硅片上超薄氧化硅层厚度测量的XPS标准曲线法
XPS 测试分析
张亚平
简介
XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)， 能够分析出 了氢，氦以外的所有元素。测定精确到 0.1at%, 空 间分辨率为 100um, X-RAY 的分析深度在 1.5nm 左 右。 XPS 的样品一般是 10mm*10mm*5mm, 也可以更小些。 厚度不能超过 5mm. XPS 分析室的真空度可以达到 <10-9 Pa, 因此样品要干燥，不能释放气体。XPS的 灵敏度很高，待测样品表面，绝对不能用手，手套 接触，也不要清洗。
X-ray photoelectron spectroscopy [M], (G. E. Muilenberg, editor) Perkin Elmer Corporation (Physical Electronics), 1979
• 网络数据库
/database/elementxps.php
原理 这方面很多书上都介绍了，归根结底就是一个公式： E(b)= hv-E(k)-W E(b): 结合能（binding energy） hv: 光子能量 （photo energy） E(k): 电子的动能 （kinetic energy of the electron） W: 仪器的功函数（spectrometer work function） 通过测量接收到的电子动能，就可以计算出元素的 结合能。 铝靶：hv=1486.6 eV 镁靶：hv=1253.6 eV
• XPS分峰 • 计算表面元素含量 用所有分峰面积加和做总面积，除以灵敏度因 子，如一个元素如 Si 2p 有两个峰，把每一个人 的峰面积相加，然后除以灵敏度因子。 • 计算元素相对含量
xps操作方法
xps操作方法一、XPS是什么？1.1 XPS全称为X ray Photoelectron Spectroscopy，也就是X射线光电子能谱。
这可是个相当厉害的分析工具呢，就像是材料分析领域的一个神探。
它主要是用来研究材料表面的元素组成、化学状态啥的。
打个比方，就像你要了解一个人的身份，这个工具就能把材料表面的那些元素一个个揪出来，看清楚它们到底是谁。
1.2 这个技术的原理其实也不是特别复杂。
简单来说，就是用X射线去照射材料表面，然后材料表面的电子就会被激发出来，就像被叫醒了一样。
通过测量这些被激发出来的电子的能量和数量，就能知道材料表面都有哪些元素，以及这些元素的状态，是在“休息”还是在“工作”（化学状态）。
二、操作前的准备。
2.1 样品准备是关键的一步。
你的样品得干净整洁，可不能脏兮兮的。
这就好比你要去见重要的客人，得把自己拾掇干净一样。
如果样品表面有杂质，那分析结果可就会被搞得乱七八糟，就像一锅好汤里掉进了老鼠屎。
所以要把样品表面处理好，该清洗的清洗，该打磨的打磨。
2.2 设备检查也不能马虎。
就像开车前要检查汽车一样，操作XPS前也要检查设备的各个部分。
看看电源是不是稳定，各种探测器是不是正常工作。
要是设备有问题，那做出来的结果就跟瞎猜差不多，完全不靠谱。
三、操作过程。
3.1 把样品放到设备里。
这个过程要小心翼翼的，就像把宝贝放进保险箱一样。
放的时候要按照设备的要求来，不能乱放，不然可能会损坏样品或者影响检测结果。
这时候就像是在走钢丝，每一步都得谨慎。
3.2 设置检测参数。
这就需要根据你的样品和你想要得到的结果来调整。
比如说你想检测某种特定元素的深度分布，那就要设置合适的能量和扫描范围。
