一种组分含量测量方法及装置与流程

本发明属于半导体集成电路，特别是涉及一种组分含量测量方法及装置。

背景技术：

1、在半导体制造工艺中，精细控制sigeb外延层(epi layer)中b元素的浓度对于改善硅沟道的电学性能具有重要意义。然而，现有技术中无法实现无损检测外延层中的b浓度。

2、现有技术中，量测外延层中b元素浓度主要有两种方法：sims(secondary ionmass spectroscopy，二次离子质谱)量测和光学量测。其中，sims量测具有破坏性，无法实现对外延层的无损检测，同时成本高、耗时长；而光学量测需要提前采用参考结构进行进行建模，并且量测范围只能覆盖进行建模时使用的参考结构的参考范围(reference range)，超出参考范围的部分则无法保证其量测的准确性。

3、因此，亟待一种能够实现对sigeb外延层中的b浓度测量准确性高、适用范围广、测量效率高的无损检测方法或装置。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种组分含量测量方法及装置，用于解决现有技术中对sigeb外延层的b浓度无损测量准确度差、测量效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种组分含量测量方法，所述测量方法包括：

3、提供待测量样品，所述待测量样品包括参考硅衬底和所述参考硅衬底上的sigeb外延层；

4、测量得到所述待测量样品中所述sigeb外延层中ge元素的含量p2；

5、通过所述待测量样品的x射线衍射谱图计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0；

6、根据得到的p2、a0的值求解得到所述sigeb外延层中b元素的组分含量p3的值。

7、可选地，测量得到所述待测量样品中所述sigeb外延层中ge元素的含量p2的方法包括：测量得到所述待测量样品中所述sigeb外延层和所述参考硅衬底的x射线光电子能谱，通过所述x射线光电子能谱得到所述待测量样品的所述sigeb外延层中ge元素的含量p2。

8、可选地，通过所述x射线光电子能谱得到所述待测量样品的所述sigeb外延层中ge元素的含量p2的方法包括：在所述x射线光电子能谱中测量得到所述sigeb外延层中ge元素光电子束信号强度为b1，si元素光电子束信号强度为b2，ge元素的原子灵敏度因子为asf1，si元素的原子灵敏度因子为asf2，计算得到所述sigeb外延层中ge元素的含量p2的值为(b1/asf1)/(b1/asf1+b2/asf2)。

9、可选地，所述x射线光电子能谱测量的所述sigeb外延层中ge元素光电子束信号为ge元素的3d轨道的光电子束信号峰；或所述x射线光电子能谱测量的所述sigeb外延层中ge元素光电子束信号为ge元素的2p轨道的光电子束信号峰。

10、可选地，通过所述待测量样品的x射线衍射谱图计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0的方法包括：通过所述待测量样品的所述x射线衍射谱图得到所述待测量样品中所述sigeb外延层的衍射峰θ1和所述参考硅衬底的衍射峰θ2之间的位置间距δθ；通过所述位置间距δθ计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0。

11、可选地，通过所述位置间距δθ计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0的方法包括：通过所述位置间距δθ和布拉格定律计算得到所述sigeb外延层和所述参考硅衬底的晶面间距差δd；δd＝d1-d2，其中d1为所述sigeb外延层的晶面间距，d2为所述参考硅衬底的晶面间距，计算得到所述sigeb外延层的晶面间距d1的值；通过所述sigeb外延层的晶面间距d1计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0。

12、可选地，通过所述sigeb外延层的晶面间距d1计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0的方法包括：d1＝a0/√(h2+k2+l2)，其中h、k、l为所述sigeb外延层的晶面指数，代入计算得到所述sigeb外延层的晶格常数a0＝d1√(h2+k2+l2)。

13、可选地，采用高分辨率x射线衍射仪测量得到所述待测量样品中所述sigeb外延层和参考硅衬底的所述x射线衍射谱图。

14、可选地，根据得到的p2、a0的值求解得到所述sigeb外延层中b元素的组分含量p3的值的方法包括：

15、si的晶格常数为a1，ge的晶格常数为a2，si元素在所述sigeb外延层中的含量为p1，b元素在所述sigeb外延层中的含量为p3，p1+p2+p3＝1；

16、将得到的p2、a0、a1、a2的值代入第一公式a0＝c1×p3+a2×p2+p1×a1，其中c1为第一预设常数，求解得到p3的值为所述sigeb外延层中b元素的组分含量；

17、或将得到的p2、a0、a1、a2的值代入第二公式a0＝c1×p3+a2×p2+p1×a1-c2×p2×(1-p2)，其中c2为第二预设常数，求解得到p3的值为所述sigeb外延层中b元素的组分含量的精确值。

18、本发明还提供一种组分含量测量装置，所述测量装置采用上述任意一种所述的组分含量测量方法进行组分含量测量，所述测量装置包括：x射线光电子能谱分析器、高分辨率x射线衍射仪和计算单元；

19、所述计算单元分别与所述x射线光电子能谱分析器、所述高分辨率x射线衍射仪电连接，所述计算单元用于接收所述x射线光电子能谱分析器测量得到所述待测量样品的所述sigeb外延层中ge元素的含量p2及所述高分辨率x射线衍射仪得到的x射线衍射谱图的数据测量，所述计算单元通过得到的p2和x射线衍射谱图的数据计算求解并输出b元素在所述sigeb外延层中的含量p3的值。

20、如上，本发明的组分含量测量方法及装置，具有以下有益效果：

21、本发明通过结合x射线光电子能谱中得到的ge元素含量和x射线衍射谱图中得到的sigeb外延层与参考硅衬底之间的衍射峰间距，计算得到b元素的组分含量，可以对sigeb外延层中的b元素进行无损检测，同时成本低、耗时长，可应用范围广；

22、本发明通过采用第二预设常数修正公式，提高了得到的sigeb外延层中b元素组分含量的测量精度；

23、本发明通过使用ge元素的3d轨道的光电子束信号峰测量sigeb外延层中ge元素光电子束信号，利用ge元素的3d轨道产生的光电子束动能更高，从而可以进一步提高测量sigeb外延层中ge元素浓度的准确性，以提高sigeb外延层中b元素浓度的测量精度；

24、本发明采用高分辨率x射线衍射仪得到sigeb外延层和参考硅衬底的x射线衍射谱图，提高了得到的sigeb外延层的晶格常数的准确性，以进一步提高sigeb外延层中b元素浓度的测量精度。