CN102044459A - 检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法 - Google Patents
检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102044459A CN102044459A CN200910197218XA CN200910197218A CN102044459A CN 102044459 A CN102044459 A CN 102044459A CN 200910197218X A CN200910197218X A CN 200910197218XA CN 200910197218 A CN200910197218 A CN 200910197218A CN 102044459 A CN102044459 A CN 102044459A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon oxide
- oxide film
- nitrating
- nitrogen content
- thermal oxidation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
根据本发明的一个实施例，提供了一种检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法，包括以下步骤：a.热氧化所述掺氮氧化硅薄膜；b.测量所述掺氮氧化硅薄膜经过所述步骤a后的薄膜厚度；以及c.将所述步骤b测量的薄膜厚度换算为所述掺氮氧化硅薄膜的含氮量。通过对掺氮氧化硅薄膜进行热氧化，测量热氧化后的薄膜厚度，以及将测量的热氧化后的薄膜厚度换算为掺氮氧化硅薄膜的含氮量，即可实现对掺氮氧化硅薄膜的含氮量的监控。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造，尤其涉及检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法。
背景技术
20世纪80年代以来，CMOS集成电路的快速发展大大促进了硅基微电子工业的发展，使其在市场的份额越来越大。而CMOS集成电路的快速发展又是得益于其电路基本单元——场效应管尺寸的缩小。场效应管尺寸缩小的关键因素就是作为栅介质层的二氧化硅(SiO2)膜厚的减小。二氧化硅的作用是隔离栅极和沟道。但是随着器件尺寸的不断缩小，二氧化硅的厚度被要求减到2nm以下，随之产生的主要问题是漏电流的增加。随着二氧化硅膜厚的减小，漏电流就会增加。为了减小漏电流，最直观的方法就是增加栅介质层的厚度，但是为了保持介质层的电容不变，新的栅介质层的介电常数必须比二氧化硅要大，而且介质层的介电常数越大，膜的厚度就可以越大，从而可以更好地减小漏电流。掺氮的二氧化硅材料因为具有高介电常数，热和电学稳定性高，与硅的界面质量好等优点被广泛应用于栅介质层。
掺氮的二氧化硅薄膜的含氮量直接影响到材料的介电常数等性能，因此掺氮的二氧化硅薄膜的氮含量的监控十分重要。目前的薄膜元素分析普遍采用X光电子能谱(XPS)，俄歇电子能谱(AES)等方法，这些方法的分析精度较高，但是对样品制备要求较高，分析速率较慢，设备较昂贵。目前尚未见到关于实时原位(in situ)测量掺氮的二氧化硅薄膜的含氮量的方法的报道。
因为需要一种低成本的、能够快速且实时测量掺氮的二氧化硅薄膜的含氮量的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法。
根据本发明的一个实施例，提供了一种检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法，包括以下步骤：
a.热氧化所述掺氮氧化硅薄膜；
b.测量所述掺氮氧化硅薄膜经过所述步骤a后的薄膜厚度；以及
c.将所述步骤b测量的薄膜厚度换算为所述掺氮氧化硅薄膜的含氮量。
氧化硅薄膜在高温热退火后会被再氧化，即氧化硅薄膜的厚度随氧化温度的升高和氧化时间的增长而增加。相比之下，未掺氮的氧化硅薄膜的再氧化速率明显高于掺氮的氧化硅薄膜的再氧化速率。导致这种现象的原因是氧原子在未掺氮的氧化硅薄膜中的扩散系数(diffusion coefficient)高于在掺氮的氧化硅薄膜中的扩散系数。本发明的发明人发现，随着掺氮氧化硅薄膜的含氮量的增加，薄膜再氧化的速率相应的降低，并且薄膜含氮量和薄膜再氧化速率之间存在确定的函数关系。
基于此，通过对掺氮氧化硅薄膜进行热氧化，测量热氧化后的薄膜厚度，将测量的热氧化后的薄膜厚度换算为掺氮氧化硅薄膜的含氮量，即可实现对掺氮氧化硅薄膜的含氮量的监控。
可选的，所述热氧化可以采用干氧氧化和/或湿氧氧化方式实现。
可选的，所述热氧化可以在快速退火炉或管式退火炉中进行。
根据本发明的一个具体实施例，所述热氧化采用原位热氧化方式实现，所述测量采用实时测量方式实现。
通过对掺氮氧化硅薄膜原位热氧化并实时测量热氧化的掺氮氧化硅薄膜厚度，经过换算，即可得知掺氮氧化硅薄膜的含氮量。因此，采用本发明的方法可以实现对掺氮氧化硅薄膜的含氮量的实时原位测量。
可选的，所述实时测量方式采用椭偏膜厚测量仪实现。
椭偏膜厚测量仪对测试环境和测试样品要求不高。因此，采用本发明的方法，不需要切割硅片和进行复杂的样品制备，不需要将样品从氧化硅薄膜沉积设备中取出，并且椭偏膜厚测量仪的成本低、测量速度快，因此采用本发明的方法可以实现低成本的、快速且实时测量掺氮的二氧化硅薄膜的含氮量。
附图说明
通过阅读以下结合附图对非限定性实施例的描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更为明显和突出。
图1示出了根据本发明的一个实施例的检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法流程图。
图2示出了根据本发明的一个具体实施例的掺氮氧化硅薄膜经过热氧化后的氧化硅薄膜厚度随薄膜含氮量的变化曲线。
图3示出了根据本发明的一个具体实施例的检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。
