CN101154557A - 清除标准晶圆表面污染物的方法及测厚设备的校正方法 - Google Patents
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Abstract
一种清除标准晶圆表面的污染物的方法，所述标准晶圆表面具有膜层，将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙，可去除标准晶圆表面的污染物粒子，使标准晶圆的膜层厚度测量值维持稳定。本发明还提供了一种校正膜层厚度测量设备的方法，由于消除了标准晶圆厚度的变化对测试结果的影响，保证了测量结果的准确性和稳定性，也有利于检测检测膜层测量设备的性能变化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术，尤其涉及清除标准晶圆表面污染物的方法及测厚设备的校正方法。
背景技术
随着半导体产业的不断发展，半导体制作工艺已经进入纳米时代，为了适应各项电子产品越做越小，功能越做越强的趋势，半导体制程中的线宽也由原先的0.18微米发展到现今的0.13微米甚至90nm的制程。而伴随着芯片功能越用越强，元件越做越小的趋势而来的，便是对制程中各种不同环节的技术要求越来越高。由于元件越来越小，而内部线路越做越复杂，使制程中对各项参数的细微变化更敏感，原先可以容许的制程条件误差，在元件体积大幅缩小后，可能会对元件的性能造成极大的影响，因此，为达到良好的元件性能，对制程条件的要求必定会日趋严谨。
膜层厚度以及图案的控制是两个半导体制程中应用较多的工艺参数，这就要求测量膜层厚度的设备以及图案的扫描设备自身性能的稳定，才能够得到准确的测量或者扫描结果，因此，设备工程师会对设备进行校正以维持设备的稳定性。例如申请号为03153591的中国专利申请文件就提供了一种半导体用扫描设备的校正方法，通过具有标准图案的标准校正片校验设备，以得到准确稳定的校正结果。
在半导体制程中，从一个空白晶圆到形成一个半导体器件的过程需要形成、除去若干膜层，因此，保证每一膜层的厚度一致性成为提高半导体器件产品良率的关键因素。每次测量膜层厚度之前，也需要采用标准晶圆来校正膜层厚度测量设备，以保证设备测试结果的稳定性。
以半导体器件制程中应用最多的氧化硅层厚度的测量为例，所用的标准晶圆为从表面形成有氧化硅层的产品晶圆中任意选出的，调整测量设备，测量氧化硅层的厚度，得到一标准值，之后，每次校准设备时，都测量此标准晶圆，如果所测得的氧化硅层厚度与标准值相符，则设备稳定，可进行产品晶圆的测量，如果测得的氧化硅层厚度与标准值不同，则调整设备，继续测量标准晶圆，直至测量到的标准晶圆的厚度与标准值相同。
但是，在采用上述方法校正晶圆上氧化层厚度的检测设备时，发现对于新选用的标准晶圆，连续几个月检测的标准晶圆的厚度都呈持续上升的趋势，如图3所示，为从2月4日至6月20日(每天一份检测数据)表面形成有氧化硅层的标准晶圆在检测设备中检测到的厚度变化趋势图，厚度上升至一定程度之后，检测出的标准晶圆的厚度开始趋于稳定，这明显不是检测设备自身不稳定造成的。
通过研究发现，标准晶圆表面的氧化硅层不断吸附环境中的污染物粒子导致氧化层厚度不断增加，这些污染物粒子包括有机氧化物、无机气体分子等。为了消除标准晶圆表面吸附污染物粒子导致厚度增加的缺陷，保证厚度测量设备测量结果的一致性，测量标准晶圆厚度之后，设备工程师通常根据经验人为的调高测试设备的基准值，但这种方法又引入了新的不准确因素，而且不能准确的反映设备性能的变化，失去了使用标准晶圆检测设备稳定性的意义。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中标准晶圆不断吸附环境中的污染物粒子导致厚度不断增加，造成的厚度检测结果不稳定，不能准确反映检测设备稳定性的缺陷。
为解决上述问题，本发明提供了一种清除标准晶圆表面的污染物的方法，所述标准晶圆表面具有膜层，将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙。
其中，所述标准晶圆表面的膜层为氧化硅层。
其中，优选的温度范围为90℃至150℃。
其中，烘焙时间为0.5分钟至5分钟。
其中，优选的烘焙时间为1.5分钟至3分钟。
其中，所述的标准晶圆为表面形成有氧化硅层的空白晶圆。
所述晶圆还可以是位于半导体制程的任何阶段但表面形成有氧化硅层的晶圆，例如具有多个膜层或者具有多个器件层但表层为氧化硅层的晶圆。
所述的晶圆材料为纯的半导体硅或者掺杂的半导体硅，还可以是绝缘体上硅或者锗等半导体材料。
本发明还提供了一种校正膜层厚度测量设备的方法，包括如下步骤，提供标准晶圆，所述标准晶圆表面具有膜层；测量所述膜层厚度并将其设定为标准值；将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙；将烘焙过的标准晶圆放入膜层测量设备测量其厚度，若测量到的厚度与标准值不符，调整膜层厚度测量设备直至测量到的膜层厚度与标准值相同。