这就好比做菜的时候要根据食材和口味来放调料，放多放少都不行，得恰到好处。
四、操作后的结果分析。
4.1 得到数据之后，可别被那一堆数字和图表给吓着了。
要静下心来分析。
先看看元素的种类，这就像在人群里找熟人一样，一眼就能看到那些熟悉的元素。
XRD和XPS法研究WO3SiO2体系
ＸＤ Ｒ 平均晶粒度测定利用Ｄ ｂ ｅＳｈｒｅ公式， ｅｙ－ｃｅｒｒ 常数ｋ ． 。对于Ｃ Ｋ 射线的 取０ ９ ８ ｕ
Ｋ１ 双 Ｋ２ 线宽化 和仪器 校正， 无 效应的Ｓ ２ 宽化 采用 宽化 ｉ （ 样品的适当衍射峰 Ｏ 石英）
进 修 。 于 ３ ｉ２ 中 Ｗ ３ 粒 小 衍 行 正 由 ＷＯ Ｓ 样品 的 Ｏ 晶 较 ，射峰宽化 （１ （ ０ （ ０ ／Ｏ ，０，２和２） ０ ）０ ） ０
阈值时， ３ ＷＯ 以单层的形式分散在硅胶表面上， 因此， 随着ＷＯ３ 载量的增加， 单层覆 盖率
增加，ｗ随表面ＷＯ 的含量线性增加， Ｉ４ ｆ ３ 而基底硅胶表面的数量基本不 变。因此， 强度比
Ｉ４ Ｉ２ ｗ／ｓ 随ＷＯ 的载量呈线性增加。当ＷＯ 的载量高于阈值时， ３ ｉ ３ ３ ＷＯ 除了以单层的形式
４ × ０Ｗ原子／ ） ． １７ ６ １ 米２ 。表明 ＷＯ在硅胶表面呈单 ３ 层分散， 但不是密置单层分散， ３ 胶 ＷＯ在硅
表面的单层覆盖率只有 ９ ％。
ＷＯ／ｉ２ ３ＳＯ 催化剂体系主要用于烯烃歧化反应， 特别是在较高的反应温度下， 具有非
常好的歧化催化性能（ １ ） 。在ＷＯ３ＳＯ 体系中， ／ｉ２ 关于ＷＯ 在硅胶表面的分散状 态 以 及与 ３ 载体硅胶的相互作用， 已有一些报道， 但尚未有统一的认识（４ ２ －
ＷＯ３ 载量较低时不出 现 ＷＯ 的 ３
晶相峰， 只得到背底与硅 胶 相 似 的 衍 射图， 图 １ 见 （ａ） ｅ） －（ ，
这并不是由于ＷＯ３ 含量 太 低超 出ＸＲ 定性检测的 灵敏 度。因 Ｄ 为我 们 在 测 定 含 量 为０ ２克 ．０ ０
ＷＯ／ ｉ２ ３ 克ＳＯ的晶相ＷＯ 与硅胶 ３
SiO2层厚度的测量方法
SiO2层厚度的测量方法【摘要】在半导体平面工艺中，SiO2层薄膜的质量对半导体器件的成品率和性能有重要影响，因而需要对SiO2层薄膜的厚度作必要的检查。
SiO2层厚度的测量有多种方法，其中干涉法是生产中较普遍采用的。
本论文主要分析了利用干涉原理测量SiO2层厚度的方法，介绍了干涉现象在半导体工艺上的应用。
【关键词】半导体工艺;SiO2薄膜;干涉法;膜厚0.前言在半导体工艺中，半导体器件表面需要覆盖着介质膜,用来防止其表面受到杂质离子的污染，从而使半导体器件能够处于稳定的工作状态。
二氧化硅(SiO2)膜经实验证实满足作为介质膜所需的基本要求，所以近年来在工业领域得到了广泛地应用。
1．SiO 2层在半导体领域的应用1.1对杂质的掩蔽作用由于硼、磷等杂质在二氧化硅中的扩散速率比硅中慢得多，则这些杂质可利用一定厚度的SiO2膜作为扩散时的掩蔽膜，在需要扩散的区域，采用光刻技术。
1.2对半导体器件表面的保护和钝化作用在硅片表面覆盖一层SiO2膜，将硅片表面和PN结与外界空气隔离开来，就减弱了环境空气对硅片表面状态的影响，从而提高了半导体器件的稳定性和可靠性，起到了钝化硅片表面的作用。
1.3用于半导体器件的电绝缘和隔离SiO2具有很高的电阻率，是良好的绝缘材料，所以在硅器件中做铝引线与薄膜下面元件之间的绝缘层．还可以利用SiO2的绝缘性能来实现集成电路各元件之间的电隔离，即介质隔离。
1.4用作MOS场效应管的绝缘栅杂质SiO2膜的厚度和质量直接决定着MOS场效应管的多个电参数。