图1示出了根据本发明的一个实施例的检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
首先，在步骤S11中，热氧化所述掺氮氧化硅薄膜；
然后，在步骤S13中，测量所述掺氮氧化硅薄膜经过热氧化后的薄膜厚度；
最后，在步骤S15中，将步骤S13中测量的薄膜厚度换算为所述掺氮氧化硅薄膜的含氮量。
氧化硅薄膜在高温热退火后会被再氧化，即氧化硅薄膜的厚度随氧化温度的升高和氧化时间的增长而增加。相比之下，未掺氮的氧化硅薄膜的再氧化速率明显高于掺氮的氧化硅薄膜的再氧化速率。导致这种现象的原因是氧原子在未掺氮的氧化硅薄膜中的扩散系数(diffusion coefficient)高于在掺氮的氧化硅薄膜中的扩散系数。本发明的发明人认为氧在掺氮的氧化硅薄膜中的扩散系数的降低可能是因为雪犁效应(snow plough effect)引起的。本发明的发明人发现，随着掺氮氧化硅薄膜的含氮量的增加，薄膜再氧化的速率相应的降低，并且薄膜含氮量和薄膜再氧化速率之间存在确定的函数关系。掺氮氧化硅薄膜经过热氧化之后的薄膜厚度随薄膜含氮量的变化曲线将在图2中示出。
基于此，通过对掺氮氧化硅薄膜进行热氧化，测量热氧化后的薄膜厚度，将测量的热氧化后的薄膜厚度换算为掺氮氧化硅薄膜的含氮量，即可实现对掺氮氧化硅薄膜的含氮量的监控。
图2示出了根据本发明的一个具体实施例的掺氮氧化硅薄膜经过1100℃、60S纯氧气氛下热氧化后的氧化硅薄膜厚度随薄膜含氮量的变化曲线。
如图2所示，掺氮氧化硅薄膜经过热氧化后的薄膜厚度随着薄膜含氮量的增加而降低。实线所示为实际测量值，虚线所示为对实际测量值进行多项式拟合得到的曲线，用y表示掺氮氧化硅薄膜热氧化后的薄膜厚度，单位为
用x表示掺氮氧化硅薄膜的氮百分含量，已知热氧化前掺氮氧化硅薄膜的初始厚度为100
拟合得到的y和x的函数关系为：
y＝1.4528x2-29.021x+101.6
因此，掺氮氧化硅薄膜在1100℃的平均氧化速率为(1.4528x2-29.021x+101.6)/60
/S
同样实验条件下，未掺氮的氧化硅薄膜的初始厚度和经过热氧化后的薄膜厚度如表1所示。掺氮的氧化硅薄膜的含氮量，初始厚度和经过热氧化后的薄膜厚度如表2所示。
表1未掺氮的氧化硅薄膜的初始厚度和经过热氧化后的薄膜厚度
表2掺氮的氧化硅薄膜的含氮量，初始厚度和经过热氧化后的薄膜厚度
对比表1、表2发现，未掺氮的氧化硅薄膜的初始厚度在15
范围内的变化对经过热氧化后的薄膜厚度的影响不明显，最终得到的氧化硅厚度均约为100
因此排除了表2中薄膜初始厚度的差异对经热氧化后的薄膜厚度的影响，即掺氮的氧化硅薄膜经过热氧化后的薄膜厚度主要受薄膜的含氮量影响。如表2所示，随着薄膜的含氮量的增加，薄膜经过热氧化后的薄膜厚度降低，并符合y＝1.4528x2-29.021x+101.6的函数关系。因此，通过监控掺氮的氧化硅薄膜经过热氧化后的薄膜厚度即可得知薄膜的含氮量。
需要说明的是，图2仅以掺氮氧化硅薄膜经过1100℃、60S纯氧气氛下热氧化为例，示出了热氧化后的氧化硅薄膜厚度随薄膜含氮量的变化曲线(如实线所示)和拟合曲线(如虚线所示)，本领域的普通技术人员可以理解，对于任何热氧化条件，都可以通过有限次数实验获得热氧化后的氧化硅薄膜厚度随薄膜含氮量的变化曲线和拟合曲线。
可选的，所述热氧化可以采用干氧氧化和/或湿氧氧化。
可选的，所述热氧化可以在快速退火炉或管式退火炉中进行。
图3示出了根据本发明的一个具体实施例的检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：
首先，在步骤S31中，原位热氧化所述掺氮氧化硅薄膜，例如，薄膜沉积腔同时配备准分子激光器，沉积掺氮氧化硅薄膜之后，采用激光照射局部区域升温至1000℃左右，使局部区域发生热氧化；
然后，在步骤S33中，实时测量所述掺氮氧化硅薄膜经过热氧化后的薄膜厚度，例如，薄膜沉积腔同时配备测厚仪，实时测量掺氮氧化硅薄膜在热氧化过程中的厚度变化；
最后，在步骤S35中，将步骤S33中测量的薄膜厚度换算为所述掺氮氧化硅薄膜的含氮量，所述换算过程可以是实时的，通过一个计算机实现，按照设定的频率对掺氮氧化硅薄膜在热氧化过程中的厚度进行采样，并换算成薄膜的含氮量。
通过对掺氮氧化硅薄膜原位热氧化并实时测量热氧化的掺氮氧化硅薄膜厚度，经过换算，即可得知掺氮氧化硅薄膜的含氮量。因此，采用本发明的检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法可以实现对掺氮氧化硅薄膜的含氮量的实时原位测量。
可选的，所述实时测量采用椭偏膜厚测量仪。
椭偏膜厚测量仪对测试环境和测试样品要求不高。因此，采用本发明的检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法，不需要切割硅片和进行复杂的样品制备，不需要将样品从氧化硅薄膜沉积设备中取出，可以实现对薄膜的实时原位测量。
尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于上述实施方式。
那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在本发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。
Claims (5)
1.一种检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.热氧化所述掺氮氧化硅薄膜；
b.测量所述掺氮氧化硅薄膜经过所述步骤a后的薄膜厚度；以及
