監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，所述方法在硅襯底上進行兩次相同工藝條件的氧化硅沉積，并分別量測出氧化硅厚度的變化，通過計算得到由于表面硅損耗轉(zhuǎn)化的氧化硅的厚度，進一步計算出表面硅的損耗。從而達到對相應工藝條件下表面硅損耗的離線監(jiān)測，有著監(jiān)測時間周期短和工藝成本低的優(yōu)點。
【專利說明】監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，半導體器件的尺寸在不斷減小，工藝生產(chǎn)中很多原本被忽視的“微量變化”逐漸成為影響器件性能和可靠性的關(guān)鍵參數(shù)。其中，氧化硅薄膜沉積過程中導致襯底表面的硅氧化，即，襯底硅損耗就屬于此類。例如在多晶硅有柵上用沉積(通常是亞常壓化學氣相沉積或者等離子體增強原子層沉積等工藝)的方法生長側(cè)墻氧化層(Spacer oxide)時，由于在化學氣相沉積的過程中，反應氣體里包含氧化性氣體(例如O2或03)，經(jīng)過化學氣相沉積工藝后，實際得到的側(cè)墻氧化層薄膜，有一部分源于多晶硅柵表面硅原子的氧化，也就表面硅損耗。這樣，會導致多晶硅柵關(guān)鍵尺寸的減小。并且，不同的工藝條件和參數(shù)產(chǎn)生的表面硅損耗程度可能各不相同，多晶硅柵關(guān)鍵尺寸的減小也就不一樣。有效評估沉積過程中的硅損耗對提高工藝精度和器件的可靠性有很大幫助。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的方法是對產(chǎn)品樣品進行TEM切片，通過直接對比側(cè)墻氧化層沉積工藝前后多晶硅柵的寬度來監(jiān)測沉積過程中的表面硅損耗，多晶硅柵的寬度在沉積工藝前后的差值即為多晶硅表面的硅損耗量。雖然這種方法可以用來評估表面硅損耗，但是進行TEM切片工藝和形成樣本本身都需要較高的成本，而且需要的時間周期也較長，不能方便快捷的監(jiān)測各工藝條件下氧化硅沉積工藝中的硅損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，用來監(jiān)測氧化硅沉積工藝中的娃損耗。
[0005]為解決以上問題，本發(fā)明提供一種監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，包括:
[0006]提供娃襯底，所述娃襯底表面有第一氧化娃層；
[0007]利用厚度測量機臺量測出所述第一氧化硅層的厚度THK1 ；
[0008]選擇第一工藝條件，在所述硅襯底上沉積第一厚度的第二氧化硅層；
[0009]利用厚度測量機臺量測出所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK2 ；
[0010]選擇第二工藝條件，在所述硅襯底上沉積第二厚度的第三氧化硅層，所述第二工藝條件與所述第一工藝條件相同，所述第二厚度與所述第一厚度相同；
[0011]利用厚度測量機臺量測出所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK3 ；
[0012]進行數(shù)據(jù)分析，計算出硅襯底表面硅的氧化帶來的氧化硅厚度的增量Λ THKm，然后計算出硅襯底表面硅損耗的厚度Λ THKsi。
[0013]可選的，所述硅襯底為硅材質(zhì)的控檔片。
[0014]可選的，硅襯底表面硅的氧化帶來的氧化硅厚度的增量Λ THKox=(THK2-THK1) - (THK3-THK2)。
[0015]可選的，硅襯底表面硅損耗的厚度ATHKSi=k*ATHKM，k為第一工藝條件下氧化硅和硅的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0016]可選的，第一工藝條件下氧化硅和硅的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1/2。
[0017]可選的，所述第一工藝條件為氧化硅等離子體增強原子層沉積工藝。
[0018]可選的，所述第一工藝條件為氧化硅亞常壓化學氣相沉積。
[0019]可選的，所述第一工藝條件中還包括工藝溫度、反應氣體流量、反應壓力、射頻功率的參數(shù)。