2．测量SiO2膜层的一般方法测量SiO2膜层厚度的方法主要有：干涉法、椭圆偏振仪法、双光束分光光度计法、划线法。
本论文主要通过分析运用干涉原理测量SiO2层厚度的方法，介绍了干涉现象在半导体工艺上的应用。
3．运用干涉法测量SiO2层厚度运用干涉原理测量SiO2层厚度的原理是：当用单色光垂直照射氧化层表面时，由于SiO2是透明介质，入射光将分别在SiO2表面和SiO2－Si界面处反射，如图3所示。
用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度
4 n0 | n s - i k s |
| n0 B + C |
2
间满足 :
q
( 4)
k ( E) =
i =1
∑ E2 q
A i ( E - Eg)
2
B i E + Ci
( 1)
根据 Kramers2 Krong 关系 , 可以推得实部折射率 n 满足 :
) + n ( E) = n ( ∞
i =1
2 原理
2. 1 物理模型
用来拟合透过率曲线的色散模型是 Forouhi2
Bloomer 公式 . 1986 年 , Forouhi 和 Bloomer 报道了
无定形介质和半导体薄膜满足的色散关系 [ 8 ] , 他们 假定了导带和价带呈抛物线形状 , 它们之间的距离
沈伟东 男 ,1977 年出生 ,博士研究生 ,从事光学光电子薄膜以及微光机电系统的研究 . Email :adongszju @hot mail. com 2004202226 收到 ,2004206211 定稿 ν 2005 中国电子学会
PACC : 7360 F ; 7865 ; 6860
中图分类号 : O48415 文献标识码 : A 文章编号 : 025324177 ( 2005) 0220335206
便 ,因此由单一透过率曲线确定薄膜的光学常数和
1 引言
当前许多先进的电子器件 、 光电器件和微光机 电系统的制备过程中都涉及到沉积单层或者多层的 半导体薄膜 . 一般来说 ,薄膜的光学性质不同于相应 的块状材料 ,而且随不同的工艺变化很大 ,然而薄膜 的光学常数和厚度有可能对整个器件的特性有很大 的影响 ,因此简单而精确获得薄膜的这些信息是很 重要的 . 现有的测定方法中 ,椭偏法是应用最广泛的 方法之一 , 它具有灵敏度高 , 适合于各种薄膜的优 点 ,但是它需要建立比较复杂的测试设备和计算模 型 ,并且其精度受到诸多因素的影响 ; 棱镜耦合法因 为要产生一定的模式要求薄膜的厚度较厚 , 并且能 测膜层的折射率受到耦合棱镜的限制 ; 常用的光度 法大 多 需 要 测 量 薄 膜 的 反 射 率 和 透 射 率 光 谱 曲 线 [ 1 ] ,由于反射率测量比较困难 , 因此其测量精度 远不如透射率测量高 ; 包络线法 [ 2 ] 需要薄膜很厚以 产生干涉振荡 ,而且要求薄膜是弱吸收的 ,这很难适 用于许多半导体薄膜 , 它们在可见区通常具有较大 的吸收并且一般厚度较薄 . 透过率的测量简单而方
太阳能硅片厚度与翘曲度检测方法及振动抑制研究
硅 片翘 曲度测 量 示 意 图 如 图 ３所 示 ，其 ｉ９１０量 过程 如 下 ：通 过 纵 向导 轨 ，将 硅 片 移 至 位 置 １处 ，激 光 传 感 器 １ 感 狈０出到硅 片上 表面 的距 离 ，激光 传 感 器 ２感 测 出 到 硅 片上表面的距离 ：。假设 以激光传感器 ２所在平 面 为参 考平 面 ，于是 可 以得 到 位 置 １处 硅 片 中位 面 至参 考 平 面 的距 离 为
图 ４ 理 想 硅 片 翘 曲度 测 量 示 意 图
