CN101140890A - 检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，工艺步骤为：在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜；在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜；检测控片的表面。本方法不仅大大的缩短了检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的周期，而且提高了晶圆的良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，属于半导体技术领域。
背景技术
在大多数的半导体器件的制作工艺中，化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)系统通常用于在基体表面上形成薄膜。例如：在半导体器件如晶体管、电容器以及动态随机存储器(Dynamic Random-Access Memory，DRAM)的制造过程中，于半导体晶片(Wafer)上形成掺杂层、介电层以及保护层等。
在化学气相沉积工艺中，引入一种或多种的反应气体至反应气室，并适当控制加入反应气体的速率。因此，可以提供限定半导体组件所需的多种沉积层。掺硼硅酸盐玻璃(Boron Silicon Glass，BSG)膜在半导体器件中一般作为介电层，其形成工艺也大多采用化学气相沉积法，目前，最常用的是等离子体增强化学气相沉积的方法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成掺硼硅酸盐玻璃。本说明书所述的掺硼硅酸盐玻璃指含硼的硅酸盐玻璃，可以是仅仅掺杂硼的硅酸盐玻璃膜，还可以是掺硼磷硅酸盐玻璃或者掺有硼以及其它掺杂剂的硅酸盐玻璃。
采用等离子体增强化学气相沉积的方法形成掺硼硅酸盐玻璃膜时，由于沉积时反应室内含硼气体的流量发生变化，可能会导致掺硼硅酸盐玻璃膜内硼的浓度分布不均的缺陷。由于形成的掺硼硅酸盐玻璃膜为透明的，因此目前并不能通过常规的缺陷扫描设备检测到。如果对产生缺陷的掺硼硅酸盐玻璃膜继续进行随后的制程，将会导致含有掺硼硅酸盐玻璃膜的半导体器件性能变差，甚至报废。
以传统的电容器下部电极的制作工艺为例，如图1A所示，提供半导体基体11，所述半导体基体11表面已经形成含有插件13的绝缘层12，在半导体基体11上依次形成蚀刻停止层14，掺硼硅酸盐玻璃膜15以及硬质屏蔽层16，所述的蚀刻停止层14可以是氮化硅等材料；参照图1B所示，刻蚀硬质屏蔽层16以及刻蚀掺硼硅酸盐玻璃膜15，形成接触孔17，并去除硬质屏蔽层16；随后，参照图1C所示，除去蚀刻停止层14在接触孔17下方的部份，以暴露出插件13，随后，将用于形成下部电极的多晶硅层18沉积在掺硼硅酸盐玻璃膜15暴露出来的表面和接触孔17的内侧表面上，多晶硅层18具有包括掺杂的多晶硅层18a与未掺杂的多晶硅层18b的双重(dual)结构。之后，通过光致刻蚀剂膜将多晶硅层18分割成为多个相邻多晶硅层片断，并在多晶硅层18的片断表面上生长半球形硅质颗粒以形成下部电极。
在上述形成电容器下部电极的制作工艺的工艺中，如果掺硼硅酸盐玻璃膜15内部的硼浓度分布不均，在沉积多晶硅层18的过程中会使多晶硅层18的表面产生凸起，使接触孔17的宽度和深度无法精确控制，从而导致形成的电容器报废。
现有技术中常用的检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的做法是在沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的制程中，将需要沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的晶圆放入等离子体增强化学气相沉积设备中，沉积形成掺硼硅酸盐玻璃膜。由于掺硼硅酸盐玻璃膜内部硼浓度分布不均的缺陷并不能直接通过现有的缺陷检测设备检测出来，因此，只能在晶圆完成沉积多晶硅层的工艺过程之后再进行检测。但是，检测晶圆之后即使发现了掺硼硅酸盐玻璃膜内存在的缺陷，也已经生产了大量有缺陷的晶圆。在电容器的制作工艺中，掺硼硅酸盐玻璃膜内的硼浓度分布不均的缺陷将会直接导致电容器报废。而且，现有技术检测缺陷的循环周期长，浪费时间。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术检测出掺硼硅酸盐玻璃膜层表面的缺陷时，已经产生大量含有表面缺陷的晶圆，导致产品良率大大降低以及现有技术检测周期过长的问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，包括如下步骤：