c.将所述步骤b测量的薄膜厚度换算为所述掺氮氧化硅薄膜的含氮量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a通过湿氧氧化和/或干氧氧化实现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a采用快速退火炉或管式退火炉实现。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热氧化采用原位热氧化方式实现，所述测量采用实时测量方式实现。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实时测量方式采用椭偏膜厚测量仪实现。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910197218.XA CN102044459B (zh) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | 检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910197218.XA CN102044459B (zh) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | 检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102044459A true CN102044459A (zh) | 2011-05-04 |
| CN102044459B CN102044459B (zh) | 2014-04-02 |
Family
ID=43910476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910197218.XA Expired - Fee Related CN102044459B (zh) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | 检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102044459B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103346075A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-10-09 | 上海华力微电子有限公司 | 改进离子掺杂多晶硅栅极刻蚀工艺的方法 |
| CN103426784A (zh) * | 2012-05-24 | 2013-12-04 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法 |
| CN111128784A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 杭州中欣晶圆半导体股份有限公司 | 一种测量二氧化硅薄膜致密性的方法 |
| CN113376196A (zh) * | 2020-03-10 | 2021-09-10 | 长鑫存储技术有限公司 | 检测x射线光电子能谱仪稳定性的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100561700C (zh) * | 2006-09-30 | 2009-11-18 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 评估栅极介质层电性参数及形成栅极介质层的方法 |
-
2009
- 2009-10-15 CN CN200910197218.XA patent/CN102044459B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103426784A (zh) * | 2012-05-24 | 2013-12-04 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法 |
| CN103346075A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-10-09 | 上海华力微电子有限公司 | 改进离子掺杂多晶硅栅极刻蚀工艺的方法 |
| CN111128784A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 杭州中欣晶圆半导体股份有限公司 | 一种测量二氧化硅薄膜致密性的方法 |
| CN111128784B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-06-24 | 杭州中欣晶圆半导体股份有限公司 | 一种测量二氧化硅薄膜致密性的方法 |
| CN113376196A (zh) * | 2020-03-10 | 2021-09-10 | 长鑫存储技术有限公司 | 检测x射线光电子能谱仪稳定性的方法 |
| CN113376196B (zh) * | 2020-03-10 | 2022-03-22 | 长鑫存储技术有限公司 | 检测x射线光电子能谱仪稳定性的方法 |
| US11327033B1 (en) | 2020-03-10 | 2022-05-10 | Changxin Memory Technologies, Inc. | Methods for detecting stability of X-ray photoelectron spectrometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102044459B (zh) | 2014-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102073004B (zh) | 测试半导体器件可靠性的方法 | |
| Tan et al. | Measurement of thermopower and current-voltage characteristics of molecular junctions to identify orbital alignment | |
| CN102044459B (zh) | 检测掺氮氧化硅薄膜含氮量的方法 | |
| Ray et al. | Pressure dependence of SiO2 growth kinetics and electrical properties on SiC | |