４ 振动 抑 制算法 为 了解决 振 动 问题 ，主要从 两个 方 面进行 改 进 ，一 个
是硬 件 ，一个 是软 件 。硬 件 方 面 可 以选 择 高 精 密 导轨 和 低振动电机 ，软件方面可以考虑优化算法。由于硬件会 增加 成本 ，而 且也 很 难达 到 十分 理 想 的效 果 ，因此 ，本 课 题从 软件 算法 优化 着 手 ，力 求 寻找最 佳解 决方 案 。
硅 片厚 度是 指在 给定 点处 垂 直于 表 面方 向穿 过 晶片 的距离 ，本课 题 采用 对 射 式激 光传 感 器 扫 描 硅 片 以实 现 硅 片厚 度 的测量 ，其 工作 原理 如 图 ２所 示 。
《计童 与测试 技术》２０１６ 年 第４３卷 第３ 期
图 ２ 硅 片 厚 度 测 量 示 惹 图
在上 述硅 片翘 曲度 测量 中 ，位 置 １和位 置 ２始 终 将 探头 ２所 在 的平面 作 为 基 准平 面来 计 算 翘 曲度 值 ，这 种 算法 受振 动 的影 响 比较 大 ，因此 很 难 测 量 出翘 曲度 的真 实值 。
半导体测试 薄层厚度测量
（后页待续）
7、普通干涉法与椭偏法在测量方法上，有哪些相同点？有哪些 不同点？为什么椭偏法的测量精度更高？ 8、如何利用扩展电阻分布法测量外延层厚度？画出示意图说明。 9、利用扩展电阻分布法可以获得pn结哪些性能参数？这些参数 分别有什么参考意义？
电动轮廓仪按传感器的工作原理分为电感式、感应式以及压电式多 种。仪器由传感器、驱动箱、电器箱等三个基本部件组成。
传感器的触针由金刚石制成，针尖圆弧半径为2微米，在触针的后端 镶有导块，形成一条相对于工件表面宏观起伏的测量的基准，使触针的 位移仅相对于传感器壳体上下运动，所以导块能起到消除宏观几何形状 误差和减小纹波度对表面粗糙度测量结果的影响。传感器以铰链形式和 驱动箱连接，能自由下落，从而保证导块始终与被测表面接触。
（三）扩展电阻分布测量法
过渡区 外延层
外延层厚度
衬底
三、导电薄膜厚度测量
1、磨角干涉法
2、阶梯腐蚀＋台阶测量
Al可以首先采用特 定的腐蚀剂（如光刻胶） 将金属薄膜的一个区域 腐蚀掉，得到台阶。那 么利用光学显微镜的深 度测量（景深）或台阶 仪就可以测得金属薄膜 的厚度。
红外光谱硅片厚度测量方法
红外光谱硅片厚度测量方法
红外光谱硅片厚度测量方法可以通过红外光谱仪器和相关的数据处理软件来实现。
具体步骤如下：
1. 将待测硅片放置在红外光谱仪器的样品台上，并确保样品台的表面是平坦的。
2. 打开红外光谱仪器，并进行仪器的预热和校准，以确保准确的测量结果。
3. 开始测量硅片的红外光谱。
红外光谱仪器会通过红外光波的反射、透射或吸收来获取样品的信息。
4. 从红外光谱中找到与硅片特征吸收峰相关的谱带。
硅片的厚度可以通过谱带的位置、强度和形状等信息进行分析。
5. 利用相关的数据处理软件进行数据的处理和分析。
可以使用谱带的吸光度来计算硅片的厚度。
需要注意的是，红外光谱硅片厚度测量方法可能需要经过一定的标定和验证过程，以确保测量结果的准确性和可靠性。
纳米硅_氧化硅薄膜的XPS测量
纳米硅2氧化硅薄膜的XPS测量吴正龙 秦国刚(北京师范大学分析测试中心 北京 100875) (北京大学物理系 北京 100871)摘 要 利用XPS能很好地分辨出硅基纳米硅2氧化硅膜层中的n2S i和n2S iO2。
对S i2p峰进行的拟合处理,可计算出n2S i和n2S iO2的含量,其结果与RF2磁控溅射沉积薄膜中所用的复合靶S i和S iO2的面积比基本一致。
