专利名称：测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的测量，尤其涉及测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅
层(以下简称ONO)电学厚度的方法。
背景技术：
在许多纳米薄膜的测量中，椭圓偏振仪测量技术是一种新型的薄膜厚度 检测技术。 一束扩展的平行、准单色的偏振光光波倾斜入射到样品表面；样 品对入射光波的偏振态进行调制从而使得反射光波中含有了样品的信息；反 射光波经检偏器件后进入透镜进行成像。偏振器件在合适的设置下，从图像 上可以得到样品的表面厚度或表面密度等分布信息，该技术在纵向上可达到 次纳米量级的分辨率，横向达到微米量级的分辨率。
在集成电路存储器元件的ONO镀制过程中，通常采用椭圆偏振仪测量 ONO的光学厚度，然后再得出ONO的电学厚度。如图1A所示，用化学气相沉 积法在硅基片100上形成第一氧化硅层102;然后由椭圆偏振仪的光源105发射 出的激光经过起偏器106变为线偏振光107;线偏振光107经过l/4波片108，由 于双折射现象，使其分解成互相垂直的P波和S波，成为椭圓偏振光109;椭圓 偏振光109以角度(p!入射至第一氧化硅层102,结合图1A，所示，入射至第一 氧化硅层102的第一表面112的椭圓偏振光109中的一部分光直接在第一表面 112上反射，另一部分光则以透射角cp2透射进入第一氧化硅层102中；透射进入 第 一氧化硅层102中的 一部分光经由第 一表面112反射出第 一氧化硅层102 ，另 一部分光以透射角q)3透射出第一氧化硅层102的第二表面114进入硅基片100 中；经过多次反射透射后，最终反射出第一氧化硅层102第一表面113的光为
线偏振光110;经过检偏器111后进入接收管112，然后由计算机分析入射前偏 振光与反射后偏振光的偏振状态变化，测量出椭圆参数vi/和A;根据公式
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计算出第一氧化硅层102的几何厚度d及折射率n2(其中n,为第一氧化硅层102 的第一表面112上空气的折射率、n3为第一氧化硅层102的第二表面114相接 的硅基片IOO的折射率)；接着，按照公式光学厚度一斤射率x几何厚度计算出 第一氧化硅层102的光学厚度。
如图1B所示，用化学气相沉积法在第一氧化硅层102上形成氮化硅层 103;然后由椭偏振仪的光源105发射出的激光经过起偏器106变为线偏振光 107;线偏振光107经过1/4波片108，由于双折射现象，使其分解成互相垂 直的P波和S波，成为椭圓偏4展光109;椭圆偏4展光109以角度cp4入射至第氮化 硅层103上，经过多次反射透射后，最终反射出氮化硅层103表面的光为线 偏振光110;经过4全偏器111后进入接收管112，然后由计算机分析入射前偏 振光与反射后偏振光的偏振状态变化，测量出椭圆参数vi;,和A,;根据上述公式， 计算出氮化硅层103的几何厚度(12及折射率114;接着，按照公式光学厚度=折 射率x几何厚度计算出氮化硅层103的光学厚度。
如图1C所示，用化学气相沉积法在氮化硅层103上形成第二氧化硅层
104;线偏振光107经过1/4波片108,由于双折射现象，使其分解成互相垂 直的P波和S波，成为椭圓偏振光109;椭圓偏振光109以角度cp4入射至第氮化 硅层103上，经过多次反射透射后，最终反射出氮化硅层103表面的光为线 偏振光110;经过检偏器111后进入接收管112，然后由计算机分析入射前偏 振光与反射后偏振光的偏振状态变化，测量出椭圓参数v(/2和A2;根据上述公式， 计算出第二氧化硅层104的几何厚度d3及折射率ns;接着，按照公式光学厚度 —斤射率x几何厚度计算出第二氧化硅层104的光学厚度。
根据光学厚度与电学厚度关系表，确定第一氧化硅层102、氮化硅层103 和第二氧化硅层104的电学厚度。
现有用椭圓偏振仪测量膜层厚度的方法如美国专利US200609819所公开 的技术方案。
现有技术测量ONO电学厚度的方法，由于在形成一层膜层就要测量该膜 层的光学厚度，导致工序繁多，效率低；而且在测完ONO各层的光学厚度以 后才能得出ONO的电学厚度，步骤繁复且误差累计，而造成测量不稳定，进 而会导致制造工艺控制不准确，最终产品达不到设计要求。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层厚度的 方法，防止由于在形成一层膜层就要测量该膜层的光学厚度，导致工序繁多， 效率低；同时防止在测完ONO各层的光学厚度以后才能得出ONO的电学厚度， 步骤繁复且误差累计，而造成测量不稳定，进而会导致制造工艺控制不准确， 最终产品达不到设计要求。
为解决上述问题，本发明提供一种测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学 厚度的方法，包括下列步骤在硅基片上依次形成第一氧化硅层、氮化硅层
和第二氧化硅层；在第二氧化硅层上洒上静电荷；测量第二氧化硅层表面静
电荷的电压；将电压换算成电学厚度。
洒上静电荷的量为5E10ea/cm2至15E10ea/cm2。
用线动方式在第二氧化硅层上洒静电荷，所述线动方式为在金属线两端 加高压电离空气产生电荷。
所用的测量仪器为载流子活性测量仪SDI。
先将电压换算为电容，然后再将电容换算为电学厚度。电容等于介电常 数乘以静电荷电量除以静电荷电压，电学厚度等于介电常数乘以第二氧化硅 层的表面积除以电容。
用化学气相沉积法形成第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层。所述 第一氧化硅层的厚度为60埃至80埃，氮化硅层的厚度为50埃至70埃，第 二氧化硅层的厚度为40埃至60埃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点用载流子活性测量仪SDI直接测 量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层的电学厚度，使测量步骤简化，并且测量出来 的结果稳定，进而实现制造工艺控制准确，最终产品能达到设计要求。
图1A至图1C是现有技术在制作氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层过程测量 ONO电学厚度的示意图2是本发明测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的流程图3A至图3B是本发明测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的示 意图4是本发明测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层厚度与氧化硅层-氮化硅 层-氧化硅层厚度理想值比较图。
