一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法
【专利摘要】本发明提供一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，通过在生长栅氧化层后的晶圆上以栅氧化层作为硬掩膜，进行硅刻蚀工艺，通过刻蚀后半导体硅衬底产生的孔洞的位置来判定栅氧化层生长工艺中造成的栅氧化层缺失缺陷的具体位置，与现有技术相比，这种检测方法具有缩短检测周期，检测范围较大的优点，并且方法简单，能够对工艺窗口提供实时有效且具有参考价值的工艺参数。
【专利说明】一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种检测方法，特别涉及一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路工艺的发展，芯片的关键尺寸不断地按比例缩小，对 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件性能的要求不断提高，栅氧化物 的制备工艺受到越来越大的挑战。如果某些工艺窗口不够优化，易产生严重的系统性缺陷， 如栅氧化层的缺失缺陷会导致严重的漏电，使得器件完全失效，并且导致 CM0S器件的良率 的下降。
[0003]对栅氧化层缺失缺陷的检测是目前业界公认的难题之一。目前业界发现栅氧化层 缺失缺陷通常是在MOSFET(Metal-〇xide-Semiconductor Field-Effect Transistor)器件 制造工艺流程全部完成的良率测试阶段，并运用物理失效分析中扫描电镜，透射电镜等分 析方法才能检测到。
[0004]现有技术中揭示了一种测量栅氧化层是否完整的测试结构，包括依次位于衬底上 的栅氧化层、栅电极、连接衬底的第一连接垫、连接栅电极的第二连接垫以及与所述第一连 接垫和第二连接垫之间均具有间隔的第三连接垫，通过第一焊垫与第二焊垫对栅氧化层完 整性进行测试，然后将测试不通过的地方用第二焊垫与第三焊垫或者第一焊垫与第三焊垫 测试，将金属互联层的缺陷导致的测试不良排除，就得到由于栅氧化层缺失缺陷之处。但是 这种方法测试耗时过长，程序繁琐，不利于缩短研发周期，检测范围小，而且很难为在线工 艺窗口优化提供有效的参考价值。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种检测晶圆的栅氧化物缺失缺陷的方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :在晶圆上生长栅氧化层；
[0007] 步骤2 :将步骤1所生长的栅氧化层作为氧化物硬掩膜，采用硅刻蚀工艺腐蚀所述 栅氧化层，栅氧化层缺失或者缺陷部位的半导体硅衬底上会形成孔洞；
[0008] 步骤3 :用去离子水冲洗所述晶圆的栅氧化层表面，并通过光学显微镜扫描步骤2 所形成的孔洞，确定所述栅氧化层缺失或者缺陷部位的位置；
[0009] 步骤4 :制备步骤3所述栅氧化层缺失或者缺陷的样品并通过电镜精确检测栅氧 化层缺失或者缺陷的位置。
[0010] 较佳地，所述栅氧化层是两层或者两层以上。
[0011] 较佳地，所述生长栅氧化层的工艺为快速热处理工艺或者垂直炉管工艺。
[0012] 较佳地，所述栅氧化层的每一层的厚度范围在1 〇-1 〇〇A之间。
[0013] 较佳地，所述硅刻蚀工艺为干法刻蚀工艺或者湿法刻蚀工艺。
[0014] 较佳地，所述干法刻蚀工艺为多晶硅刻蚀技术。
[0015] 较佳地,所述多晶硅刻蚀技术为使用HBr和02的等离子体刻蚀技术。
[0016] 较佳地，所述湿法刻蚀工艺为外延层刻蚀技术。
[0017] 较佳地，所述外延层刻蚀技术采用的刻蚀剂为四甲基氢氧化铵溶液，浓度为 2. 38%或者 25%。
[0018] 较佳地，所述外延层刻蚀技术的刻蚀时间范围在5-120秒之间，刻蚀温度为室温 25。。。
[0019] 较佳地，所述栅氧化层缺失或者缺陷的样品是用扫描电镜精确控制聚焦离子束在 栅氧化层缺失或者缺陷的位置进行切割来制备的。
[0020] 较佳地，所述精确检测栅氧化层缺失或者缺陷的位置是通过透射电镜来精确检测 的。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在生长栅氧化层后的晶圆上以栅氧 化层作为掩膜，进行硅刻蚀工艺，通过刻蚀后半导体硅衬底产生的孔洞的位置来判定栅氧 化层生长工艺中造成的栅氧化层缺失缺陷的具体位置，与现有技术相比，这种检测方法具 有缩短检测周期，检测范围较大的优点，并且方法简单，能够对工艺窗口提供实时有效且具 有参考价值的工艺参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明提供的检测方法流程图；
[0023]图2为本发明提供的检测方法使用之前无栅氧化层缺失缺陷处截面结构图； [0024]图3为本发明提供的检测方法使用之前栅氧化层缺失缺陷处截面结构图；
[0025] 图4为本发明提供的检测方法原理图；
[0026]图5为本发明提供的检测方法使用之后栅氧化层缺失缺陷处截面结构图。
[0027] 图中：1-半导体硅衬底、2-栅氧化层缺失处、3-厚栅氧化层、4-薄栅氧化层、5-孔 洞，6-隔离填充物。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029] 实施例一