关键词 纳米硅2氧化硅;XPS;磁控溅射中图分类号 O127Measurement of N ano2Si2SiO2Thin Films on Si W afers by XPSWu Zhenglong(Analysis and T esting Center,Beijing N ormal University,Beijing100875,China)Qin G uogang(Department of Physics,Beijing University,Beijing100871,China)Abstract C om ponents of nano2S i and nano2S iO2in thin films deposited on S i wafers were determ ined directly by XPS.Its contents can be evaluated by deconv olution of S i2p.The results were approximately coincident w ith the area ra2 tios of S i and S iO2in RF magnetron sputtering com posite targets.K ey w ords nano2S i2S iO2;XPS;RF magnetron sputtering1 引 言纳米硅2氧化硅(n2Si/n2SiO2)薄膜是一种很受重视的硅基发光材料,对其光致发光机制的研究一直是人们研究的重要课题,已提出了几种不同的模型。
国家标准《硅片表面薄膜厚度的测试 光学反射法》编制说明(送审稿)
国家标准《硅片表面薄膜厚度的测试光学反射法》编制说明（送审稿）一、工作简况1、标准立项目的和意义集成电路产业是信息技术产业的核心，是国家重要的基础性、先导性和战略性产业，是推动国民经济和信息化发展的主要高新技术。
近10年来，我国的集成电路产业发展迅猛，随着高端集成电路市场在国内的兴起，对硅抛光衬底片中金属的要求越来越高。
为了取得更洁净的表面，引入了背面长多晶的吸杂工艺；同时对外延用重掺硅抛光片，为了防止在外延过程中的自掺杂和缩短外延工艺时间，通常会在硅片背表面生产一层氧化膜作为背封膜。
这两种工艺要求已经成为硅抛光片重掺产品中非常常见的要求，因此规范这类背封膜和多晶层的厚度测试及质量评估变得尤为重要，背封膜厚和多晶层的厚度及均匀性会直接影响器件后续工艺的成品率。
本标准描述的测试方法是目前广泛应用于硅片行业内对背封膜和背面多晶（本方法中将这两类统称为硅片表面薄膜）的测试方法。
2、任务来源根据《国家标准化管理委员会关于下达第一批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发[2019]11号）的要求，由有研半导体材料有限公司负责国家标准《硅片薄膜厚度的测试光学反射法》的制定工作，计划编号为20190796-T-469。
3、主要工作过程3.1、起草阶段本项目在下达计划后，组织了专门的标准编制小组，进行了设备、用户要求、相关标准应用等方面的调研和收集；与同行、设备商进行了充分的沟通；结合多年来国内外用户对硅片薄膜厚度的要求和多年的测试实践，按照国家标准的格式要求起草了本标准，并于2019年5月形成了标准讨论稿。
2019年5月16日，由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会组织，在浙江省宁波市召开了《硅片表面薄膜厚度的测试光学反射法》标准第一次工作会议（讨论会），共有南京国盛电子有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、江苏中能硅业科技发展有限公司等28个单位36位专家参加了本次会议。
