专利名称：原位水汽生成工艺实时检测方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，且特别涉及原位水汽生成工艺实时检测方法。
背景技术：
原位水汽生成(In-Situ Steam Generation, ISSG)方法是一种通过高温水汽氛围来生长氧化层的工艺，其生长氧化层的速度较快，并且，采用原位水汽生成方法所生长出的栅氧化膜，相对于采用炉管湿法氧化而获得的栅氧化膜，有着更为突出的电学性能。具体来说，在采用快速热制程(RTP)设备执行原位水汽生成方法时，升降温的速度较快，同时作为单晶圆工艺设备的快速热制程设备，相对于通常同时氧化几十片晶圆的炉管，快速热制程设备中的晶圆接触到的气体源比较充分，也使得氧化层的生长速度较快，因此，使用快速热制程设备进行原位水汽生长的制程时间比较短。虽然高掺杂的公共源极区使得氧原子更容易透过其扩散，但因为制程时间较短，氧原子并没有足够的时间与硅反应以形成氧化硅，相应地，掺杂区域和非掺杂区域的氧化反应速度就相差不大。因此，通过所述原位水汽生成的方法可以精确地控制高掺杂的公共源极区氧化层生长的厚度。此外，原位水汽生成工艺为低压制程，其生长的氧化层的厚度也比较均勻，从而可以改善微笑效应。总而言之，原位水汽生成方法在深亚微米集成电路器件制造中具有广阔应用前景。关于原位水汽生成方法的制作工艺，可进一步参考申请号为200910196205.0、名称为 “分裂栅间氧化层的制造方法”的中国专利申请。采用原位水汽生成工艺时，通常通过对其所生长氧化层的厚度进行监控和检测， 进而实现对原位水汽生成工艺的控制。目前，通常采用光学量测的方法，例如采用KLV F5X 等光学机台，对原位水汽生成工艺中所生长的氧化层进行检测，然而采用光学机台进行检测，具有较多限制条件，受环境影响也较为明显，膜层结构越复杂，光学检测越难，可靠性也越低，往往无法在氧化层生长停止之后进行测量得到可靠结果，从而无法起到对工艺生产过程进行实时有效监测和调整的作用。
发明内容
本发明提出一种原位水汽生成工艺实时检测方法，能够实时有效地对工艺中氧化层的生长进行检测，实施简便，结果更为稳定和精确，节约了工艺时间，提高了生产效率。为了实现上述技术目的，本发明提出一种原位水汽生成工艺实时检测方法，包括 采用Quantox测量机台对多层膜结构中总的氧化层厚度进行多次测量，并分别记录所述氧化层厚度及其对应的氧化时间；根据所述氧化层厚度T与所述氧化时间t的关系满足T = k*t+m，判断所随后工艺中的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系； 若所测量的多个氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系，对氧化层的生长进行调整，并重复上述步骤，直至氧化层厚度T与其各自对应的氧化时间t满足相同的线形关系。可选的，对于相同的膜层结构，所述氧化层厚度T与所述氧化时间t的线性比率k仅与用于生长氧化层的第一材料层的氧化率有关。可选的，所述第一材料层为氮化硅。可选的，至少采用Quantox测量机台测量三组氧化层厚度及其对应的氧化时间。可选的，所述判断所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系包括分别根据所测量的氧化层厚度T和对应的氧化时间t计算其对应的线形比率k，当所计算的线形比率k相同时，则所述氧化层厚度T与对应的氧化时间t满足相同的线形关系。可选的，所述判断所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系包括根据所测量的任意两组氧化层厚度及其对应的氧化时间的值，绘出线性曲线； 当所测量的其它氧化层厚度及其对应的氧化时间落在所绘出的线性曲线或其延长线上时， 则氧化层厚度T与对应的氧化时间t满足相同的线性关系。可选的，所述测量的多组氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系包括各组氧化层厚度T与其对应的氧化时间t之间的线性比率相差很大。本发明的有益效果为相对于常规的光学检测方法，尤其对于多层膜结构，不仅实施简便，而且结果更为稳定和精确，能够有效地对原位水汽生成工艺是否稳定进行判断和监控，既节约了工艺时间，也提高了生产效率。