[0030]本发明提供一种检测晶圆的栅氧化物缺失的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0031]步骤1 :在晶圆上生长栅氧化层，由于生长栅氧化层工艺中存在的问题，会使得晶 圆表面某处出现如图3所示的栅氧化层缺失处2,相对于如图2所示的栅氧化层完整的地 方，如厚栅氧化层 3和薄栅氧化层4,栅氧化层缺失处2会使得晶圆的半导体硅衬底1暴露 于空气中；
[0032]步骤2 :将步骤1所生长的厚栅氧化层3和薄栅氧化层4作为氧化物硬掩膜，采用 多晶硅刻蚀技术刻蚀硅表面，其中的HBr+02作为腐蚀硅的气体，不断轰击晶圆的表面，如 图4所示，使得所述栅氧化层缺失处2所暴露出来的半导体硅衬底被腐蚀掉，所述半导体娃 衬底1上会形成孔洞5,如图5所示；
[0033] 步骤3 :用去离子水冲洗所述晶圆的栅氧化层表面，并通过光学显微镜扫描步骤2 所形成的孔洞5,确定所述栅氧化层缺失处2的位置；
[0034] 步骤4 :制备步骤3所述栅氧化层缺失的样品并通过透射电镜精确检测栅氧化层 缺失处2的位置。
[0035] 作为优选，所述栅氧化层为两层或者两层以上。
[0036] 作为优选，所述生长栅氧化层的工艺为快速热处理工艺或者垂直炉管工艺。
[0037] 作为优选，所述栅氧化层的每一层的厚度范围在10-100A之间。
[0038] 作为优选，所述栅氧化层缺失的样品是用扫描电镜精确控制聚焦离子束在栅氧化 层缺失的位置进行切割来制备的。
[0039] 实施例二
[0040] 本实施例与实施例一的区别在于步骤2中的硅刻蚀技术采用外延层刻蚀技术，其 中的刻蚀剂为四甲基氢氧化铵溶液，浓度为2. 38%或者25%，刻蚀时间范围在5-120秒之 间，刻蚀温度为室温25°C。
[0041] 实施例三
[0042] 图3中若栅氧化层缺失处2为栅氧化层缺陷，其检测同样适用实施例一或者实施 例二所使用的检测方法。 >
[0043] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神 和范围。倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则 本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种检测晶圆的栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:在晶圆上生长栅氧化层； 步骤2 :将步骤1所生长的栅氧化层作为氧化物硬掩膜，采用硅刻蚀工艺腐蚀所述栅氧 化层，栅氧化层缺失或者缺陷部位的半导体硅衬底上会形成孔洞； 步骤3 :用去离子水冲洗所述晶圆的栅氧化层表面，并通过光学显微镜扫描步骤2所形 成的孔洞，确定所述栅氧化层缺失或者缺陷的位置； 步骤4 :制备步骤3所述栅氧化层缺失或者缺陷的样品并通过电镜精确检测栅氧化层 缺失或者缺陷的位置。
2. 如权利要求1所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述栅 氧化层为两层或者两层以上。
3. 如权利要求1所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述生 长栅氧化层的工艺为快速热处理工艺或者垂直炉管工艺。
4. 如权利要求1所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述栅 氧化层的每一层的厚度范围在UMOOA之间。
5. 如权利要求1所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述硅 刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。
6. 如权利要求5所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述干 法刻蚀工艺为使用HBr和O2的等离子体刻蚀技术。
7. 如权利要求1所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述硅 刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺。
8. 如权利要求7所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述湿 法刻蚀工艺采用的刻蚀剂为四甲基氢氧化铵溶液，浓度为2. 38 %或者25%，刻蚀时间范围 在5-120秒之间，刻蚀温度为室温25°C。
9. 如权利要求8所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述栅 氧化层缺失或者缺陷的样品是用扫描电镜精确控制聚焦离子束在栅氧化层缺失或者缺陷 的位置进行切割来制备的。
10. 如权利要求1所述的一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法，其特征在于，所述精 确检测栅氧化层缺失或者缺陷的位置是通过透射电镜来精确检测的。
【文档编号】H01L21/66GK104241161SQ201410520762
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】张红伟 申请人:上海华力微电子有限公司