与会专家对标准讨论稿进行了逐条讨论，并对规范性引用文件、测试环境、仪器设备等提出了修改意见。
硅晶片表面超薄氧化硅层厚度的测量
1、测量
本标准适用的氧化硅层厚度不大于20 nm。 真空度：10-7 pa 温度：20℃土5℃ 相对湿度：小于65％
2、符号
3.样品准备
1 清洗：
当样品表面轻微污染(碳质污染层为0．15 nm～o．3 nm)时，污染层对厚度测量的影响可 以忽略，对于污染较严重的样品应进行清洗，清 洗方法是将样品在分析纯异丙醇中浸泡后用 高纯氩气流吹干。 样品应放在由PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯 ） 所制成的盒子中，样品应由聚四氟乙烯聚四氟乙 烯所制成的支架支撑，以避免对样品的破坏。
2 储存：
膜层厚度
衰减波长：
R值：
XPS检测分析方法
XPS 的工作原理：
X-ray 样品
电离放出光电子
能量分析器
检测器 e-
（记录不同能量的电子数目） 光 电 hν(X-ray) 子 产 生 过 程 ： A(中性分子或原子)+ hν(X-ray)
A+*（激发态的离子）+e-(光电子)
利用XPS谱图鉴定物质成分：
• 利用某元素原子中电子的特征结合能来鉴别物质。 • 自旋-轨道偶合引起的能级分裂，谱线分裂成双 线（强度比），特别对于微量元素：
• 样品荷电的校正：
(绝缘体的荷电效应是影响结果的一个重要因素)
1.消除法： 用电子中和枪是目前减少荷电效应的最好方法； 另一种方法是，在导电样品托上制备超薄样品， 使谱仪和样品托达到良好的电接触状态。 2.校正法： 主要有以下几种方法： a.镀金法；b.外标法； c.内标法；d.二次内标法； e.混合法；f.氩注入法。
• 电子结合能：由光电过程的Einstein方程：
hν=Eb+1/2mv2 ，求出 ：Eb= hν-Ek。
XPS 的工作流程：
光 源(X-ray)
过滤窗
样品室 能量分析器 检测器
真空系统 (1.33×10-5—1.33×10-8Pa)
磁屏蔽系统(～1×10-8T)
扫描和记录系统
光电发射定律
hγ = EB+ EK 即光子的能量转化为电子的动能EK并克服原子核对核 外电子的束缚EB EB=hγ - EK
基本概念：
• 光电子能谱: 反应了原子（或离子）在入射粒 子（一般为X-ray）作用下发射出来的电子的能 量、强度、角分布等信息。 • X-ray: 原子外层电子从L层跃迁到K层产生的 射线。 常见的X射线激发源有：
用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度
φ=
0 , 有物理意义
M , 没有物理意义
( 7)
第2期
沈伟东等 : 用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度
337
对于没有物理意义的参数 < = M , M 是一个极大的 数取为 5000 ; 满足限制条件的参数 , < = 0 对目标函 数没有影响 . 这是一个惩罚函数 , 使优化过程中自动 远离那些没有物理意义的值 , 这样就把一个约束优 化问题变成一个无约束优化问题 . 单纯形方法是光学薄膜优化中运用较多的方 法 , 它受初始结构的影响小 , 并且不需要计算导数 , 因此特别适用于这种表达式较复杂而且变量较多的 情况 . F2B 色散模型中的参数都有一个范围 , 如 n (∞ ) = 1 ～ 5 等 , 而 薄 膜 的 物 理 厚 度 范 围 为 10 ～ 3000nm ,因此在确定薄膜光学常数的优化过程中 , 作为变量的物理厚度和色散模型中各个参数之间数 值有很大的差别 , 对它们作一些修正进行归一化
