专利名称：半导体工艺的监控方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体工艺的监控方法。
技术背景 传统的半导体存储器的器件结构例如申请号为03145409的中国专利提供的存储 器结构。所述半导体存储器的制造方法通常是先在半导体衬底上依次形成有覆盖半导体衬 底的栅极介电层和多晶硅层；接着，图案化栅极介电层和多晶硅层，形成由栅极介电层和多 晶硅层组成的栅极叠层。栅极叠层的图案化过程中可能导致栅极和栅极介电层的损伤，会影响栅极叠层的 完整性及其电性品质。例如，可能产生在栅极介电层邻近栅极底部的区域存在高电场，影 响栅极介电层的可靠度；此外，栅极与其下衬底之间的漏电流也会增加。为了解决上述问题，业界利用多晶硅的再氧化(re-oxidation)工艺。在一般的多 晶硅再氧化工艺中，进行图案化步骤以形成栅极叠层之后，接着实施氧化工艺，在多晶硅栅 极暴露的侧壁及硅衬底上形成氧化层。通过所述多晶硅的再氧化工艺，可增加栅极介电层 的完整性，并可修补多晶硅栅极的损伤。另外，为避免上述多晶硅的再氧化(re-oxidation)工艺可能带来的不利影响，例 如增加沟道长度和栅极介电层的厚度，降低MOS器件的性能。还可以采用氮化多晶硅的再 氧化工艺(nitrided polysilicon re-oxidation)来替代上述的多晶硅再氧化工艺，在此 工艺中形成氮化氧化硅层以取代氧化层。不过，无论进行的是多晶硅再氧化工艺还是氮化多晶硅的再氧化工艺，如图1所 示，在多晶硅栅极进行再氧化步骤后在栅极10的边缘都会形成有“鸟嘴”结构。所述呈“鸟 嘴”的栅极边缘厚度h(单位为埃，A)是与再氧化工艺的加热时间(单位为秒，S)有关，厚 度h的变化很可能会诱使器件性能的变化和转变，例如半导体器件的灵敏度产生下降。由 此可见，再氧化工艺中栅极的边缘厚度是影响半导体器件品质的其中一个因素。因此，为确 保半导体器件的品质符合预期，必须监控再氧化工艺，控制再氧化后的栅极边缘的厚度。
发明内容
本发明所要解决的问题是，在半导体器件的制造工艺中，如何控制栅极边缘的氧 化厚度来防止晶圆产生波动和器件灵敏性下降的问题。为解决上述问题，本发明在一个方面提供一种半导体工艺的监控方法，包括根据 栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间的关系，建立栅极边缘的氧化厚度的变化模型； 获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘的氧化厚度与 半导体器件的性能参数的变化关系；根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧 化厚度与半导体性能参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制栅 极的再氧化时间。可选地，所述栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间的关系具体为二者成正相关的比例关系。可选地，所述栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系具体为栅极边缘的氧化厚度的变化量与栅极的性能参数的变化量成线性的比例关系。可选地，所述性能参数为半导体器件的饱和电流。可选地，所述性能参数为半导体器件的饱和电流和阈值电压。可选地，所述性能参数为半导体器件的饱和电流、阈值电压和寄生电容。本发明在另一个方面提供一种半导体工艺的监控方法，包括根据栅极边缘的氧 化厚度与多晶条宽的变化关系，建立栅极边缘的氧化厚度的变化模型；获得栅极氧化的厚 度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能 参数的变化关系；根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度与半导体性 能参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制多晶条宽。可选地，所述栅极边缘的氧化厚度与多晶条宽的变化关系具体为栅极边缘的氧化 厚度的变化量与多晶条宽的变化量成正相关的比例关系。可选地，所述栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系具体为栅 极边缘的氧化厚度的变化量与栅极的性能参数的变化量成线性的比例关系。可选地，所述性能参数为半导体器件的饱和电流。可选地，所述性能参数为半导体器件的饱和电流和阈值电压。可选地，所述性能参数为半导体器件的饱和电流、阈值电压和寄生电容。本发明技术方案是利用栅极边缘的氧化厚度、栅极的再氧化时间以及半导体器件 的性能参数之间的关系，在对半导体器件进行监控时，可以通过调整再氧化时间，控制栅极 边缘的再氧化厚度，确保半导体器件的品质符合预期。另外，本发明技术方案还可以利用栅极边缘的氧化厚度、栅极的多晶条宽以及半 导体器件的性能参数之间的关系，在对半导体器件进行监控时，可以通过调整多晶条宽，控 制栅极边缘的再氧化厚度，确保半导体器件的品质符合预期。