其中，所述标准晶圆表面的膜层为氧化硅层。
其中，优选的温度范围为90℃至150℃。
其中，烘焙时间为0.5分钟至5分钟，优选1.5分钟至3分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的清除标准晶圆表面的污染物的方法，采用烘焙的方法将标准晶圆表面膜层吸附的各种污染物粒子除去，可保证标准晶圆表面膜层的厚度保持恒定，而且本发明工艺简单，不会影响标准晶圆表面膜层的厚度，且中间不会引入其它的污染物粒子。
2、本发明提供的校正膜层厚度测量设备的方法，利用表面具有一定厚度膜层的标准晶圆，并将所述膜层厚度设定为标准值，在校正膜层厚度检测设备之前，将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙，去除标准晶圆表面膜层吸附的污染物粒子，保证标准晶圆自身厚度的恒定，并以膜层的标准值为基准，校正膜层测量设备，可保持膜层检测设备测量性能的稳定性。
附图说明
图1为标准晶圆的结构示意图；
图2为表面吸附有污染物粒子的晶圆结构示意图；
图3是现有技术中表面形成有氧化硅层的标准晶圆连续四个月的时间在检测设备中检测到的厚度变化趋势图；
图4是本发明表面形成有氧化硅层的标准晶圆连续二个月的时间在检测设备中检测到的厚度变化趋势图；
图5为本发明校正膜层厚度测量设备的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案做一详细说明。
实施例1
参考附图1所示，为一标准晶圆的结构示意图，图中11为半导体基体，所述的标准晶圆11可以是空白晶圆还可以是位于半导体制程的任何阶段但表面形成有氧化硅层的晶圆，例如具有多个膜层或者具有多个器件层但表层为氧化硅层的晶圆。所述的晶圆为纯的半导体硅或者掺杂的半导体硅，还可以是绝缘体上硅或者锗等半导体材料。12为半导体基体上的膜层，所述的膜层12可以是氧化物、氮化物、氮氧化物等各种绝缘材料，还可以是多晶硅、单晶硅等半导体材料，本发明更好的适用的是氧化物如氧化硅等绝缘材料。
由于所述的标准晶圆总是处在一定的环境中，因此，环境中存在的各种不带电粒子就会通过物理吸附吸附在膜层12上，例如含有碳链的有机物分子、O2分子等，而环境中存在带有电荷的离子时，这种带有电荷的离子就会通过化学作用吸附在膜层12上，这些带电离子例如HCl、HF等各种无机酸离子，如附图2所示，这种吸附在膜层上的带电离子或者不带电的粒子就成为膜层12上的污染物粒子13，这些污染物粒子13会导致膜层12厚度的不断增大，因此，当不同时间测试标准晶圆表面膜层12的厚度时，测得的膜层12的厚度就会不断的增加，如图3所示，几个月后，测量到的膜层12厚度才能趋于稳定。
由于标准晶圆表面膜层12的厚度被当作标准值，用于校正测试设备的稳定性，因此，必须去除导致膜层12厚度的不断增大的污染物粒子13，保证标准晶圆自身膜层厚度的稳定性。
因此，本发明提供了一种清除标准晶圆表面的污染物的方法，所述标准晶圆表面具有膜层；将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙，即可去除膜层12表面的污染物粒子13，根据污染物粒子13厚度的大小，烘焙时间可以在0.5分钟至5分钟。污染物粒子13的厚度较大的情况下，烘焙时间可以根据情况适当的延长，或者可以进行多次烘焙。
本发明优选的烘焙温度为90℃至150℃，较好的烘焙时间为1.5分钟至3分钟。
本发明对烘焙标准晶圆的设备没有过多的限制，但建议选用半导体制程中通用的烘焙设备，或者带有烘焙功能的其它半导体设备。
在本发明的一个具体实施例中，采用半导体领域通用的烘焙设备，在120℃的温度条件下，烘焙2分钟，去除晶圆表层的污染物粒子，在厚度测量设备上测量的膜层厚度与标准值相同。本发明的具体实施例中，也尝试采用烘焙温度为80℃、100℃、140℃、200℃、250℃、300℃等温度范围，烘焙的时间分别为5分钟、4分钟、3分钟、2分钟、1分钟、0.5分钟等，都能够得到较好的去除污染物粒子的效果，最后测得的晶圆表面膜层的厚度都与标准值相同。
其中，本发明采用的标准晶圆是从表面形成有氧化硅层的产品晶圆中任意选出的一个，可以是表面形成有氧化硅层的空白晶圆，还可以是位于半导体制程的任何阶段但表面形成有氧化硅层的晶圆，例如具有多个膜层或者具有多个器件层但表层为氧化硅层的晶圆。
所述的晶圆材料可以是纯的半导体硅或者掺杂的半导体硅，还可以是绝缘体上硅或者锗等半导体材料。
如图4所示，为从4月13日至5月8日(每天检测一次)，采用本发明提供的方法清除晶圆表面膜层吸附的污染物粒子之后，表面形成有氧化硅层的标准晶圆在检测设备中检测到的厚度的变化趋势图，从图4中可以看出，测量的膜层的厚度几乎没有什么变化，两次测量的膜层厚度之差的平均值为0.14埃，各次测量的膜层厚度的平均公差为0.04埃2。