336
半 导 体 学 报
第 26 卷
是 Eg ;1988 年他们把它扩展到多晶薄膜 ,从而完善 了 F2B 色散模型 . 在 F2B 模型中 , 消光系数 k 是 复折射率的虚部 ( N = n - ik ) , 它与光子能量 E 之
[9 ]
是薄膜的物理厚度 ,由 ( 3) 式可以得到薄膜和基板的 组合导纳 Y = C/ B ,薄膜的透过率为 :
Fig. 1 Schematic diagrap h of a single layer on finite t hickness substrate
Ai Bi ( E2 - 2 Eg Ci , g + Ci ) Qi 2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
同样的实验条 件下记 录其氧 化硅和 元素硅 的 Ｓ（ ｐ 谱 线并 ｉ２ ） 计算其峰高比，然后在标 准曲线上通过插入法 得到相应 的氧 化硅层厚度。标准曲线法广 泛应用于化学分析 中元素的含量 或浓度测定 ， 我们 将其 用于超薄 氧化硅层厚度 测量这个难题
系列氧化硅厚度 （ ） 准确 已知 的 ｓＯｚｓ 标准样品 ， ｉ ／ｉ 分别记录其氧化硅和元 素硅的 Ｓ（ｐ 谱线 ， ｉ２ ） 并得到 峰
高 比（ ， Ｒ） 然后将厚度（ 对峰高比（ 作 图得到标准 曲线 。 ） Ｒ） 在相同的实验 条件下 ，测得 未知样 品氧化硅 和元 素硅的 Ｓ（ｐ 谱线并计算其峰高 比， ｉ２ ） 通过插入法在标准曲线 上得 到相应的氧化硅层厚度 。ＳＯ ／ ｉ ｉ２ Ｓ 标准样 品 由设备一流和经验 丰富的权威实验室提供 ， 其氧化硅厚度 采用 多种方法进行测量 比对 。实验表明 ： 基于氧化
数据处理操作 （ 如多个谱 峰拟合等 ） 比较耗 时和容易 引人较大
误差 。
本文提 出一种 硅片上 超薄氧化硅 层厚度测 量的 Ｘ Ｓ标 Ｐ 准曲线法 ，该方 法需 要 一 系列 氧化 硅厚 度 （ 准确 已 知的 ）
内。目前 ， 工业界通 常采用椭 圆光度法来 测量栅氧 化层的厚 度 ＿ ，它具有测量速度快 、精密度高 的特点 。当薄膜厚 度大 １ ］
基金项 目： 质检公益专项科研基金项 目（ ０１９ 和国家杰出青年科学基金项 目（０ ２ ４ ４ 资助 １—９ ） ２４５１）
作 者 简 介 ： 志 娟 ， ，１ ８ 年 生 ，中 国科 学 院化 学 研 究 所博 士研 究 生 赵 女 ９１
＊通 讯联 系人 ｅｍａｌ ｅ ｌ ＠ ｉ ａ．ｃｃ － ｉ ｎｉ ｃ ｓａ． ｎ ：ｆ ｕ ｃ
相 同的样品（ ｉ ／ ｉ在不 同 国家 、不 同实验 室或 不 同 Ｘ Ｓ ＳＯｚｓ） Ｐ 谱仪测得的厚 度数据 尚有一定差别 。 这种差别 可能来 自多种 因素 ， 例如 Ｘ Ｓ谱仪的结构 、性能 、 Ｐ 测定 时的实验 条件和数
据处理软件及方法存在差异等 。 此外 ，Ｓａ 等 推荐 方法 中的 ｅｈ
中 ， 一 个 新 的 尝 试 是
量误差 （ 可达 ５ 以上） ｅｈ等［ ］ Ｏ 。Ｓａ ３ 建立 了一种 ｘ射线光 电
