監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法
【專利摘要】本發明涉及一種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，包括下列步驟：根據目標磷硅玻璃層的厚度，采用與目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第一晶圓上淀積磷硅玻璃形成磷硅玻璃結構；測磷硅玻璃結構的磷濃度，得到磷濃度曲線；根據磷濃度曲線，判斷第一磷硅玻璃層的厚度；根據第一磷硅玻璃層的厚度，采用與目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第二晶圓上淀積第三磷硅玻璃層，第三磷硅玻璃層的厚度不小于第一磷硅玻璃層的厚度；測第三磷硅玻璃層的磷濃度。本發明形成的第三磷硅玻璃層的主體部分為第一磷硅玻璃層，其磷濃度變化能夠很好地反映實際器件中較薄且磷濃度較低第一磷硅玻璃薄膜的磷濃度變化，因此能夠有效預防接觸孔刻蝕阻塞的產生。
【專利說明】監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體工藝，特別是涉及一種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法。
【背景技術】
[0002]娃-氧化物-氮-氧化物-娃(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon，SONOS)結構的閃存(flash)產品中，磷硅玻璃(PSG)的淀積是一道非常重要的工藝步驟。以一種傳統技術為例，帶有多晶娃柵圖形(gate poly pattern)的上述產品在8000A磷娃玻璃淀積后會形成濃度不同的兩層磷硅玻璃薄膜，如圖1所示。由于磷硅玻璃的磷濃度不同，兩層磷娃玻璃薄膜存在一個分界(該分界在掃描電子顯微鏡下可見)。其中位于底部的第一磷娃玻璃薄膜32 (PSG-1)較薄且磷濃度較低，第一磷硅玻璃薄膜32上的第二磷硅玻璃薄膜34(PSG-2)較厚且磷濃度較高。多晶硅柵20上的第一磷硅玻璃薄膜32如同一個花苞，覆蓋在多晶娃柵20上。磷娃玻璃中的磷濃度對后續的接觸孔刻蝕(contact etch)有很大的影響，磷濃度越低，磷娃玻璃的接觸孔刻蝕就越困難，以致產生接觸孔刻蝕阻塞(contact blocketch)，如圖2A、2B、2C所示。因此需要一種有效的對磷硅玻璃中磷濃度進行監控的方法。
[0003]傳統的一種監控方法是:在沒有多晶硅柵圖形的空白晶圓(blank wafer)上生長與正常產品的厚度相同的磷硅玻璃層(例如8000A)，然后測試它的磷濃度。該在空白晶圓上生長的磷硅玻璃層也會產生分層的現象，實踐表明，對這整個磷硅玻璃層的磷濃度監控，無法準確反映其對接觸孔刻蝕的影響，因此無法有效地預防接觸孔刻蝕阻塞的產生。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要針對傳統的監控方法無法有效預防接觸孔刻蝕阻塞的產生的問題，提供一種能夠有效預防接觸孔刻蝕阻塞的產生的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法。
[0005]一種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，包括下列步驟:根據目標磷硅玻璃層的厚度，采用與所述目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第一晶圓上淀積磷硅玻璃形成磷娃玻璃結構；所述磷娃玻璃結構包括底部的第一磷娃玻璃層和位于第一磷娃玻璃層上的第二磷硅玻璃層，所述第二磷硅玻璃層的濃度大于所述第一磷硅玻璃層的濃度；測所述磷硅玻璃結構的磷濃度，得到磷濃度曲線；根據磷濃度曲線，判斷所述第一磷硅玻璃層的厚度；根據所述第一磷硅玻璃層的厚度，采用與所述目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第二晶圓上淀積第三磷硅玻璃層，所述第三磷硅玻璃層的厚度不小于所述第一磷硅玻璃層的厚度且小于所述第一磷硅玻璃層的兩倍厚度；測所述第三磷硅玻璃層的磷濃度。
[0006]在其中一個實施例中，所述根據磷濃度曲線，判斷所述第一磷硅玻璃層的厚度的步驟是從所述第一磷硅玻璃層的底部起，當所述磷濃度曲線上某點的斜率小于預設的經驗值時，將該點至所述第一磷娃玻璃層底部的厚度判定為第一磷娃玻璃層的厚度。
[0007]在其中一個實施例中，所述目標磷娃玻璃層的厚度為8000 A0[0008]在其中一個實施例中，所述第一磷硅玻璃層的厚度為800 A?
