专利名称：监测膜厚均匀性的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造技术，特别是涉及一种膜淀积技术中对所形成的膜的 膜厚均勻性进行监测的方法。
背景技术：
所谓膜(或薄膜)，是指一种在硅片上生长的固体物质，这种固体物质在某一维的 尺寸(厚度)通常远小于另外两维(长度、宽度)的尺寸。半导体制造中的膜淀积(或薄 膜淀积)是指任何在硅片上形成一层膜的工艺，这层膜可以是导体、半导体或绝缘体。目前的膜淀积技术分为化学工艺和物理工艺两大类。化学工艺主要包括化学气相 淀积(CVD)、电镀等；物理工艺主要包括物理气相淀积(PVD)或溅射、蒸发、旋涂方法等。对于各种膜淀积技术形成的膜，其膜厚均勻性(thickness uniformity)均是重要 的监测指标。目前监测膜厚均勻性有两种方法1 标准差法。在一个硅片的薄膜上取N个测量点测量膜厚，分别记为Xp \、……XN，设定平均膜厚Xavg = (W……+Xn) /N,则该硅片上的薄膜的膜厚均勻性以 表不， 方法2 差值法。在一个硅片的薄膜上取N个测量点测量膜厚，分别记为Xi、X2、…… XN，设定平均膜厚Xavg = (XJX2+……Xn) /N，最大膜厚Xmax = max (X1, X2、……XN)，最小膜厚 Xmin = mind、^、……Xn)，则该硅片上的薄膜的膜厚均勻性以表示，U%= (Xmax-Xmin)/ (2Xavg)。上述两种膜厚均勻性的监测方法均不能表征一个硅片上的薄膜，是硅片中心处 较厚，还是硅片边缘处较厚；薄膜在硅片中心与硅片边缘处的厚度的差值。这便可能导致这 种情况根据标准差法或差值法计算的合格，但是薄膜在中心位置和边缘位置的厚度 差过大，从而在后续工艺中出现非常容易产生产品不合格的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种膜淀积技术中对所形成的膜的膜厚均勻 性进行监测的方法，该方法可以表征出硅片中心处和硅片边缘处的薄膜的厚薄差异及膜厚差值。为解决上述技术问题，本发明监测膜厚均勻性的方法包括如下步骤第1步，在一个硅片的薄膜上，取硅片中心位置的一个或多个测量点测量膜厚，还 取硅片边缘位置的一个或多个测量点测量膜厚；第2步，将硅片中心位置一个或多个测量点的膜厚平均值减去硅片边缘位置一个 或多个测量点的膜厚平均值，得到一个具有正负的差值；第3步，当所述差值在预设的正常范围内，则判定所述薄膜膜厚的中心边缘差合
3格；否则即判定所述薄膜膜厚的中心边缘差不合格。本发明可以监测薄膜在硅片中心位置和硅片边缘位置的厚薄差异、以及具体的膜 厚差值，工程技术人员可以据此判定所形成的薄膜是否合格，并采取相应的处理方式。
图1是8英寸硅片上不同薄膜的多个测量点的膜厚示意图；图2是本发明所述硅片中心位置和边缘位置的示意图。
具体实施例方式本发明监测膜厚均勻性的方法包括如下步骤第1步，在一个硅片的薄膜上，取硅片中心位置的一个或多个测量点测量膜厚~、 A2,……AP，还取硅片边缘位置的一个或多个测量点测量膜厚Bp B2、……Bq。第2 步，设定 Aavg(A^A2+……+Ap) /P，Bavg = (B^B2+……+Bq) /Q，CER = Aavg-Bavg， CER(center edge range，中心边缘差)是一个具有正负的实数。当CER为ο时表示薄膜在中心位置和边缘位置的膜厚相同。ICERI越大，表示薄膜 在硅片中心位置和硅片边缘位置的膜厚差异越大。CER为正值，表示薄膜在硅片中心位置较 厚，在硅片边缘位置较薄。CER为负值，表示薄膜在硅片中心位置较薄，在硅片边缘位置较厚。第3步，当CER在预设的正常范围内，则判定所述薄膜的膜厚均勻性合格；否则即 判定所述薄膜的膜厚均勻性不合格。预设的正常范围根据具体制造工艺而定。请参阅图1，这是8英寸硅片上不同薄膜A、B、……G在不同测量点所测量的膜厚， 这些测量点沿着以硅片中心为原点的X轴分布。显然在X轴坐标的士85mm以外区域，薄膜 A、B、……G的膜厚差别不大，薄膜A、B、……G的膜厚差异主要体现在X轴坐标的-85mm +85mm的范围内。请参阅图2，根据上述实验数据，本发明将硅片中心位置的测量点限制在以硅片中 心为圆心，硅片半径的10% (优选为5%)为半径的圆形内。