在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜；
在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜；
检测控片缺陷。
所述的在在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜的工艺为等离子体沉积工艺。
所述形成多晶硅膜层的时间为0.5分钟至20分钟。
所述的多晶硅膜层的厚度为500埃至3000埃。
所述的在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺。
所述控片为空白硅片。
所述的掺硼硅酸盐玻璃膜的厚度为1000埃至20000埃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，提供一控片，在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜后，随后在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜，并进行检测，从而避免现有技术检测出掺硼硅酸盐玻璃膜硼浓度分布不均的缺陷时，已经产生大量有缺陷的产品的缺点，减少晶圆报废的数量，提高了产品良率。
2、在一个优选的实施方式中，本发明形采用等离子体沉积工艺沉积多晶硅膜层，所需时间在0.5分钟至20分钟，相对现有技术在炉管中沉积多晶硅膜的工艺，极大的节约了检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的时间，将检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的周期从现有技术的2天左右减少至1.5小时左右，使得在半导体器件的生产过程中采用本发明提供的方法检测掺硼硅酸盐玻璃膜的缺陷成为可能，而不会对正常的生产过程产生影响。
附图说明
图1A至图1C为现有技术形成电容器下电极的工艺的截面结构示意图；
图2是正常产品沉积多晶硅膜后检测到的缺陷分布图；
图3是现有技术掺硼硅酸盐玻璃膜中存在缺陷的晶圆在表面沉积多晶硅后检测到的缺陷分布图；
图4是现有技术掺硼硅酸盐玻璃存在缺陷的控片使用等离子体沉积技术沉积多晶硅后检测到表面凸起；
图5是掺硼硅酸盐玻璃存在缺陷的控片使用等离子体沉积技术沉积多晶硅后检测到表面凸起缺陷的扫描电子显微镜图；
图6是本发明提供的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在电容器、二极管等半导体器件的制作过程中，都涉及到在晶圆表面形成掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺。本发明所述的掺硼硅酸盐玻璃指含硼的硅酸盐玻璃，可以是仅仅掺杂硼的硅酸盐玻璃膜，还可以是掺硼磷硅酸盐玻璃或者掺有硼以及其它掺杂剂的硅酸盐玻璃。现有技术中一般采用化学气相沉积法尤其是等离子体增强化学气相沉积法沉积掺硼硅酸盐玻璃膜。
以现有技术中采用等离子体化学气相沉积的方法沉积仅仅掺杂硼的硅酸盐玻璃为例，一般是将B2H6、SiH4和N2O等原料气体通入等离子体增强化学气相沉积设备的反应室内，并控制反应气体的浓度和流量。当等离子体增强化学气相沉积设备在破真空或者更换B2H6气瓶时，可能会存在通入设备内的B2H6浓度分布不均的现象，因此会产生掺硼硅酸盐玻璃膜内硼浓度分布不均的缺陷。这种硼浓度分布不均的缺陷在随后的制程中影响器件的性能，例如在电容器的制作过程中，在炉管内沉积多晶硅时会使多晶硅膜表面形成凸起，从而无法控制接触孔的尺寸和深度。
本发明所述的破真空是指等离子体增强化学气相沉积设备的反应室由于维护等原因暴露于大气中，从而使反应室的真空状态遭到破坏的现象。
由于掺硼硅酸盐玻璃膜为透明的，采用常规的缺陷检测设备如美国科天公司的KLA TENCOR SP1或者AIT机台或者美国应用材料公司(AMAT)生产的COMPLUS机台等都不能检测出掺硼硅酸盐玻璃膜表面硼浓度分布不均的缺陷。
现有技术在晶圆上制作如晶体管或者电容器等半导体器件时，为了检测掺硼硅酸盐玻璃膜的缺陷，选择一晶圆进行制作晶体管或者电容器的工艺流程。以制作电容器的工艺过程为例，将需要沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的晶圆放入等离子体增强化学气相沉积设备中，沉积掺硼硅酸盐玻璃膜，在晶圆表面形成掺硼硅酸盐玻璃膜后，进行随后的沉积多晶硅、刻蚀等制程，形成多晶硅膜层的工艺是在炉管设备进行的。所述炉管设备一次可在几十到一百片晶圆表面形成多晶硅膜层，但是形成多晶硅膜层所需时间一般在8～10小时左右。