[0020]可選的，所述第一厚度為30A?ΙΟΟΑ。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，通過在硅襯底上進行兩次相同工藝條件的氧化硅沉積，并分別量測出氧化硅厚度的變化，通過計算得到由于表面硅損耗轉(zhuǎn)化的氧化硅的厚度，進一步計算出表面硅的損耗。從而達到對相應工藝條件下表面硅損耗的離線監(jiān)測，有著監(jiān)測時間周期短和工藝成本低的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]在【背景技術(shù)】中已經(jīng)提及，現(xiàn)有技術(shù)中監(jiān)測表面硅損耗的方法需要較長的時間周期和較高的工藝成本，不能方便快捷的監(jiān)測氧化硅沉積工藝的各類參數(shù)和條件下的硅損耗。
[0024]為此，本發(fā)明提供一種監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，用于監(jiān)測氧化硅沉積工藝中的硅損耗。本發(fā)明的核心思想在于，通過多次沉積步驟并量測氧化硅層厚度的變化，可以在計算過程計算出由于沉積工藝造成的表面硅損耗。從而達到對相應工藝條件下表面硅損耗的離線監(jiān)測。
[0025]請參考圖1，其為本發(fā)明實施例的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法的流程圖。所述方法包括如下步驟:
[0026]步驟S010,提供娃襯底,所述娃襯底表面有第一氧化娃層；
[0027]步驟S011，利用厚度測量機臺量測出所述第一氧化硅層的厚度THK1 ；
[0028]步驟S012，選擇第一工藝條件，在所述硅襯底上沉積第一厚度的第二氧化硅層；
[0029]步驟S013，利用厚度測量機臺量測出所述所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK2 ；
[0030]步驟S014，選擇第二工藝條件，在所述硅襯底上沉積第二厚度的第三氧化硅層，所述第二工藝條件與所述第一工藝條件相同，所述第二厚度與所述第一厚度相同；
[0031]步驟S015，利用厚度測量機臺量測出所述所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK3;
[0032]步驟S016，進行數(shù)據(jù)分析，計算出硅襯底表面硅的氧化帶來的氧化硅厚度的增量Δ THKox,然后計算出硅襯底表面硅損耗的厚度Λ THKsi。
[0033]下面將具體結(jié)合實施例對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應所述理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0034]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0035]首先，執(zhí)行步驟S010，提供硅襯底，所述硅襯底表面有第一氧化硅層。本實施例中硅襯底使用硅材質(zhì)的控檔片(通常用來檢測或?qū)嶒炗玫姆巧a(chǎn)晶圓)。通常，晶圓表面有原生的一層氧化硅層，即本實施例中的第一氧化硅層。
[0036]然后執(zhí)行步驟S011，利用厚度測量機臺量測出所述第一氧化硅層的厚度THK1,即晶圓表面的原生氧化硅層的厚度。所述厚度測量機臺可以是。
[0037]然后執(zhí)行步驟S012，選擇第一工藝條件，在所述硅襯底上沉積第一厚度的第二氧化硅層。所述第一工藝條件可以是任一需要監(jiān)測的沉積工藝條件，例如，本實施例中列舉的等離子體增強原子層沉積工藝，所述第一工藝條件中還可以包括工藝溫度等參數(shù)，例如本實施例中列舉的400°C和50°C的溫度參數(shù)。當然所述第一工藝條件中也可以按實際需求包括其它工藝參數(shù)如反應氣體流量、反應壓力、射頻功率等或其他沉積工藝方法(例如，亞常
壓化學氣相沉積等)。所述第一厚度為30A~100A ,本實施例中優(yōu)選為50 A，如果所述
第一厚度太薄，在后續(xù)的第二氧化硅層的沉積生長工藝中，第一氧化硅層可能不能阻擋對硅襯底表面硅的氧化，影響計算結(jié)果；如果所述第一厚度太厚，一方面需要更長的工藝時間和更多的物料成本，另一方面會導致較大的量測誤差。
[0038]步驟S013，利用厚度測量機臺量測出所述所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK2。由于在第二氧化硅層沉積過程中硅襯底表面的硅會氧化轉(zhuǎn)化為氧化硅，THK2包括了第一氧化硅層和第二氧化硅層的厚度以及由于表面硅損耗轉(zhuǎn)化成的氧化硅的厚度。