[0009]在其中一個實施例中，所述磷硅玻璃結構還包括位于所述第一磷硅玻璃層和第二磷硅玻璃層之間的過渡層，所述得到磷濃度曲線后還包括獲取所述過渡層的厚度的步驟，所述第三磷硅玻璃層的厚度為第一磷硅玻璃層的厚度加上過渡層的厚度。
[0010]在其中一個實施例中，所述第三磷硅玻璃層的厚度為1000.、.?丨100 A。
[0011]在其中一個實施例中，所述半導體器件為閃存。
[0012]同時提供另一種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法。
[0013]一種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，包括下列步驟:采用與目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝，在晶圓上淀積1000.、.1100 A的磷硅玻璃形成第三磷硅玻璃層；測所述第三磷硅玻璃層的磷濃度。
[0014]在其中一個實施例中，所述第三磷硅玻璃層的厚度為1100 A。
[0015]在其中一個實施例中，所述半導體器件為閃存。
[0016]上述監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，形成的第三磷硅玻璃層的主體部分為第一磷硅玻璃層，其磷濃度變化能夠很好地反映實際器件中較薄且磷濃度較低第一磷硅玻璃薄膜的磷濃度變化，因此能夠有效預防接觸孔刻蝕阻塞的產生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是閃存器件設于多晶硅柵上的磷硅玻璃薄膜的剖面結構示意圖；[0018]圖2A是閃存器件設于多晶硅柵上的磷硅玻璃薄膜的剖面結構在掃描電鏡下的照片;
[0019]圖2B是磷硅玻璃薄膜中磷濃度正常時閃存器件于接觸孔刻蝕后的剖面結構在掃描電鏡下的照片；
[0020]圖2C是磷硅玻璃薄膜中磷濃度異常時閃存器件于接觸孔刻蝕后產生接觸孔刻蝕阻塞的剖面結構在掃描電鏡下的照片；
[0021]圖3是一實施例中監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法的流程圖；
[0022]圖4是一實施例中磷硅玻璃結構的示意圖；
[0023]圖5是一實施例中磷硅玻璃結構的磷濃度與深度的關系曲線。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明的目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0025]圖3是一實施例中監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法的流程圖，包括下列步驟:
[0026]S310，根據目標磷硅玻璃層的厚度，采用與目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第一晶圓上淀積磷硅玻璃形成磷硅玻璃結構。
[0027]目標磷硅玻璃層即需要監控的半導體器件設于多晶硅柵上的磷硅玻璃層。可以在一個空白晶圓(blank wafer)上生長與正常產品的厚度相同的磷硅玻璃層，淀積工藝中參數的設置均應與淀積目標磷硅玻璃層時相同。例如要監控一磷硅玻璃層的厚度為8000 A(即目標磷硅玻璃層的厚度為8000 A)的半導體器件，就在一空白晶圓上淀積8000 A厚的磷硅玻璃，形成磷硅玻璃結構40，如圖4所示。該磷硅玻璃結構40同樣會分為兩層，即包括底部較薄且磷濃度較低的第一磷硅玻璃層42，以及位于第一磷硅玻璃層42上、較厚且磷濃度較高的第二磷硅玻璃層44。
[0028]S320，測磷硅玻璃結構的磷濃度，得到磷濃度曲線。
[0029]圖5是一實施例中磷硅玻璃結構40的磷濃度與深度的關系曲線，其中橫坐標表示磷硅玻璃結構40的深度，深度為0即第二磷硅玻璃層44的上表面，深度8000 A即第一磷硅玻璃層42的底部；縱坐標表示磷的濃度。