图1为现有技术中经再氧化工艺后在栅极边缘的结构示意图；图2为本发明半导体工艺的监控方法在一个实施方式中的流程示意图；图3为栅极边缘的氧化厚度的变化量是与栅极的再氧化时间的变化量的对应关 系图；图4为栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的对应关系图；图5为图2中步骤S12在一种具体实施例中的流程示意图；图6为本发明半导体工艺的监控方法在另一个实施方式中的流程示意图；图7为栅极边缘的氧化厚度的变化量是与栅极的多晶条宽的变化量的对应关系 图；图8为图6中步骤S22在一种具体实施例中的流程示意图。
具体实施例方式本发明的发明人发现，在制造半导体器件的过程中，在多晶硅栅极进行再氧化步骤后在栅极的边缘会形成有“鸟嘴”结构。所述呈“鸟嘴”结构的栅极边缘厚度的变化会导 致器件性能的变化和转变，例如器件灵敏度下降等品质问题。另外，发明人发现，在多晶硅栅极再氧化工艺中，栅极边缘的氧化厚度是与栅极的 再氧化时间或多晶条宽(Poly CD)具有一定的关系，具体而言，栅极边缘的氧化厚度是分别 与栅极的再氧化时间和栅极的多晶条宽成正比。因此在半导体器件制造过程中，可以利用 栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间或多晶条宽之间的关系，通过调整栅极的再氧化 时间和多晶条宽来控制栅极边缘的氧化厚度，进而可以改善所所制造出的半导体器件的各 性能参数，使其符合预期。下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。 如图1所示，所述半导体工艺的监控方法包括如下步骤S10，根据栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间的关系，建立栅极边缘的氧化 厚度的变化模型；S11，获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘 的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系；S12，根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度与半导体性能 参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制栅极的再氧化时间。首先执行步骤S10，根据栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间的关系，建立栅 极边缘的氧化厚度的变化模型。其中，所述变化模型包括栅极边缘的氧化厚度和栅极的再氧化时间的参数，所述 栅极边缘的氧化厚度和栅极的再氧化时间成正相关的线性关系。具体来说，栅极边缘的氧 化厚度的变化量是与栅极的再氧化时间的变化量成正比，具体如图3所示。即，栅极的再氧 化时间越长，所形成的栅极边缘的氧化厚度就越大。接着执行步骤S11，获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数， 得到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系。所述变化关系具体是指栅 极边缘的氧化厚度的变化对半导体器件的性能参数所产生的影响。其中，所述性能参数可 以为半导体器件的饱和电流(Idsat)、阈值电压(Vtlin)或寄生电容(Cgdtl)中的任一或者它们 的任意组合。在一个具体实施例中，所述性能参数同时包括有Idsat、Vtlin和Cgdtl，它们的变化 量是与所述栅极边缘的氧化厚度的变化量成正相关的线性关系。具体来讲，栅极边缘的氧 化厚度的变化量越大，所述各性能参数(IdsatJtlil^PCgdtl)的变化量也对应增大，具体如图4 所示。这样，根据所述图3所示栅极边缘的氧化厚度的变化量与栅极的再氧化时间的变 化量的对应关系以及图4所示栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系， 可以得到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系。即，所述栅极边缘的 氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系具体为栅极边缘的氧化厚度的变化量与栅 极的性能参数的变化量成线性的比例关系。从一个方面来讲，栅极的性能参数会受到栅极 边缘的氧化厚度的影响。接着执行步骤S12，根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度 与半导体性能参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制栅极的再 氧化时间。
