专利名称：提高超薄等离子体氮氧化硅电性测试准确性的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高超薄等离子体氮氧化硅电性测试准确性的方法，尤其涉及一种可以避免测得的数据因为氧化物中等离子体氮化制程留下的电荷而产生噪音的测试方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，对于90纳米制程的栅氧化物来说，等效氧化物厚度EOT(Equivalent Oxide Thickness)和软击穿电压的测量非常关键。常规的氧化物或者厚氧化物可以很容易地用准C-V方法来测量，例如在硅晶片表面淀积电晕电荷(Corona Charge)进行测量。但是这种电晕电荷的Q-V测量方法应用于等离子体氮化氧化物的时候会有许多噪音，因为在氧化物中的电荷是不稳定的，会向外扩散并随时间损失。特别是由等离子体氮化整合的正电荷，将花费很长时间才能使其放电而稳定下来，否则将由于电荷的不稳定状态使测量结果有很多噪音，变得不准确。通常在正式测量前需要用一整天的时间使电荷稳定下来。
对于90纳米制程的栅氧化物，用分耦式等离子体氮化的栅氧化物是主流。通常希望能检测栅氧化物中的氮含量，这个参数对半导体器件的性能非常关键，如果氮含量不能很好地控制，器件的性能会不稳定，栅氧化物的电性厚度将偏离目标值。测量氮含量可以使用X-射线光电波谱(XPS，X-ray Photoelectrons Spectrum)，它采用X-射线照射使目标激发光子得到波谱，进而分析得到栅氧化物中的氮含量。这是一种有效的方法，但是设备工具的花费非常高。并且XPS仅能检查氮含量，但是并不能反映氮含量和氧化物厚度的问题。
目前使用电荷C-V方法可以测量电学氧化物厚度，它能更真实地反映大块氧化物的性质，而不仅仅是反映其氮含量。这种方法广泛地应用于传统的用热方法掺入氮，其中不含过量电荷的炉管氧化物。在更先进的对氧化物的氮掺杂制程中，采用的是等离子体氮化，这种方法可以得到更多的氮以及顶部分布。不过等离子体氮化会使目标物带电荷，并且产生的电荷不稳定，会有一段时间的放电过程，这个期间目标物所带电荷随时间一直处于变化状态中。
目前碰到的问题是，由于上述的电荷一直随时间变化，采用电荷C-V方法测量的时候就会产生数据偏移而得不到和真实结果相符合的测量值，直观的表现是测量值会随时间不同而产生偏移。在图1中，击穿电压值在较低DPN功率下应该会较高，但是实际上的曲线不呈线性，就是由于测量时间的影响，另外EOT数据也将更不相符，它非常受测量时间影响。
发明内容
为了克服由于等离子体氮化的氧化物带电荷，并且电荷不稳定，使采用例如电荷C-V这样的方法测量时实际测得数据容易偏移的缺点，提出本发明。
本发明的目的在于提供一种沉积全面性的反向电荷以测量超薄等离子体氮氧化硅的方法，通过在测量样品表面铺设一层和等离子体氮化过程中所形成的电荷电性相反的电荷，使其得到中和，从而在后续采用例如电荷C-V方法进行测量的时候，不至于因为电荷随时间变化的不稳定状态影响到测量结果。
总体上，本发明方法的步骤如下1、通过XPS或二次离子质谱分析(SIMS)等其他精确度量方法计算氮添加剂的浓度，根据测得的浓度用以下公式计算需要沉积的电荷量N2剂量/2×校正系数(其中校正系数在1/300到1/500之间)；2、按计算出的电量用被电离的惰性气体向样品表面沉积饱和的全面性反性电荷；3、等候10到30分钟，使上述反性电荷扩散渗透到样品的栅氧化物层，中和由于DPN的等离子体氮化制程而来的电荷；4、测量样品的击穿电压值，绘出击穿电压和测量时间的曲线图；5、如果曲线的趋势变化仍然太大，就再进行步骤2、3、4，直到击穿电压和测量时间的曲线趋于平稳，满足期望的程度。
本发明的优点在于，一方面，它可以很好地解决等离子体氮化带来的不稳定电荷使接受测试的样品在进行电性测试时得不到准确结果的问题；另一方面，本发明的方法可以使需要测试的样品中的电荷在短时间内稳定下来，一般只需要10～30分钟时间，比正常等待样品中电荷放电稳定下来的时间缩短很多，可以提高效率。
本申请中包括的附图是说明书的一个构成部分，附图与说明书和权利要求书一起用于说明本发明的实质内容，用于更好地理解本发明。附图中图1是在没有应用本发明方法的时候，对不同功率下进行分耦式等离子体氮化氧化物样品进行测试得到的电性厚度以及击穿电压的曲线图；图2是按本发明的方法选择-8E-6库仑/cm2作为饱和全面性正电荷，这样校准沉积的电荷量并对样品处理之后，测得的击穿电压以及电性厚度值和没有按照上述方法处理得到的相应数据对比的曲线示意图；图3是在一段时间内不使用本发明方法和使用本发明方法，在不同情况下对样品的电性厚度和击穿电压进行监测得到的曲线示意图；图4是按照本发明的方法在一段时间内对样品的氧化物电性厚度和击穿电压进行测试所得的曲线图。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不对本发明构成限制。
在取得等离子体氮化氧化物样品并等待测量的间隔时间内，也即对其进行正式测量之前，先向样品表面全面性地沉积反性电荷，等候一段时间，使所沉积的电荷渗入到氧化物薄膜内和其它电荷中和。然后可以用例如Q-V方法对样品进行电晕电荷测试，不至于使测试结果受样品内多余的不稳定电荷影响。