| Huang et al. | Effect of the induced electron traps by oxygen plasma treatment on transfer characteristics of organic thin film transistors | |
| CN107833840A (zh) | AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的结温测试方法 | |
| WO2012140340A1 (fr) | Procede de determination de la concentration en oxygene interstitiel | |
| CN109116209A (zh) | 一种氧化硅-硅界面态密度和俘获界面的测试方法 | |
| Zhang et al. | Insight into Al2O3/B-doped diamond interface states with high-temperature conductance method | |
| Ouennoughi et al. | Conduction mechanisms in thermal nitride and dry gate oxides grown on 4H-SiC | |
| CN104425215A (zh) | SiC半导体装置的制造方法 | |
| Xiang et al. | Origin of temperature dependent conduction of current from n-4H-SiC into silicon dioxide films at high electric fields | |
| CN101620994B (zh) | 掺杂栅介质层、多晶硅层及叠层顶层的最小厚度确定方法 | |
| FR2989168A1 (fr) | Determination de la concentration en oxygene interstitiel dans un echantillon semi-conducteur | |
| Triendl et al. | Evaluation of interface trap characterization methods in 4H-SiC metal oxide semiconductor structures over a wide temperature range | |
| Mitra et al. | An alternative methodology in Schottky diode physics | |
| Thomson et al. | Degradation of oxide-passivated boron-diffused silicon | |
| Ang et al. | On the non-Arrhenius behavior of negative-bias temperature instability | |
| CN112786472B (zh) | 一种介电温度系数修正的深能级瞬态谱测试方法 | |
| Amin et al. | Deep cryogenic temperature TDDB in 45-nm PDSOI N-channel FETs for quantum computing applications | |
| Jung et al. | Detection of Low Concentration NO 2 gas Using Si FET-type Gas Sensor with Localized Micro-heater for Low Power Consumption | |
| CN114242605A (zh) | 缺陷提取方法和缺陷提取系统 | |
| Jeon et al. | Analysis of interface trap density of metal–oxide-semiconductor devices with Pr2O3 gate dielectric using conductance method | |
| Wang et al. | Enhancement of Temperature Sensitivity for Metal–Oxide–Semiconductor (MOS) Tunneling Temperature Sensors by Utilizing Hafnium Oxide $(\hbox {HfO} _ {2}) $ Film Added on Silicon Dioxide $(\hbox {SiO} _ {2}) $ | |
| CN116666440B (zh) | 一种底栅极mos管及制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (BEIJING Effective date: 20130208 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130208 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Applicant after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Applicant after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Address before: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Applicant before: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140402 Termination date: 20191015 |