[0030]S330，根據磷濃度曲線，判斷第一磷硅玻璃層的厚度。
[0031]根據經驗及本領域的公知常識，第二磷硅玻璃層44的濃度較高且較為均勻、穩定，而第一磷硅玻璃層42的濃度較低且濃度曲線從底部到分界處逐漸增加。因此，根據如圖5所示的磷濃度曲線，可以判斷出第一磷硅玻璃層42的厚度。簡單的說，第一磷硅玻璃層42的濃度曲線會有一個很高的斜率，而在分界處濃度會有一個明顯的拐點，斜率降至一個很低的值。因此，可以根據磷濃度曲線的斜率大小判斷第一磷硅玻璃層42的厚度。在一個實施例中，從第一磷硅玻璃層42的底部起，當磷濃度曲線上某點的斜率k小于預設的經驗值時，該點至第一磷硅玻璃層42底部的厚度即判定為第一磷硅玻璃層42的厚度。在圖5中，判定第一磷硅玻璃層(PSGl) 42的厚度為800 A。
[0032]可以理解的，在其它實施例中，也可以通過濃度梯度或其它參數對第一磷硅玻璃層42的厚度進行判斷。
[0033]S340,根據第一磷娃玻璃層的厚度,米用與目標磷娃玻璃層相同的淀積工藝在第二晶圓上淀積第三磷硅玻璃層。
[0034]根據發明人的研究實驗表明，后續的接觸孔刻蝕阻塞(contact block etch)主要受圖1所示的第一磷硅玻璃薄膜32影響，而第一磷硅玻璃層42的磷濃度變化又能夠很好地反映第一磷硅玻璃薄膜32的磷濃度變化，因此對第一磷硅玻璃層42的磷濃度監控能夠有效預防接觸孔刻蝕阻塞的產生。步驟S340中淀積工藝參數的設置均應與淀積目標磷硅玻璃層時相同。
[0035]S350，測第三磷硅玻璃層的磷濃度。
[0036]如果第三磷硅玻璃層的磷濃度出現異常的變化，則應對淀積機臺進行檢查和調試，以排除因淀積磷硅玻璃的工藝出現異常對接觸孔刻蝕阻塞造成的影響。
[0037]上述監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，形成的第三磷硅玻璃層的主體部分為第一磷硅玻璃層42，其磷濃度變化能夠很好地反映實際器件中較薄且磷濃度較低的第一磷硅玻璃薄膜32的磷濃度變化，因此能夠有效預防接觸孔刻蝕阻塞的產生。
[0038]需要說明的是，圖5所示磷濃度曲線是采用次級離子質譜法(SIMS)測得，其原理是以離子轟擊固體表面，再將從表面濺射出來的次級離子引入質量分析器，經過質量分離后從檢測-記錄系統得出被分析表面的元素或化合物的組分。由于需對磷濃度進行監控的Fab的實驗室中可能并不具備測量得到圖5所示濃度曲線的設備或條件，因此需要將步驟S310后得到的淀積有磷硅玻璃結構的所述第一晶圓送至專門的測試機構進行步驟S320所述的磷濃度測試，得到磷濃度曲線。
[0039]在其中一個實施例中，步驟S350采用傅里葉變換紅外光譜法(Fourier TransformInfrared Spectrometry, FTIR)測量憐濃度。[0040]在其中一個實施例中，是對閃存(flash)中磷硅玻璃層的磷濃度進行監控。可以理解的，本發明同樣適用于其它具有會產生分層現象的磷硅玻璃層的半導體器件。
[0041]在其中一個實施例中，目標磷硅玻璃層的厚度為8000 A,步驟S330中得到的第一磷硅玻璃層的厚度為800 K。
[0042]實際上，第一磷硅玻璃層和第二磷硅玻璃層之間會有一個磷濃度的過渡，因此磷硅玻璃結構還包括位于第一磷硅玻璃層和第二磷硅玻璃層之間的過渡層，過渡層的厚度小于第一磷硅玻璃層。過渡層亦會對接觸孔刻蝕阻塞產生一定影響。因此在一個實施例中，步驟S320后還包括獲取過渡層的厚度的步驟。過渡層的厚度可以根據圖5所示的磷濃度曲線來估算(例如借助與步驟S330中相類似的斜率法)，或者直接采用一個經驗值。在其中一個實施例中，過渡層的厚度為200?300人。那么，步驟S340中淀積的第三磷硅玻璃層的厚度，即為第一磷硅玻璃層的厚度加上過渡層的厚度，取1000?1100 A，優選為1100
