer 10 wird von seiner Rückseite her mit Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle 20 bestrahlt. Somit ist der Aufbau ähnlich wie der bei dem Schichtdicken messgerät 5 gemäß 2. Weiters ist schematisch eine Piezo-Steuerung 42 gezeigt, die auch mit dem Mittel 52 zum Empfangen der Signale verbunden ist. Somit können auf einfache Weise die Signale des Elektronendetektors 50 und die Position der Nano-Spitze 44 korreliert werden.In 4 is a fourth embodiment of the Coating thickness gauge 5 shown. The layer thickness measuring device according to 4 in turn uses the nano-tip 44 as an analyzer 34 , The semiconductor wafer 10 becomes from its back with X-rays from the X-ray source 20 irradiated. Thus, the structure is similar to that in the layer thickness measuring device 5 according to 2 , Furthermore, a piezo-control is schematically shown 42 shown that also with the means 52 connected to receive the signals. Thus, in a simple way, the signals of the electron detector 50 and the position of the nano-tip 44 be correlated.

Durch die Korrelation dieser beiden Messwerte erhält man, wie bereits oben erläutert, ein Intensitätsbild, aus dem auf die Bedeckung und Schichtdicke 26 der Linerschicht 16 zurückgeschlossen werden kann.As already explained above, the correlation of these two measured values results in an intensity image from which the coverage and layer thickness are calculated 26 the liner layer 16 can be concluded.

Dies wird unter Bezugnahme auf die 5A und die 5B nochmals erläutert.This is with reference to the 5A and the 5B explained again.

5A zeigt einen ersten Intensitätsverlauf 54, wie man ihn erhält, wenn die Schichtdicke der Linerschicht 16 homogen über die Seitenwände der Vorsprünge 14 aufgebracht ist. 5A shows a first intensity profile 54 How to obtain it when the layer thickness of the liner 16 homogeneous over the sidewalls of the projections 14 is applied.

In 5B ist dagegen ein Messergebnis gezeigt, bei dem die Linerschicht 16 beispielsweise Lücken aufweist oder eine sehr inhomogene Oberfläche hat.In 5B On the other hand, a measurement result is shown in which the liner layer 16 For example, has gaps or has a very inhomogeneous surface.

Während der erste Intensitätsverlauf 54 nach 5A im wesentlichen rechteckförmig ist, und somit der Schichtdicke der Linerschicht folgt, ist der zweite Intensitätsverlauf 56 nach 5B zur Oberfläche der entlang der Seitenwand des Vorsprungs aufgebrachten Linerschicht 16 hin abgerundet. Durch Auswertung dieser Graustufenbilder kann somit auf einfache Weise auf die Qualität eines Abscheideprozesses zur Bildung der Linerschicht 16 zurückgeschlossen werden.During the first intensity course 54 to 5A is substantially rectangular, and thus follows the layer thickness of the liner, is the second intensity profile 56 to 5B to the surface of the liner layer applied along the sidewall of the protrusion 16 rounded down. By evaluating these grayscale images can thus easily on the quality of a deposition process to form the liner layer 16 be closed back.

Störeinflüsse bei der Bestimmung der Schichtdicke 26 der Linerschicht 16 könnten sich beispielsweise auch daraus erge ben, dass die Rückseite des Halbleiterwafers 10 eine aufgeraute Oberfläche aufweist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich dessen Beitrag jedoch auf einfache Weise eliminieren, wie im Folgenden in Zusammenhang mit der 6A und der 6B erläutert wird.Interference in the determination of the layer thickness 26 the liner layer 16 For example, it may also result from the back side of the semiconductor wafer 10 has a roughened surface. However, by means of the method according to the invention, its contribution can be eliminated in a simple manner, as described below in connection with FIG 6A and the 6B is explained.