在实际应用中，如图5所示，包括执行步骤S120，在制造半导体器件的过程中进行监控，记录栅极的再氧化时间；执行步骤S121，在制造完成所述半导体器件后，对其各性 能参数进行测试并得到测试结果；执行步骤S122，参照制造所需要满足的半导体器件的性 能参数，判定所述测试结果中的各性能参数是否符合要求；在判定得到所述测试结果中的 各性能参数不符合要求的情况下，执行步骤S123，对不符合要求的一个或多个性能参数进 行分析，例如当Idsat、Vtlin或Cgdtl的数值都高于或低于指标要求时，分别得到高于或低于指 标要求的数值范围，分析所述各超出部分的数值范围的特征并参照所需要满足的半导体器 件的性能参数，二者综合考虑，确定栅极的再氧化时间的调整量。即，当Idsat、Vtlin或C-的 数值是高于指标要求时，确定栅极的再氧化时间的减少量；当Idsat、的数值是低 于指标要求时，确定栅极的再氧化时间的增加量。这样，在制造下一批半导体器件时，就可 以根据调整后的再氧化时间对所述半导体器件进行栅极的再氧化工艺，改善半导体器件的 性能。进一步地，在根据调整后的再氧化时间制造的半导体器件完成后，仍可以对其进 行性能测试并判断其是否符合指标要求。若不满足，还可重新进行调整，确定栅极的再氧化 时间的调整量，并根据新的再氧化时间制造半导体器件。通过上述往复的制造半导体器件、 测试半导体器件、调整再氧化时间的步骤流程，可以使得半导体器件的性能逐步完善，接近 或达到所需要求的性能参数指标。在另一方面，还提供了另一种半导体工艺的监控方法，如图6所示，所述监控方法 包括如下步骤S20，根据栅极边缘的氧化厚度与多晶条宽的变化关系，建立栅极边缘的氧化厚度 的变化模型；S21，获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘 的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系；S22，根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度与半导体性能 参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制多晶条宽。首先执行步骤S20，根据栅极边缘的氧化厚度与多晶条宽的变化关系，建立栅极边 缘的氧化厚度的变化模型。其中，所述变化模型包括栅极边缘的氧化厚度和多晶条宽的参数，所述栅极边缘 的氧化厚度和多晶条宽成正相关的线性关系。具体来说，栅极边缘的氧化厚度的变化量是 与多晶条宽的变化量成正比，具体如图7所示。接着执行步骤S21，获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数， 得到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系。所述变化关系具体是指栅极边缘的氧化厚度的变化对半导体器件的性能参数所 产生的影响。其中，所述性能参数可以为半导体器件的1<!_、\皿或Cgdtl中的任一或者它们 的任意组合。在一个具体实施例中，所述性能参数同时包括有Idsat、Vtlin和Cgdtl，它们的变化 量是与所述栅极边缘的氧化厚度的变化量成正相关的线性关系。具体来讲，栅极边缘的氧 化厚度的变化量越大，所述各性能参数(IdsatJtlil^PCgdtl)的变化量也对应增大，具体如图4 所示。这样，根据所述图7所示栅极边缘的氧化厚度的变化量是与多晶条宽的变化量的对应关系以及图4所示栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系，可以得 到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系。即，所述栅极边缘的氧化厚 度与半导体器件的性能参数的变化关系具体为栅极边缘的氧化厚度的变化量与栅极的性 能参数的变化量成线性的比例关系。从一个方面来讲，栅极的性能参数会受到栅极边缘的 氧化厚度的影响。接着执行步骤S22，根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度 与半导体性能参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制多晶条宽。
在实际应用中，如图8所示，包括执行步骤S220，在制造半导体器件的过程中进 行监控，记录栅极的多晶条宽；执行步骤S221，在制造完成所述半导体器件后，对其各性能 参数进行测试并得到测试结果；执行步骤S222，参照制造所需要满足的半导体器件的性能 参数，判定所述测试结果中的各性能参数是否符合要求；在判定得到所述测试结果中的各 性能参数不符合要求的情况下，执行步骤S223，对不符合要求的一个或多个性能参数进行 分析，例如当Idsat、Vtlin或Cgdtl的数值都高于或低于指标要求时，分别得到高于或低于指标 要求的数值范围，分析所述各超出部分的数值范围的特征并参照所需要满足的半导体器件 的性能参数，二者综合考虑，确定多晶条宽的调整量。即，当^-、^皿或Cgdtl的数值是高于 指标要求时，确定多晶条宽的减少量；当Cgdtl的数值是低于指标要求时，确定多 晶条宽的增加量。这样，在制造下一批半导体器件时，就可以根据调整后的多晶条宽制造半 导体器件，改善半导体器件的性能。进一步地，在根据调整后的多晶条宽制造的半导体器件完成后，仍可以对其进行 性能测试并判断其是否符合指标要求。