子能谱 （ Ｓ 分析方法 ， ＸＰ ） 可准确测量硅 片 上 ０ ３ ｍ 超薄 ． ～８ｎ 氧化硅层的厚度 。该方 法根据 ＸＰ Ｓ测 得 的氧化硅 和元 素硅 的 Ｓ（ｐ 电子峰强度 ，利用公式计算得 到氧化硅超薄层的厚 ｉ２ ） 度ｒ 。 ４ 按照 Ｓ ａ ］ ｅｈ等推荐 的标准操 作程序 （ 包括样 品清洗 、发 射 角 和 方 位 角 的 选 定 、峰 拟 合 、计 算 方 法 及 参 数 值
赵志娟 ， 刘 芬 ，王 海 赵 良仲 ， ，闫寿科Ｌ。 ，宋小平
１ ．中国科学 院化学研究所 ， 北京 ２ ．中国计量科学研究院 ， 北京 １０ ９ ０ １０ １ ０ １ ００３
３ ．北京化工大学化工资源有效利用 国家重点实验室 ， 北京 １０ ２ ００９
摘
一
要
提出一种新的处理方法一 Ｐ 标 准曲线法来测量硅片上超薄氧化硅层 （ｉ ２ｓ） Ｘ Ｓ Ｓ０ ／ ｉ的厚 度。该方法利用
中 图分 类 号 ： ５ ． ０６７ ６
（ Ｉ Ｍ／ Ｃ Ｃ Ｐ Ｃ ＱＭ） 组织 的国际 比对结果¨］ １来看 ，氧化 硅层厚度 １
引 言
二氧化硅薄膜是晶体管关键组件 （ 即栅氧化层） 的首选材 料 ，它对晶体管 、器件 和集成 电路 的可靠性 至关 重要 。随着 器件尺寸 的日益缩小 ， 栅氧化层变得越来越 薄 ， 而导致其 从 厚度 的测量与控 制 日益重 要 。国 际半导 体技 术发 展路 线 图 （Ｔ Ｓ 指 出： 氧化硅栅氧化层 的厚度 目前已降至 ２ｎ 以 ＩＲ ） 二 ｍ 下 ，且其厚度控制与测量要求在 １３ 的标准不确 定度范 围 ．
１ 实验部分
１ １ 实 验 仪 器 ．
等）３ ［
， 在同一台仪器上测量结果 的不确定度 可降至 ２
左右。然而 ，根据 国际 计 量 委 员会／ 质 的量 咨询 委 员 会 物
收稿 日期 ： ０ ９０ —８ 修订 日期 ：２ ０—９２ ２ ０ —６１ 。 ０ ９０ —２
所有 样 品 的 Ｘ Ｓ实 验 均 在 ＶＧ Ｓ ｉ ｔｉ Ｅ Ｃ ＡＢ Ｐ ｃ ｎｉｃ Ｓ ＡＬ ｅ ｆ
硅厚度准确知道的标准样 品制作 的 Ｘ Ｓ标准曲线 ，用于硅片上超薄氧化硅层厚度 测量时具有快 速、简便 和 Ｐ 比较准确等优点 ， 有较好的实用价值 。
关键词 ｘ射线光ห้องสมุดไป่ตู้电子能谱（ Ｐ ） 氧化硅 ； Ｘ Ｓ； 厚度测量 ； 标准 曲线
文 献标 识 码 ： Ａ Ｄ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ）６１７—４ ＯＩ ０ ３ ６／．ｓ ． ０ ００ ９ （００ ０ —６００ ｓ
第３卷 ， ６ ０ 第 期 ２０１０年 ６月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １ ０Ｎ ． ，ｐ ６０１７ ｏ ３ ， ｏ６ｐ １７—６３ ．
Ｊ ｎ ，２ １ ｕｅ ００
Ｓ ｅｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒｌＡｎ ｌｓｓ ｐ ｃｒｓ ｏ ｙａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
硅 片上 超 薄氧 化硅 层厚 度测 量 的 Ｘ Ｓ标 准 曲线 法 Ｐ
于 １ ｍ时 ， 圆光度法 的测量准 确度 高 ， ０ｒ ｉ 椭 是一种优先选择 的方法［ ； ２ 但是 ，当薄膜厚度小 于 １ ｉ 时 ，薄膜 表面的污 ０ｒ ｍ 染层 （ 如吸附的烃类 、 水分子等） 给椭 圆光度法 带来 较大的测
ＳＯ ／ ｉ ｉ Ｓ 标准样 品 ， 别记 录它们 的 Ｓ（ｐ 谱线 ，计算 它们 分 ｉ２ ） 的氧化硅与元 素硅 的 Ｓ（ｐ 峰 高 比值 （ ，并将 （ ｉ ） ２ Ｒ） 纵坐标 ）