In 6A ist wiederum ein Schichtdickenmessgerät beispielsweise in einer Ausführungsform gemäß 1 gezeigt. Auf dem Substrathalter 18 ist der Halbleiterwafer 10 abgelegt, wobei der Halbleiterwafer 10 auf seiner Rückseite, die der zweiten Seite 32 zugewandt ist, eine aufgeraute Oberfläche 58 aufweist. Die aufgeraute Oberfläche 58 führt zu unterschiedlichen Intensitäten beim Verschieben des Analysators 34 entlang der zweiten Richtung 24, ohne dass Inhomogenitäten der Linerschicht 16 vorliegen müssen.In 6A is in turn a coating thickness gauge, for example, in one embodiment according to 1 shown. On the substrate holder 18 is the semiconductor wafer 10 filed, wherein the semiconductor wafer 10 on its back, the second side 32 facing, a roughened surface 58 having. The roughened surface 58 results in different intensities when moving the analyzer 34 along the second direction 24 without any inhomogeneities of the liner layer 16 must be present.

Um diese Störeinflüsse zu eliminieren, wird in einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens das Schichtdickenmessgerät 5 bereitgestellt, wie in 6A gezeigt wird.In order to eliminate these disturbing influences, in a first step of the method according to the invention, the layer thickness measuring device 5 provided as in 6A will be shown.

Anschließend wird der Halbleiterwafer 10 bereitgestellt, wobei der Halbleiterwafer 10 auf der Vorderseite 12 eine strukturierte Oberfläche aufweist. Während dieses Verfahrensschritts weist der Halbleiterwafer aber noch keine Linerschicht 16 auf.Subsequently, the semiconductor wafer 10 provided, wherein the semiconductor wafer 10 on the front side 12 has a textured surface. During this process step, however, the semiconductor wafer does not yet have a liner layer 16 on.

Im Folgenden wird in einem weiteren Schritt eine erste Messung durchgeführt, wobei das Mittel 52 zum Empfangen der Signale diese als erste Messergebnisse abspeichert.In the following, a first measurement is carried out in a further step, wherein the means 52 to receive the signals stores them as the first measurement results.

Der Halbleiterwafer 16 wird im Folgenden mit der Linerschicht 16 auf der Vorderseite des Halbleiterwafer 10 versehen, beispielsweise durch konformes Abscheiden.The semiconductor wafer 16 is below with the liner layer 16 on the front of the semiconductor wafer 10 provided, for example, by conformal deposition.

Im nächsten Schritt wird eine zweite Messung durchgeführt, wobei das Mittel 52 zum Empfangen der mehreren Signale diese als zweite Messergebnisse abspeichert.In the next step, a second measurement is performed, the mean 52 for receiving the multiple signals stores them as second measurement results.

Anschließend wird in einem weiteren Schritt ein drittes Messergebnis durch Subtraktion der ersten Messergebnisse von den zweiten Messergebnissen bestimmt. Die Schichtdicke 26 der Linerschicht 16 wird im Folgenden aus den dritten Messergebnissen bestimmt.Subsequently, in a further step, a third measurement result is determined by subtracting the first measurement results from the second measurement results. The layer thickness 26 the liner layer 16 is determined below from the third measurement results.

Zusammengefasst wird also eine Vor- und eine Nachmessung durchgeführt, wobei durch Differenzbildung der Einfluss der aufgerauten Oberfläche 58 der Rückseite des Halbleiterwafers 10 eliminiert wird. Durch die Differenzbildung wird lediglich die Veränderung aufgrund der Beschichtung der Seitenwände der Vorsprünge 14 mit der Linerschicht 16 berücksichtigt. Dies erlaubt ein sehr präzises Vermessen der Seitenwandbeschichtung.In summary, therefore, a pre- and a final measurement is performed, whereby by subtraction the influence of the roughened surface 58 the back of the semiconductor wafer 10 is eliminated. By the difference formation is only the change due to the coating of the side walls of the projections 14 with the liner layer 16 considered. This allows a very precise measurement of the sidewall coating.