图1为本发明阶梯状氧化层场板制作方法一种实施方式的流程示意图；图2为图1所示步骤Sll —种具体实施方式
的剖面示意图；图3为氧化层厚度T与对应的氧化时间t的线性曲线图。
具体实施例方式发明人结合长期的生产实践经验，通过采用QUANTOX机台对原位水汽生成工艺中所生长的氧化层厚度进行检测，发现并总结出了氧化层厚度与氧化时间所存在的线形关系，并利用氧化层厚度与氧化时间的线形比率对原位水汽生成工艺的生产过程进行监控， 从而更为稳定和精确地控制氧化层的生长，提高生产效率。下面将结合具体实施例和附图，对本发明原位水汽生成工艺实时检测方法进行详细阐述。参考图1，本发明原位水汽生成工艺实时检测方法的一种具体实施方式
可包括以下步骤步骤S11，采用Quantox测量机台对多层薄膜中总的氧化层厚度进行多次测量，并分别记录所述氧化层厚度对应的氧化时间；步骤S12，根据所述氧化层厚度T与所述氧化时间t的关系满足T = k*t+m，判断步骤Sll中所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系；步骤S13，若根据步骤S12，步骤Sll所测量的多层薄膜总的氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系，对氧化层的生长进行调整，并重复步骤Sll至步骤 S12，直至氧化层厚度T与其各自对应的氧化时间t满足相同的线形关系。发明人在长期的生产实践中总结出所述氧化层厚度T与所述氧化时间t之间存在以下线形关系，即T = k*t+m。并且，m值与膜层结构有关，其中所述膜层结构包含用于生长氧化层的第一材料层和其邻接膜层(BL)的材料以及各膜层的结构顺序，具体来说，m值与用于生长氧化层的第一材料层及其下层的邻接膜层(BL)有关，对于同样的膜层结构，m值保持不变；而系数k，也就是所述氧化层厚度T相对于所述氧化时间t的线形比率，具有以下关系k = a*(R*ET-En)，其中，a为用于生长所述氧化层的第一材料层的氧化率，R为所生长的氧化层厚度与所消耗的第一材料层的比率，Et为所生长氧化层的等效电性厚度与物理厚度的比值，4为所消耗第一材料层的等效电性厚度与物理厚度的比值。对于同一生长基， 参数ET、En和R为定值。也就是说，线形比率k仅与所述第一材料层的氧化率a有关，因而可通过所述氧化厚度T与所述氧化时间的线形比率k对氧化层的生长进行监控。具体来说，在一种具体实施例中，参考图2，可在第一材料层100上通过原位水汽生成工艺生长氧化层101，其中，第一材料层100可为氮化硅(SiN)。在其它实施方式中，所述第一材料层也可采用其它材料，其材料的选择并不对本发明的发明思路造成影响。在步骤Sll中，至少测量三次氧化层厚度以及其各自对应的氧化时间。在步骤S12的一种实施方式中，可根据步骤Sll中所测量的氧化层厚度T和对应的氧化时间t分别计算对应的线形比率k，当所计算获得的线形比率k相同时，则氧化层厚度T与对应的氧化时间t满足相同的线形关系。在步骤S12的另一种实施方式中，参考图3，根据步骤Sll所测量的任意两组氧化层厚度及其对应的氧化时间的值，绘出线性曲线；当步骤Sll所测量的其它氧化层厚度及其对应的氧化时间落在上述线性曲线或其延长线上时，则氧化层厚度T与对应的氧化时间 t满足相同的线性关系。在步骤S12的其它实施方式中，还可采用其它的方式对所测量的多组氧化层厚度 T以及其各自对应的氧化时间之间是否存在相同的线性关系进行判断，具体判断的方式可根据生产实践的需要以及计算的便捷性而确定，其并不对本发明的发明思路造成影响。在步骤S13中，考虑到氧化层厚度数据采集的误差，当大多数氧化层厚度T与其对应的氧化时间t满足一种线形关系，而仅存在个别氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足所述线形关系时，则认为氧化层厚度T与对应的氧化时间t仍满足相同的线形关系。而当所测量的各个氧化层厚度T与其对应的氧化时间t之间的线性比率相差很大时，则氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系，此时需要对原位水汽生成制程参数进行调整。其中，具体调整参数与调整方式并不对本发明的发明思路造成影响。上述各具体实施方式