其中，所述反性电荷可以通过这样的方式进行沉积，将惰性气体例如氩气电离，使其具有和测试样品的氧化物薄膜内电荷电性相反的电荷，将测试样品的表面全面覆盖于这种电离气体氛围，这种反性电荷的沉积以及电荷量的控制可以采用目前已有的工具，例如美商科磊公司(KLA)提供的Quantox工具以及和工具配套的操作方法。
经过上述方法处理之后，可以使击穿电压及电性厚度的测试曲线趋于平稳，如图2所示，应用本发明方法后，击穿电压和电性厚度的曲线延伸范围分别是0.015V和0.8，优于没应用本发明方法时的0.07V和1.5。
上述反性电荷在进行沉积的时候一般低于氮添加剂的浓度，具体操作方法是，先通过XPS分析或二次离子质谱分析(SIMS)等其他精确的度量方法计算出氧化物薄膜的氮添加剂浓度，以此计算需要沉积的电荷电量。例如，通过XPS分析得到氮添加剂为4.2E15/cm2，那么最大正电荷量将少于4.2E15×1.6E-19＝6.72E-4〔库仑〕，如果进入氧化物薄膜的确保是N2+，则应当是6.72E-4/2＝3.61E-4。不过某些情况下并不是只有一种带一个正电荷的〔氮〕进入栅氧化物中，最好另外做不同的全面性饱和正电荷试验，选择出一个最佳的贴近实际的正电荷电量。在本发明中，对氧化物中电荷的电量选择一个优化的校正系数为1/361。另外，发明人选择-8E-6库仑/cm2作为饱和全面性正电荷，这样校准沉积的电荷量并对样品处理之后，如图3所示，在对样品的击穿电压测试中，击穿电压不再有随时间明显升高的趋势，也就是说它不容易受测试时间的影响，原来击穿电压的变化范围为0.07V，电性厚度变化范围为1.5，应用此方法后变化范围分别为0.015V和0.8。
实际操作步骤如下1、通过XPS分析方法测量计算氮添加剂的浓度，测得的浓度用以下公式计算需要沉积的电荷量N2剂量/2×1/361；2、按计算出的电量向样品表面沉积饱和的全面性反性电荷；3、等候10分钟，使上述反性电荷扩散渗透到样品的栅氧化物层，中和由于DPN的等离子体氮化制程而来的电荷；4、测量样品的击穿电压值，绘出击穿电压和测量时间的曲线图；5、如果曲线的趋势变化仍然太大，就再进行步骤2、3、4，直到击穿电压和测量时间的曲线趋于平稳，满足期望的程度，使测得的数据不至于因为氧化物中等离子体氮化制程留下的电荷产生噪音。
实际应用本发明方法的效果见图4，这是一段时间内对样品的氧化物电性厚度和击穿电压进行测试所得的曲线图，图中1月8日左边的竖直虚线是应用本发明方法的分界线，从虚线右边开始使用本发明的方法，从图中可以看出，采用本发明的方法后，测得的数据不容易被氧化物中等离子体氮化制程留下的电荷产生的噪音影响，保持在一个稳定的范围内，可以很直观地看到应用本发明的方法，噪音的影响减小了4倍，而且圆圈标示处的氮剂量浓度有偏移时，测得的数据也能正确反映出来而不受噪音影响。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种提高超薄等离子体氮氧化硅电性测试准确性的方法，其特征在于这种方法包括向样品表面全面性地沉积反性电荷，中和样品中所含电荷的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，包括如下步骤(1)通过可以精确度量的方法计算氮添加剂的浓度，根据测得的浓度用以下公式计算需要沉积的电荷量N2剂量/2×校正系数；(2)按照计算出的电量用被电离的惰性气体向样品表面沉积饱和的全面性反性电荷；(3)静置样品，使上述反性电荷扩散渗透到样品的栅氧化物层，中和由于等离子体氮化制程而来的电荷；(4)测量样品的电性数据，绘出电性数据和测量时间的曲线图；(5)如果曲线的趋势变化仍然不符合实际需求，就再进行步骤2、3、4，直到测得数据和测量时间的曲线趋于平稳，满足具体应用期望的程度。
3.如权利要求2所述的测试方法，其中精确度量计算氮添加剂浓度的方法包括X-射线光电波谱分析，二次离子质谱分析。
4.如权利要求2所述的测试方法，其中校正系数在1/300到1/500之间。
5.如权利要求2所述的测试方法，其中静置样品，使反性电荷扩散渗透并中和由于等离子体氮化制程而来的电荷的时间为10～30分钟。
全文摘要
本发明公开一种提高超薄等离子体氮氧化硅电性测试准确性的方法，在半导体制造工艺中，对于90纳米制程的栅氧化物来说，等效氧化物厚度EOT(Equivalent Oxide Thickness)和软击穿电压的测量非常关键。常规的准C－V方法应用于等离子体氮化氧化物的时候会有许多噪音，因为在氧化物中的电荷是不稳定的。特别是等离子体氮化带来的正电荷，将花费很长时间才能使其放电而稳定下来，否则将由于电荷的不稳定状态使测量结果有很多噪音，变得不准确，通常在正式测量前需要用一整天的时间使电荷稳定下来，应用本发明的方法，可以使测试样品中的电荷快速稳定下来，同时也避免了噪音的问题。
文档编号H01L21/66GK1937195SQ200510029999
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月23日 优先权日2005年9月23日
发明者郭佳衢 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司