金屬層功函數的檢測方法及其檢測系統技術方案

一種金屬層功函數的檢測方法及其檢測系統，檢測方法包括：提供基底，包括襯底、以及位于襯底上的待測金屬層，襯底具有襯底功函數；提供輸出功率至少為100瓦的光源；提供參比電極；關閉光源，獲得待測金屬層與參比電極之間的第一接觸電勢差；打開光源，對待測金屬層表面進行照射，獲得待測金屬層與參比電極之間的第二接觸電勢差；根據第一接觸電勢差和第二接觸電勢差之間的差值，獲得待測金屬層的表面勢壘電勢差；根據襯底功函數和表面勢壘電勢差之間的差值，獲得待測金屬層的功函數。本發明專利技術在檢測第二接觸電勢差時，采用輸出功率至少為100瓦的光源對待測金屬層表面進行照射，從而消除金屬層等電勢屏蔽效應，進而提高待測金屬層的功函數檢測精度。

Detection Method of Work Function of Metal Layer and Its Detection System

A method for detecting the work function of metal layer and its detection system include: providing a substrate, including a substrate and a metal layer to be measured on the substrate, with a substrate work function; providing a light source with an output power of at least 100 watts; providing a reference electrode; closing the light source to obtain the first contact potential difference between the metal layer to be measured and the reference electrode; and opening the light source. The second contact potential difference between the metal layer to be measured and the reference electrode is obtained by irradiating the surface of the metal layer to be measured. According to the difference between the first contact potential difference and the second contact potential difference, the surface barrier potential difference of the metal layer to be measured is obtained. According to the difference between the substrate work function and the surface barrier potential difference, the work function of the metal layer to be measured is obtained. When the second contact potential difference is detected, a light source with an output power of at least 100 watts is used to irradiate the surface of the metal layer to eliminate the potential shielding effect of the metal layer, thereby improving the detection accuracy of the work function of the metal layer to be measured.