形成多晶硅膜层之后进行检测，通过缺陷检测设备如美国科天公司(KLATENCOR)生产的AIT设备或者美国应用材料公司(AMAT)生产的COMPLUS设备检测，然后在用扫描电子显微镜观测到多晶硅膜层表面大量的凸起缺陷，这些检测到的缺陷如图3至图6所示。
图3现有技术掺硼硅酸盐玻璃膜中存在缺陷的晶圆在表面沉积多晶硅后检测到的缺陷分布图，而图2所示为正常产品沉积多晶硅膜后检测到的正常的缺陷分布图，检测设备为美国科天公司的KLA TENCOR AIT机台。从图2和图3的对比中可以看出，图3所示的晶圆表面含有大量的凸起缺陷。而这些缺陷在晶圆表面没有形成多晶硅层时，并不能被检测到。
图4是现有技术掺硼硅酸盐玻璃存在缺陷的晶圆使用等离子体沉积技术沉积多晶硅后检测到的表面凸起，图5是现有技术掺硼硅酸盐玻璃膜中存在缺陷的晶圆在表面沉积多晶硅后检测到的表面凸起缺陷的扫描电子显微镜图，检测设备为美国应用材料公司(AMAT)生产的COMPLUS设备。
从图3至图5可以看出，晶圆的掺硼硅酸盐玻璃膜表面形成多晶硅层后，通过缺陷扫描设备和扫描电子显微镜可以检测并观测出晶圆表面的凸起缺陷。
这些缺陷会在随后的工艺中导致晶圆报废。如在电容器的制作过程中，由于多晶硅膜层的凸起缺陷，导致接触孔的深度和尺寸都不能有效控制，从而导致形成的电容器报废。
遗憾的是，现有技术检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的方法是随同晶圆的整个工艺流程一起进行的，在形成多晶硅膜层后才能检测出缺陷。整个过程循环周期过长，检测到缺陷时，已经产生了大量表面有缺陷的晶片。
本发明提供一种检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，参照图6所示：采用本发明提供的方法检测掺硼硅酸盐玻璃膜的缺陷，工艺步骤为：提供一控片，在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜(步骤S101)；在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜(步骤S102)；检测表面缺陷(步骤S103)。
由于等离子体增强化学气相沉积设备在破真空或者更换B2H6气瓶时，可能产生硼浓度分布不均的缺陷。因此，本发明提供的方法在等离子体增强化学气相沉积设备在破真空或者更换B2H6气瓶时必须使用。在等离子体增强化学气相沉积设备正常的使用过程中，为了检测设备的性能，并提高良率，也可以选用。
下边对本发明的具体实施方式做更详细的描述：
本发明所述的控片为空白的硅片。
随后，如附图6中步骤S101所示，在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜。本发明中，采用常规的等离子体增强化学气相沉积设备，沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺也可以选用本领域技术人员熟知的现有技术。比较关键的一点，在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的设备和工艺应该与生产过程中晶圆上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的设备和工艺相同。以保证在控片上检测到的缺陷与生产过程中可能在晶圆中产生的缺陷相同。
本发明给出一种在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺：选择B2H6、SiH4和N2O作为反应气体，通入反应室内，其中B2H6的流量为150sccm至1150sccm，SiH4的流量为300sccm至500sccm，N2O的流量为9000sccm至11000sccm。反应室内发生如下反应：
B2H6+SiH4+N2O→B2O3+SiO2+N2+H2形成掺硼硅酸盐玻璃膜，形成的掺硼硅酸盐玻璃膜的厚度在1000埃至20000埃之间。
在一个具体的实施例中，采用美国应用材料公司(AMAT)生产的型号为Produces SE的等离子体增强化学气相沉积设备，反应室的真空度为3.0Torr，选择B2H6、SiH4和N2O作为反应气体，其中B2H6的流量为650sccm，SiH4的流量为345sccm，N2O的流量为10000sccm，生成的掺硼硅酸盐玻璃膜的厚度为17000。