具体实施例方式
现有技术测量ONO电学厚度的方法，由于在形成一层膜层就要测量该膜 层的光学厚度，导致工序繁多，效率低；而且在测完ONO各层的光学厚度以 后才能得出ONO的电学厚度，步骤繁复且误差累计，而造成测量不稳定，进 而会导致制造工艺控制不准确，最终产品达不到设计要求。本发明用载流子 活性测量仪SDI直接测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层的电学厚度，使测量步 骤简化，并且测量出来的结果稳定，进而实现制造工艺控制准确，最终产品 能达到设计要求。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
图2是本发明检测氧化硅-氮化硅-氧化硅膜厚度的流程图。如图2所示， 执行步骤S201在硅基片上依次形成第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层； S202在第二氧化硅层上洒上静电荷；S203测量第二氧化硅层表面静电荷的电 压；S204将电压换算成电学厚度。
图3A至图3B是本发明测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的示 意图。如图3A所示，用化学气相沉积法在硅基片200上形成厚度60埃至80 埃的为第一氧化硅层202,用化学气相沉积法在第一氧化硅层202上形成厚度 为50埃至70埃的氮化硅层203，再用化学气相沉积法在氮化硅层203上形成 厚度为40埃至60埃的第二氧化硅层204。
如图3B所示，用载流子活性测量4义SDI向第二氧化,圭层204上洒上静电 荷206,继续用载流子活性测量仪SDI测量第二氧化硅层204表面静电荷的电 压；用计算软件将所测得的电压换算为电容，然后将电容换算为电学厚度。
本实施例中，第一氧化硅层202的具体厚度例如60埃、65埃、70埃、 75埃或80埃；氮化硅层203的具体厚度例如50埃、55埃、60埃、65埃或 70埃；第二氧化硅层204的具体厚度例如40埃、45埃、50埃、55埃或60 埃。
本实施例中，洒上静电荷的量为5E1 Oea/cn^至15E10ea/cm2 ，具体静电荷
的量例如5E10ea/cm2、 6E10ea/cm2、 7E10ea/cm2、 8E10ea/cm2、 9E10ea/cm2、 10E10ea/cm2、 11E10ea/cm2、 12E10ea/cm2 、 13E10ea/cm2 、 14E10ea/cm2或 15E10ea/cm2。
本实施例中，电容等于介电常数乘以静电荷电量除以静电荷电压，所用的 公式为C二kxQ/V ,其中C为电容，k为介电常数，Q为静电荷电量，V为静 电荷电压；电学厚度等于介电常数乘以第二氧化硅层的表面积除以电容，所 用公式的为d=kxS/C，其中d为电学厚度，k为介电常数，C为电容，S第二 氧化硅层204的表面积。
本实施例中，用线动方式在硅基片上洒静电荷，所述线动方式为在金属 线两端加高压电离空气产生电荷。
本实施例中，所用的测量仪器除了载流子活性测量仪SDI外，还可以用 KLA Quatax。
图4是本发明测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层厚度与氧化硅层-氮化硅 层-氧化硅层电学厚度理想值比较图。如图6所示，THONO是在封装测试机 台上测得的ONO的的电学厚度，SDI是在镀制ONO过程中测量得到的ONO 电学厚度，两者之间由于采用的测量的方法不同，数值可能不一致，但两者 之间是线形相关的。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方法，包括下列步骤在硅基片上依次形成第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层；在第二氧化硅层上洒上静电荷；测量第二氧化硅层表面静电荷的电压；将电压换算成电学厚度。
2. 根据权利要求1所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于洒上请争电荷的量为5E10ea/cm2至15E10ea/cm2。
3. 根据权利要求2所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于用线动方式在第二氧化硅层上洒静电荷。
4. 根据权利要求3所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于所述线动方式为在金属线两端加高压电离空气产生电荷。
5. 根据权利要求3所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于所用的测量仪器为栽流子活性测量仪SDI。
6. 根据权利要求1所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于先将电压换算为电容，然后再将电容换算为电学厚度。
7. 根据权利要求6所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于电容等于介电常数乘以静电荷电量除以静电荷电压。
8. 根据权利要求7所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于电学厚度等于介电常数乘以第二氧化硅层的表面积除以电 容。
9. 根据权利要求1所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于用化学气相沉积法形成第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层。
10. 根据权利要求9所述的测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层电学厚度的方 法，其特征在于所述第一氧化硅层的厚度为60埃至80埃，氮化硅层的厚 度为50埃至70埃，第二氧化硅层的厚度为40埃至60埃。
全文摘要
一种检测氧化硅-氮化硅-氧化硅膜厚度的方法，包括下列步骤在硅基片上洒上静电荷；测量硅基片表面静电荷的电压；将电势换算成氧化硅-氮化硅-氧化硅膜的电学厚度。经过上述步骤，用载流子活性测量仪器SDI直接测量氧化硅层-氮化硅层-氧化硅层的电学厚度，使测量步骤简化，并且测量出来的结果稳定，进而实现制造工艺控制准确，最终产品能达到设计要求。
文档编号H01L21/66GK101192553SQ200610118810
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者战玉讯, 范建国, 慧 郭 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司