将硅片边缘位置的测量点限 制在以硅片中心为圆心，硅片半径的70% (优选为75%)为内半径，硅片半径的90% (优 选为85%)为外半径的环形内。例如，对于8英寸硅片而言，其半径为4英寸即101.6mm; 对于12英寸硅片而言，其半径为6英寸即152. 4mm。本发明特别适用于8英寸硅片。例如，对于某8英寸硅片上形成的薄膜，采集5个 测量点测量膜厚，平面坐标系以硅片中心为原点，单位为mm。测量点1的坐标为(0，0)，表 示硅片中心位置的膜厚情况。测量点2的坐标为(85，0)，测量点3的坐标为(0，85)，测量 点4的坐标为(_85，0)，测量点5的坐标为(0，-85)，均表示硅片边缘位置的膜厚情况。定 义CER =测量点1的膜厚_(测量点2、3、4、5的膜厚的平均值)。假设图1中薄膜A G的CER值分别为-194，-95，-53，-1，69，118，177。预先设定 当CER在-100 60的范围内认为该薄膜在中心位置与边缘位置的膜厚均勻性符合要求， 如果实际计算的CER超出此范围，则表示该薄膜在硅片中心位置和硅片边缘位置具有较大 的膜厚差异，即使经过后续的化学机械研磨(CMP)工艺，也仍然会残存较为严重的膜厚不 均勻的情况，对后续的光刻、刻蚀等工艺造成不利影响。那么图1中薄膜A、E、F、G即存在较为严重的硅片中心位置与硅片边缘位置的膜厚不均勻的情况。本发明监测膜厚均勻性的方法可以适用于各种膜淀积技术形成的薄膜，特别适用 于高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)工艺形成的薄膜。这是由于与等离子体增强化 学气相淀积(PECVD)相比，HDPCVD工艺在制备高深宽比间隙的膜上具有较大优势，但是在 膜厚均勻性上却处于劣势。值得注意的是，本发明监测膜厚均勻性的方法不能取代传统的标准差法或差值法 所计算的U%，而是对其的有益补充，主要用来表征硅片中心位置和硅片边缘位置的膜厚差 异情况。以上各实施例中的方法、位置、数值仅为示意，在不违反本发明思想及精神的前提 下所作的任何变形与修饰，均应视作在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种监测膜厚均匀性的方法，其特征是，包括如下步骤第1步，在一个硅片的薄膜上，取硅片中心位置的一个或多个测量点测量膜厚，取硅片边缘位置的一个或多个测量点测量膜厚；第2步，将硅片中心位置一个或多个测量点的膜厚平均值减去硅片边缘位置一个或多个测量点的膜厚平均值，得到一个具有正负的差值；第3步，当所述差值在预设的正常范围内，则判定所述薄膜膜厚的中心边缘差合格；否则即判定所述薄膜膜厚的中心边缘差不合格。
2.根据权利要求1所述的监测膜厚均勻性的方法，其特征是，所述硅片中心位置的测 量点在以硅片中心为圆心，硅片半径的10%为半径的圆形内；所述硅片边缘位置的测量点 在以硅片中心为圆心，硅片半径的70%为内半径，硅片半径的90%为外半径的环形内。
3.根据权利要求2所述的监测膜厚均勻性的方法，其特征是，所述硅片中心位置的测 量点在以硅片中心为圆心，硅片半径的5%为半径的圆形内；所述硅片边缘位置的测量点 在以硅片中心为圆心，硅片半径的75%为内半径，硅片半径的85%为外半径的环形内。
4.根据权利要求1所述的监测膜厚均勻性的方法，其特征是，所述薄膜为采取高密度 等离子体化学气相淀积工艺形成的薄膜。
5.根据权利要求3或4所述的监测膜厚均勻性的方法，其特征是，所述硅片为8英寸硅片。
全文摘要
本发明公开了一种监测膜厚均匀性的方法，包括如下步骤第1步，在一个硅片的薄膜上，取硅片中心位置的一个或多个测量点测量膜厚，取硅片边缘位置的一个或多个测量点测量膜厚；第2步，将硅片中心位置一个或多个测量点的膜厚平均值减去硅片边缘位置一个或多个测量点的膜厚平均值，得到一个具有正负的差值；第3步，当所述差值在预设的正常范围内，则判定所述薄膜膜厚的中心边缘差合格；否则即判定所述薄膜膜厚的中心边缘差不合格。本发明可以监测薄膜在硅片中心位置和硅片边缘位置的厚薄差异、以及具体的膜厚差值，工程技术人员可以据此判定所形成的薄膜是否合格，并采取相应的处理方式。
文档编号H01L21/66GK101930938SQ200910057470
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者孙玲玲 申请人:上海华虹Nec电子有限公司