在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜之后，如附图6中步骤S102所示，直接在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜层。与现有技术在炉管中形成多晶硅膜层的工艺不同，本发明是采用等离子体沉积(Pulsed PlasmaDeposition，PPD)的工艺来形成多晶硅膜层的。所述的等离子沉积工艺可以是等离子体化学气相沉积、等离子体物理沉积等工艺。采用等离子体沉积工艺形成多晶硅膜层所需时间为0.5分钟至20分钟，相比现有技术采用炉管沉积多晶硅膜层的工艺，极大的节约了工艺时间，使检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的时间从2天左右减少至1.5小时左右。
本发明一个优选的实施方式中，采用美国应用材料公司(AMAT)生产的型号为CENTRURA的设备，采用等离子体化学气相沉积工艺在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上沉积多晶硅膜层，形成多晶硅膜层所需时间在5分钟左右。
本发明形成的多晶硅膜层的厚度在500埃至3000埃之间。
在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜层之后，如附图6中步骤S103所示，将所述控片在缺陷检测设备或者扫描电子显微镜进行检测，即可迅速检测出沉积掺硼硅酸盐玻璃膜工艺中产生的缺陷。
本发明采用等离子体沉积的方法在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上沉积多晶硅层，沉积时间很短，极大的节约了检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的时间，使得在半导体器件的生产过程中采用本发明提供的方法检测掺硼硅酸盐玻璃膜的缺陷成为可能。
如果经过检测发现沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺过程中没有产生缺陷，即可在需要形成产品的晶圆表面沉积掺硼硅酸盐玻璃膜以及其它的工艺流程。由于本发明提供的检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的方法所需时间较短，只需要1.5小时左右，因此并不会对正常生产造成影响。
如果经过检测发现沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺过程中产生缺陷，即可对沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的设备进行调整，继续按照本发明提供的方法进行检测，一直到沉积形成的掺硼硅酸盐玻璃膜表面不再产生硼浓度分布不均的缺陷为止。从而避免现有技术检测出掺硼硅酸盐玻璃膜硼浓度分布不均的缺陷时，已经产生大量有缺陷的产品的缺点，减少晶圆报废的数量，提高了产品良率。
本发明提供的检测掺硼硅酸盐玻璃膜缺陷的方法适用可能产生硼浓度分布不均缺陷的所有半导体工艺中，电容器制作制程仅仅是适用的制程之一，不能将其应用范围仅仅局限于此。所述的掺硼硅酸盐玻璃膜指所有掺杂有硼的硅酸盐玻璃。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (7)
1.一种检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜；
在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜；
检测控片缺陷。
2.根据权利要求1所述的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，在控片的掺硼硅酸盐玻璃膜上形成多晶硅膜的工艺为等离子体沉积工艺。
3.根据权利要求1或者2所述的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，形成所述多晶硅膜层的时间为0.5分钟至20分钟。
4.根据权利要求1或者2所述的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，所述的多晶硅膜层的厚度为500埃至3000埃。
5.根据权利要求1所述的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，所述的在控片上沉积掺硼硅酸盐玻璃膜的工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺。
6.根据权利要求1所述的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，所述控片为空白硅片。
7.根据权利要求1所述的检测掺硼硅玻璃膜缺陷的方法，其特征在于，所述的掺硼硅酸盐玻璃膜的厚度为1000埃至20000埃。
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