若不满足，还可重新进行微调，确定制作的调整量， 并根据新的制作制造半导体器件。通过上述往复的制造半导体器件、测试半导体器件、调整 制作的步骤流程，可以使得半导体器件的性能逐步完善，接近或达到所需要求的性能参数 指标。本发明技术方案主要是利用栅极厚度的变化是与栅极的再氧化时间或栅极的多 晶条宽具有相关性以及栅极厚度的变化是与半导体器件性能具有相关性的特征，在制造半 导体器件的过程中，对半导体器件进行监控，通过调整栅极的再氧化时间或栅极的多晶条 宽来改变栅极厚度，进而改善半导体器件的性能。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种半导体工艺的监控方法，其特征在于，包括根据栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间的关系，建立栅极边缘的氧化厚度的变化模型；获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系；根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度与半导体性能参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制栅极的再氧化时间。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述栅极边缘的氧化 厚度与栅极的再氧化时间的关系具体为二者成正相关的比例关系。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述栅极边缘的氧化 厚度与半导体器件的性能参数的变化关系具体为栅极边缘的氧化厚度的变化量与栅极的 性能参数的变化量成线性的比例关系。
4.根据权利要求1所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述性能参数为半导 体器件的饱和电流。
5.根据权利要求1所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述性能参数为半导 体器件的饱和电流和阈值电压。
6.根据权利要求1所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述性能参数为半导 体器件的饱和电流、阈值电压和寄生电容。
7.一种半导体工艺的监控方法，其特征在于，包括根据栅极边缘的氧化厚度与多晶条宽的变化关系，建立栅极边缘的氧化厚度的变化模型；获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘的氧化厚 度与半导体器件的性能参数的变化关系；根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度与半导体性能参数的变 化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制多晶条宽。
8.根据权利要求7所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述栅极边缘的氧化 厚度与多晶条宽的变化关系具体为栅极边缘的氧化厚度的变化量与多晶条宽的变化量成 正相关的比例关系。
9.根据权利要求7所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述栅极边缘的氧化 厚度与半导体器件的性能参数的变化关系具体为栅极边缘的氧化厚度的变化量与栅极的 性能参数的变化量成线性的比例关系。
10.根据权利要求7所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述性能参数为半导 体器件的饱和电流。
11.根据权利要求7所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述性能参数为半导 体器件的饱和电流和阈值电压。
12.根据权利要求7所述的半导体工艺的监控方法，其特征在于，所述性能参数为半导 体器件的饱和电流、阈值电压和寄生电容。
全文摘要
一种半导体工艺的监控方法，包括根据栅极边缘的氧化厚度与栅极的再氧化时间的关系，建立栅极边缘的氧化厚度的变化模型；获得栅极氧化的厚度在不同取值下的半导体器件的性能参数，得到栅极边缘的氧化厚度与半导体器件的性能参数的变化关系；根据栅极边缘的氧化厚度的变化模型和栅极边缘的氧化厚度与半导体性能参数的变化关系，参照所需要满足的半导体器件的性能参数，控制栅极的再氧化时间。相对于现有技术，本发明所提供的监控方法，通过控制栅极的再氧化时间来控制栅极边缘的氧化厚度，确保半导体器件的品质。
文档编号G05B19/048GK101866868SQ20091004956
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者王津洲, 赵猛 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司