55
SchichtdickenmessgerätCoating Thickness Gauge
1010
HalbleiterwaferSemiconductor wafer
1212
Vorderseitefront
1414
Vorsprüngeprojections
1616
Linerschichtliner layer
1818
Substrathaltersubstrate holder
2020
RöntgenquelleX-ray source
2222
erste Richtungfirst direction
2424
zweite Richtungsecond direction
2626
Schichtdickelayer thickness
3030
erste Seitefirst page
3232
zweite Seitesecond page
3434
Analysatoranalyzer
3636
Platteplate
3838
erster Bereichfirst Area
4040
zweiter Bereichsecond Area
4242
Piezosteuerungpiezo control
4444
Nano-SpitzeNano-tip
5050
Elektronendetektorelectron detector
5252
Mittel zum Auswertenmedium for evaluation
5454
erstes Graustufenbildfirst Grayscale image
5656
zweites Graustufenbildsecond Grayscale image
5858
Rückseiteback

Claims (1)

Schichtdickenmessgerät zur Bestimmung der Schichtdicke einer Linerschicht, umfassend: – einen Substrathalter (18), der geeignet ist, einen Halbleiterwafer (10) aufzunehmen, wobei der Halbleiterwafer (10) auf einer Vorderseite (12) eine strukturierte Oberfläche mit Vorsprüngen (14) oder Gräben aufweist, die an ihren im wesentlichen vertikal zur Vorderseite (12) angeordneten Seitenwänden mit der Linerschicht (16) bedeckt sind; – eine Röntgenquelle (20), die geeignet ist, eine erste Seite (30) des Halbleiterwafers (10) aus einer ersten Richtung (22) mit Röntgenstrahlung zu bestrahlen, wobei die erste Richtung (22) im wesentlichen parallel zu Seitenwänden der Vorsprünge (14) angeordnet ist; – ein Analysator (34), der auf der der ersten Seite (30) abgewandten zweiten Seite (34) des Halbleiterwafers (10) angeordnet und in einer zweiten Richtung (24) verschiebbar ist, wobei der Analysator (34) in einem ersten Bereich (38) ein Material umfasst, das geeignet ist, in Abhängigkeit der von der Röntgenquelle (20) einfallenden Röntgenstrahlung Elektronen zu emittieren; – ein Mittel zum Verschieben des Analysators (34) entlang der zweiten Richtung (24); und – einen Elektronendetektor (50), der seitlich vom Analysator (34) ungefähr in der zweiten Richtung (24) angeordnet ist und geeignet ist, die im ersten Bereich (38) emittierten Elektronen nachzuweisen und für mehrere Positionen des Analysators (34) jeweils ein Signal auszugeben; und – ein Mittel zum Empfangen (52) der mehreren Signale, das geeignet ist, aus den mehreren Signalen die Schichtdicke (26) der Linerschicht (16) zu bestimmen. Coating thickness gauge for determining the layer thickness of a liner layer, comprising: - a substrate holder ( 18 ), which is suitable for a semiconductor wafer ( 10 ), wherein the semiconductor wafer ( 10 ) on a front side ( 12 ) a structured surface with protrusions ( 14 ) or trenches which are at their substantially vertical to the front ( 12 ) arranged side walls with the liner layer ( 16 ) are covered; An X-ray source ( 20 ), which is suitable for a first page ( 30 ) of the semiconductor wafer ( 10 ) from a first direction ( 22 ) with X-rays, the first direction ( 22 ) substantially parallel to side walls of the projections ( 14 ) is arranged; An analyzer ( 34 ), which is on the first page ( 30 ) facing away from the second side ( 34 ) of the semiconductor wafer ( 10 ) and in a second direction ( 24 ) is displaceable, the analyzer ( 34 ) in a first area ( 38 ) comprises a material which is suitable as a function of the X-ray source ( 20 ) incident X-rays emit electrons; A means for moving the analyzer ( 34 ) along the second direction ( 24 ); and - an electron detector ( 50 ), the side of the analyzer ( 34 ) approximately in the second direction ( 24 ) is arranged and suitable in the first area ( 38 ) and for several positions of the analyzer ( 34 ) each output a signal; and - a means for receiving ( 52 ) of the plurality of signals that is suitable, from the plurality of signals the layer thickness ( 26 ) of the liner layer ( 16 ).
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