中，根据发明人所总结出的氧化层厚度T与其对应的氧化时间t之间的线性关系，能够实时有效地对原位水汽生成工艺中氧化层的生长进行检测，相对于光学检测，不仅实施过程简便，而且结果更为稳定和精确，既节约了工艺时间，也提高了生产效率，从而能够有效地对原位水汽生成工艺进行监控。本领域技术人员应能理解，在上述各实施方式中，例如原位水汽生成工艺中具体参数或具体步骤的实现并不对本发明原位水汽生成工艺实时检测方法的发明构思造成限制，上述各工艺步骤中可采用但并不限于现有的常规工艺参数、原料及设备。本发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，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作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，包括采用Quant0x测量机台对多层膜结构中总的氧化层厚度进行多次测量，并分别记录所述氧化层厚度及其对应的氧化时间；根据所述氧化层厚度T与所述氧化时间t的关系满足T = k*t+m，判断在随后的生产中所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系；若所测量的多个氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系，对氧化层的生长进行调整，并重复上述步骤，直至氧化层厚度T与其各自对应的氧化时间t满足相同的线形关系。
2.如权利要求1所述的原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，对于相同的膜层结构，所述氧化层厚度T与所述氧化时间t的线性比率k仅与用于生长氧化层的第一材料层的氧化率有关。
3.如权利要求2所述的原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，所述第一材料层为氮化硅。
4.如权利要求1所述的原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，至少采用 Quantox测量机台测量三组氧化层厚度及其对应的氧化时间。
5.如权利要求1所述的原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，所述判断所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系包括分别根据所测量的氧化层厚度T和对应的氧化时间t计算其对应的线形比率k，当所计算的线形比率k相同时，则所述氧化层厚度T与对应的氧化时间t满足相同的线形关系。
6.如权利要求1所述的原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，所述判断所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系包括根据所测量的任意两组氧化层厚度及其对应的氧化时间的值，绘出线性曲线；当所测量的其它氧化层厚度及其对应的氧化时间落在所绘出的线性曲线或其延长线上时，则氧化层厚度T与对应的氧化时间t满足相同的线性关系。
7.如权利要求1所述的原位水汽生成工艺实时检测方法，其特征在于，所述测量的多组氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系包括各组氧化层厚度T与其对应的氧化时间t之间的线性比率相差很大。
全文摘要
一种原位水汽生成工艺实时检测方法，包括采用Quantox测量机台对多层膜结构中总的氧化层厚度进行多次测量，分别记录所测量的氧化层厚度和对应的氧化时间；根据所述氧化层厚度T与所述氧化时间t的关系满足线形关系T＝k×t+m，判断所测量的氧化层厚度T与对应的氧化时间t是否满足相同的线形关系；若所测量的多个氧化层厚度T与其对应的氧化时间t不满足相同的线形关系，对氧化层的生长进行调整，并重复上述步骤，直至氧化层厚度T与其各自对应的氧化时间t满足相同的线形关系。本发明相对于常规的光学检测方法，能够有效地对原位水汽生成工艺是否稳定进行判断和监控，不仅实施简便，而且结果更加稳定和精确，尤其对多层膜结构更为有效。
文档编号H01L21/66GK102427045SQ20111034205
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者张永福, 许忠义 申请人:上海宏力半导体制造有限公司