[0039]步驟S014，選擇第二工藝條件，在所述硅襯底上沉積第二厚度的第三氧化硅層，所述第二工藝條件與所述第一工藝條件相同，所述第二厚度與所述第一厚度相同。由于形成了第一厚度的第二氧化硅層，此次沉積工藝中并沒有對硅襯底表面的硅氧化而形成氧化硅。由于沉積的厚度相同且采用了相同的工藝條件，實際形成的第三氧化層和第二氧化層有著相同的厚度。
[0040]步驟SO15，利用厚度測量機臺量測出所述所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK30可見，THK2包括了第一氧化硅層、第二氧化硅層和第三氧化硅層的厚度以及由于表面硅損耗轉(zhuǎn)化成的氧化硅的厚度。
[0041]步驟S016，進行數(shù)據(jù)分析，計算出硅襯底表面硅的氧化帶來的氧化硅厚度的增量Λ THKox,然后計算出硅襯底表面硅損耗的厚度Λ THKsi0具體的，Λ THKox=(Thk2-Thk1)-(Thk3-Thk2),其中，Thk2-Thk1為步驟so 12中沉積工藝后氧化硅的增量，其包括沉積工藝形成的第二氧化硅層的厚度和由于表面硅損耗轉(zhuǎn)化成的氧化硅的厚度JHK3-THK2為形成的第三氧化硅層的厚度，這樣經(jīng)過減法計算即可得到由于表面硅損耗轉(zhuǎn)化成的氧化硅的厚度。根據(jù)不同硅材質(zhì)和工藝條件選擇氧化硅和硅的轉(zhuǎn)換系數(shù)k，計算出表面硅損耗的厚度ATHKSi=k*ATHKM。不同硅材質(zhì)和工藝條件下的轉(zhuǎn)換系數(shù)k可以通過實驗得到，本實例中k為1/2。根據(jù)上述各式可以得到本實施例條件下的表面硅損耗的厚度ATHKsi=G^tHK2-THK1-THK3)/2。表1為本實施中列舉的兩個工藝條件下的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)測氧化娃沉積工藝中娃損耗的方法，包括: 提供娃襯底，所述娃襯底表面有第一氧化娃層； 利用厚度測量機臺量測出所述第一氧化硅層的厚度THK1 ； 選擇第一工藝條件，在所述硅襯底上沉積第一厚度的第二氧化硅層； 利用厚度測量機臺量測出所述所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK2 ； 選擇第二工藝條件，在所述硅襯底上沉積第二厚度的第三氧化硅層，所述第二工藝條件與所述第一工藝條件相同，所述第二厚度與所述第一厚度相同； 利用厚度測量機臺量測出所述所述硅襯底表面的氧化硅層的厚度THK3 ； 進行數(shù)據(jù)分析，計算出硅襯底表面硅的氧化帶來的氧化硅厚度的增量ATHKm，然后計算出硅襯底表面硅損耗的厚度Λ THKsi。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:所述硅襯底為硅材質(zhì)的控檔片。
3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:硅襯底表面硅的氧化帶來的氧化硅厚度的增量ATHKm= (THK2-THK1) - (THK3-THK2)0
4.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:硅襯底表面硅損耗的厚度Λ THKSi=k* Δ THKox, k為第一工藝條件下氧化硅和硅的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:第一工藝條件下氧化硅和硅的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1/2。
6.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:所述第一工藝條件為氧化硅等離子體增強原子層沉積工藝。
7.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:所述第一工藝條件為氧化硅亞常壓化學氣相沉積。
8.如權(quán)利要求6或7中所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:所述第一工藝條件中還包括工藝溫度、反應氣體流量、反應壓力、射頻功率的參數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測氧化硅沉積工藝中硅損耗的方法，其特征在于:所述第一厚度為30A?丨00A。
【文檔編號】H01L21/66GK103928362SQ201410109834
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】雷通, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司