【技術實現步驟摘要】
金屬層功函數的檢測方法及其檢測系統
本專利技術涉及半導體制造領域，尤其涉及一種金屬層功函數的檢測方法及其檢測系統。
技術介紹
功函數是半導體器件、光電器件以及集成電路工藝等研究中的一個重要參數。功函數主要影響半導體器件的載流子注入，從而影響半導體器件的性能。因此，在半導體制造領域中，精確檢測功函數變得尤為重要。但是，現有技術功函數的檢測精度較低。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種金屬層功函數的檢測方法及其檢測系統，提高功函數的檢測精度。為解決上述問題，本專利技術提供一種金屬層功函數的檢測方法，包括：提供基底，所述基底包括襯底、以及位于所述襯底上的待測金屬層，所述襯底具有襯底功函數；提供光源，所述光源的輸出功率至少為100瓦；提供參比電極；關閉所述光源，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第一接觸電勢差；打開所述光源，對所述待測金屬層表面進行照射，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第二接觸電勢差；根據所述第一接觸電勢差和所述第二接觸電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的表面勢壘電勢差；根據所述襯底功函數和所述表面勢壘電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的功函數。可選的，通過開爾文探針系統獲得所述第一接觸電勢差和第二接觸電勢差，且所述開爾文探針系統包括所述參比電極。可選的，所述光源為LED光源。可選的，所述光源為綠光光源，或者綠光光源和白光光源。可選的，所述光源為綠光光源和白光光源，所述白光光源用于產生波長為450nm至465nm的光。可選的，提供基底的步驟中，所述基底還包括位于所述襯底和所述待測金屬層之間的介質層。可選的，所述介質層為柵介質層，所述柵介質層包括界面層以及位于所述界面層上的高k柵介質層。可選的，所述待測金屬層為功函數層。可選的，所述待測金屬層為單層結構或疊層結構。可選的，所述待測金屬層的材料為TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TiAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN、TaCN和AlN中的一種或幾種。相應的，本專利技術還提供一種金屬層功函數的檢測系統，包括：承載單元，用于承載待測件，所述待測件包括襯底、以及位于所述襯底上的待測金屬層；照射單元，用于對所述待測金屬層表面進行照射，所述照射單元包括光源，所述光源的輸出功率至少為100瓦；檢測單元，包括參比電極，用于在所述光源關閉的狀態下，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第一接觸電勢，以及在所述光源對所述待測金屬層表面進行照射的狀態下，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第二接觸電勢差；計算單元，用于根據所述第一接觸電勢差和所述第二接觸電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的表面勢壘電勢差，并根據所述襯底功函數和所述表面勢壘電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的功函數。可選的，所述檢測單元集成于開爾文探針系統中。可選的，所述光源為LED光源。可選的，所述光源為綠光光源，或者綠光光源和白光光源。可選的，所述光源為綠光光源和白光光源，所述白光光源用于產生波長為450nm至465nm的光。可選的，所述待測件還包括位于所述襯底和所述待測金屬層之間的介質層。可選的，所述介質層為柵介質層，所述柵介質層包括界面層以及位于所述界面層上的高k柵介質層。可選的，所述待測金屬層為功函數層。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點：在獲得待測金屬層與參比電極之間的第二接觸電勢差的步驟中，采用輸出功率至少為100瓦的光源對所述待測金屬層表面進行照射，所述光源的輸出功率較大，因此有利于消除表面勢壘，從而可以消除金屬層等電勢屏蔽效應(MetalLayerEquipotentialScreeningEffect)，進而提高所述待測金屬層的功函數的檢測精度。可選方案中，所述待測金屬層為功函數層，通過精確檢測所述功函數層的功函數，從而有利于有效控制并改善半導體器件的電學性能。附圖說明圖1至圖3是本專利技術金屬層功函數的檢測方法一實施例對應的結構示意圖；圖4是不同待測金屬層在光源輸出功率大于100瓦以及光源輸出功率小于100瓦兩種情況下的功函數箱型圖；圖5是本專利技術金屬層功函數的檢測系統一實施例對應的功能框圖。具體實施方式由
技術介紹
可知，金屬層功函數的檢測精度較低。現結合一種功函數的檢測方法分析檢測精度較低的原因。在半導體制造領域中，通常通過MOS電容(MOSCAP)檢測的方式以獲得待測金屬層的功函數。由于MOS電容需對完整的半導體結構進行測試(例如C-V測試)才能獲得，因此MOS電容的檢測需在完成鋁制程后進行，所以檢測效率較低，檢測成本較高。目前引入了SDI(SemiconductorDiagnose)機臺。相比通過MOS電容獲得功函數的方式，在襯底上形成待測金屬層后，即可通過SDI機臺對所述待測金屬層進行在線(inline)功函數檢測，因此可以簡化工藝步驟、提高檢測效率、降低檢測成本。但是，在襯底上形成待測金屬層后，由于所述待測金屬層覆蓋整個襯底表面，因此容易出現金屬層等電勢屏蔽效應(MetalLayerEquipotentialScreeningEffect)，從而導致功函數的檢測精度下降。為了解決所述技術問題，本專利技術在獲得待測金屬層與參比電極之間的第二接觸電勢差的步驟中，采用輸出功率至少為100瓦的光源對所述待測金屬層表面進行照射，所述光源的輸出功率較大，因此有利于消除表面勢壘，從而可以消除金屬層等電勢屏蔽效應，進而提高所述待測金屬層的功函數的檢測精度。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施例做詳細的說明。圖1至圖3是本專利技術金屬層功函數的檢測方法一實施例對應的結構示意圖。參考圖1，提供基底(未標示)，所述基底包括襯底100、以及位于所述襯底100上的待測金屬層110，所述襯底100具有襯底功函數。所述襯底100為半導體結構的形成提供工藝平臺。本實施例中，所述襯底100為硅襯底。在其他實施例中，所述襯底的材料還可以為鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦，所述襯底還能夠為絕緣體上的硅襯底或者絕緣體上的鍺襯底或玻璃襯底。所述襯底100的材料可以選取適宜于工藝需求或易于集成的材料。所述襯底100具有襯底功函數。本實施例中，定義所述襯底100的功函數為WF(Si)。其中，所述襯底100功函數WF(Si)根據所述襯底100的材料而定。所述待測金屬層110用于作為所形成半導體器件的一部分，以實現所述半導體器件的正常運作。本實施例中，所述待測金屬層110為功函數層，例如P型功函數層或N型功函數層。所述待測金屬層110用于調節半導體器件的閾值電壓。在其他實施例中，所述待測金屬層還可以為適宜于工藝需求的功能層。所述待測金屬層110可以為單層結構或疊層結構，所述待測金屬層110的材料為TiN、TaN、TaSiN、TiSiN、TiAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN、TaCN和AlN中的一種或幾種。本實施例中，以所述待測金屬層110為單層結構為例進行說明。后續步驟包括對所述待測金屬層110進行檢測，獲得所述待測金屬層110的功函數。。需要說明的是，提供基底的步驟中，所述基底還包括位于所述襯底100和所述待測金屬層110之間的介質層150。本實施例中，所述檢測方法用于檢測功函數層的功函數，因此所述介質層150為柵介質層，所述柵介質層包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括襯底、以及位于所述襯底上的待測金屬層，所述襯底具有襯底功函數；提供光源，所述光源的輸出功率至少為100瓦；提供參比電極；關閉所述光源，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第一接觸電勢差；打開所述光源，對所述待測金屬層表面進行照射，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第二接觸電勢差；根據所述第一接觸電勢差和所述第二接觸電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的表面勢壘電勢差；根據所述襯底功函數和所述表面勢壘電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的功函數。

【技術特征摘要】
1.一種金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括襯底、以及位于所述襯底上的待測金屬層，所述襯底具有襯底功函數；提供光源，所述光源的輸出功率至少為100瓦；提供參比電極；關閉所述光源，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第一接觸電勢差；打開所述光源，對所述待測金屬層表面進行照射，獲得所述待測金屬層與所述參比電極之間的第二接觸電勢差；根據所述第一接觸電勢差和所述第二接觸電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的表面勢壘電勢差；根據所述襯底功函數和所述表面勢壘電勢差之間的差值，獲得所述待測金屬層的功函數。2.如權利要求1所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，通過開爾文探針系統獲得所述第一接觸電勢差和第二接觸電勢差，且所述開爾文探針系統包括所述參比電極。3.如權利要求1所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述光源為LED光源。4.如權利要求1所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述光源為綠光光源，或者綠光光源和白光光源。5.如權利要求4所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述光源為綠光光源和白光光源，所述白光光源用于產生波長為450nm至465nm的光。6.如權利要求1所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，提供基底的步驟中，所述基底還包括位于所述襯底和所述待測金屬層之間的介質層。7.如權利要求6所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述介質層為柵介質層，所述柵介質層包括界面層以及位于所述界面層上的高k柵介質層。8.如權利要求1所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述待測金屬層為功函數層。9.如權利要求8所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述待測金屬層為單層結構或疊層結構。10.如權利要求8或9所述的金屬層功函數的檢測方法，其特征在于，所述待測金屬層的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王曉鳳，袁可方，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，中芯國際集成電路制造北京有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31