[0043]如前述，由于磷濃度曲線可交由專門的測試機構測出，因此我們重點關心的是第一磷硅玻璃層42的厚度，在獲得第一磷硅玻璃層42的厚度(800 A )后，監控時只需采用與目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝，在空白晶圓上淀積1000?1100 A的磷硅玻璃形成磷硅玻璃層，并測出該磷硅玻璃層的磷濃度即可。在其中一個實施例中，在空白晶圓上淀積的磷硅玻璃層厚度為1100 A。
[0044]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，包括下列步驟: 根據目標磷硅玻璃層的厚度，采用與所述目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第一晶圓上淀積磷娃玻璃形成磷娃玻璃結構；所述磷娃玻璃結構包括底部的第一磷娃玻璃層和位于第一磷娃玻璃層上的第二磷娃玻璃層,所述第二磷娃玻璃層的濃度大于所述第一磷娃玻璃層的濃度； 測所述磷硅玻璃結構的磷濃度，得到磷濃度曲線； 根據磷濃度曲線，判斷所述第一磷硅玻璃層的厚度； 根據所述第一磷硅玻璃層的厚度，采用與所述目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝在第二晶圓上淀積第三磷硅玻璃層，所述第三磷硅玻璃層的厚度不小于所述第一磷硅玻璃層的厚度且小于所述第一磷硅玻璃層的兩倍厚度； 測所述第三磷硅玻璃層的磷濃度。
2.根據權利要求1所述的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述根據磷濃度曲線，判斷所述第一磷硅玻璃層的厚度的步驟是從所述第一磷硅玻璃層的底部起，當所述磷濃度曲線上某點的斜率小于預設的經驗值時，將該點至所述第一磷硅玻璃層底部的厚度判定為第一磷硅玻璃層的厚度。
3.根據權利要求1所述的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述目標磷娃玻璃層的厚度為8000 A。
4.根據權利要求3所述的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述第一磷娃玻璃層的厚度為800 Ac
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述磷硅玻璃結構還包括位于所述第一磷硅玻璃層和第二磷硅玻璃層之間的過渡層，所述得到磷濃度曲線后還包括獲取所述過渡層的厚度的步驟，所述第三磷硅玻璃層的厚度為第一磷硅玻璃層的厚度加上過渡層的厚度。
6.根據權利要求5所述的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述第三磷硅玻璃層的厚度為丨000?丨100 A。
7.根據權利要求1所述的監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述半導體器件為閃存。
8.—種監控半導體器件中磷硅玻璃層的磷濃度的方法，包括下列步驟:采用與目標磷硅玻璃層相同的淀積工藝，在晶圓上淀積1000?1100 A的磷硅玻璃形成第三磷硅玻璃層； 測所述第三磷硅玻璃層的磷濃度。
9.根據權利要求8所述的磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述第三磷硅玻璃層的厚度為n 00人。
10.根據權利要求8或9所述的磷硅玻璃層的磷濃度的方法，其特征在于，所述半導體器件為閃存。
【文檔編號】H01L21/66GK103545227SQ201210238322
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】李健 申請人:無錫華潤上華科技有限公司