如表1所示，为附图3中相邻两次测量的膜层厚度之差的平均值以及各次测量的膜层厚度的平均公差与附图4中两次测量的膜层厚度之差的平均值以及各次测量的膜层厚度的平均公差的数值比较。
表1现有技术测量的膜厚与本发明烘焙标准晶圆后测量的膜厚变化比较
| 工艺方法 | 测试时期(月.日) | 两次测量的膜层厚度之差(埃) | 各次测量的平均公差(埃2) |
| 现有技术 | 02.04～03.03 | 2.09 | 0.68 |
| 03.04～04.03 | 1.46 | 0.44 | |
| 04.04～05.03 | 0.69 | 0.21 | |
| 05.04～06.03 | 0.51 | 0.13 | |
| 本发明技术方案 | 04.13～05.04 | 0.14 | 0.04 |
从表中可以看出，本发明的方法很好的清除了晶圆表面膜层吸附的污染物粒子，保证了标准晶圆表面膜层每次测量结果的一致性。
实施例2
本发明还提供了一种校正膜层厚度测量设备的方法，包括如下步骤，参考附图5，步骤101，提供一标准晶圆，所述标准晶圆表面具有膜层；步骤102，检测所述膜层厚度并将其设定为标准值；步骤103，将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙；步骤104，校正膜层厚度测量设备，将烘焙过的标准晶圆放置入膜层测量设备测量其厚度，若测量到的厚度与标准值不符，校正膜层厚度测量设备直至测量到的厚度与标准值相同。
本实施例所述的标准晶圆参考实施例1中的描述，首先，检测标准晶圆上的膜层厚度，并将其设定为标准值，之后，将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙，即可去除膜层12表面的污染物粒子13，根据污染物粒子13厚度的大小，烘焙时间可以在0.5分钟至5分钟；由于膜层测量设备每次测量之前，都需要进行校正，以保证其测量结果的稳定性，银锡先将标准晶圆在膜层测量设备中测量标准晶圆膜层的厚度，如果测量到的膜层厚度与标准值相同，说明膜层厚度测量设备性能稳定，即可开始产品晶圆的测试，如果测量到的膜层厚度与标准值不符，说明膜层测试设备可能有缺陷，因此，需校正膜层厚度测量设备，直至测量到的膜层厚度与标准值相同，然后开始产品晶圆膜层厚度的测量，这样可以保证不同时间或者不同次数测量的膜层厚度的准确性。
由于消除了标准晶圆厚度的变化对测试结果的影响，保证了测量结果的准确性和稳定性，也有利于检测检测膜层测量设备的性能变化。
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 (12)
1.一种清除标准晶圆表面的污染物的方法，所述标准晶圆表面具有膜层，其特征在于，将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙。
2.根据权利要求1所述清除标准晶圆表面的污染物的方法，其特征在于，所述标准晶圆表面具有的一定厚度的膜层为氧化硅。
3.根据权利要求1或者2所述清除标准晶圆表面的污染物的方法，其特征在于，将标准晶圆在90℃至150℃的温度条件下烘焙。
4.根据权利要求1或者2所述清除标准晶圆表面的污染物的方法，其特征在于，标准晶圆的烘焙时间为0.5分钟至5分钟。
5.根据权利要求4所述清除标准晶圆表面的污染物的方法，其特征在于，标准晶圆的烘焙时间为1.5分钟至3分钟。
6.根据权利要求1或者2所述清除标准晶圆表面的污染物的方法，其特征在于，所述的标准晶圆材料为硅或者绝缘体上硅或者锗。
7.一种校正膜层厚度测量设备的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供标准晶圆，所述标准晶圆表面具有膜层；
测量所述膜层厚度并将其设定为标准值；
将标准晶圆在50℃至350℃的温度条件下烘焙；
将烘焙过的标准晶圆放入膜层测量设备测量其厚度，若测量到的厚度与标准值不符，调整膜层厚度测量设备直至测量到的膜层厚度与标准值相同。
8.根据权利要求7所述校正膜层厚度测量设备的方法，其特征在于，所述标准晶圆表面具有的一定厚度的膜层为氧化硅。
9.根据权利要求7或者8所述校正膜层厚度测量设备的方法，其特征在于，将标准晶圆在90℃至150℃的温度条件下烘焙。
10.根据权利要求7或者8所述校正膜层厚度测量设备的方法，其特征在于，标准晶圆的烘焙时间为0.5分钟至5分钟。
11.根据权利要求10所述校正膜层厚度测量设备的方法，其特征在于，标准晶圆的烘焙时间为1.5分钟至3分钟。
12.根据权利要求7或者8所述校正膜层厚度测量设备的方法，其特征在于，所述的标准晶圆材料为硅或者绝缘体上硅或者锗。
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