CN102426298A - 一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法。本发明提出一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，通过实验得出折射率与介电常数的函数关系，在监测其他同类介电质薄膜时只要测量出折射率，根据上述函数关系即可得出要检测的介电质薄膜的介电常数，而折射率作为介电质薄膜的必要检测项目，从而可以省去测量介电常数的步骤，从而缩短了日常测机的周期和机台的运行时间。

Description

一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法。
背景技术
目前业界通用的介电常数量测方法有两种，一种是直接用金属探针(一般为汞)量测介电质薄膜的电容，利用电容推导出介电常数；另一种是同时量测介电质薄膜和氧化层（Themal oxide）的电性厚度，利用已知的氧化层的介电常数来推导出要量测的介电质薄膜的介电常数，这两种方法都需要额外的量测步骤，量测相对繁琐，使日常测机的周期（cycle time）和机台的运行时间（uptime）较长。
发明内容
本发明公开了一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，包括以下步骤：
步骤S1：以沉积在一衬底上的原始薄膜为样本薄膜，利用多组不同的反应气体的原位等离子体处理所述样本薄膜，以改变所述样本薄膜的介电常数，并获得多组介电常数相异的试验薄膜；
步骤S2：测量所述多组介电常数相异的试验薄膜各自的折射率及介电常数；
步骤S3：依据所述多组介电常数相异的试验薄膜各自的折射率及介电常数，以确定该类薄膜的折射率与介电常数之间的函数关系；
步骤S4：进一步检测其他衬底上所沉积的原始薄膜的折射率，依据所述折射率与介电常数之间的函数关系算出其他衬底上所沉积的原始薄膜的介电常数值，依此判断在其他衬底上沉积原始薄膜的制备过程中，所制备的原始薄膜的介电常数值是否符合要求。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，所述样本薄膜为介电常数为3.0的硅一氢氧碳化物（SiCOH）。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，在以反应气体的原位等离子体处理所述样本薄膜而调节其介电常数过程中，增大样本薄膜介电常数的混合气体中包含氢气，利用氢气的原位等离子体处理部分样本薄膜。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，在以反应气体的原位等离子体处理所述样本薄膜而调节其介电常数过程中，减小样本薄膜介电常数的混合气体中包含甲烷，利用甲烷的原位等离子体处理部分未经处理的样本薄膜。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，所述多组介电常数相异的试验薄膜的介电常数范围为2.8-3.4。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，所述其他衬底上所沉积的原始薄膜为掺杂碳的氧化硅或氮化硅。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，所述其他衬底上所沉积的原始薄膜为低介电常数材料。
上述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，通过电性厚度方法测量出所述多组介电常数相异的试验薄膜各自的介电常数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，通过实验得出折射率与介电常数的函数关系，在监测其他同类介电质薄膜时只要测量出折射率，根据上述函数关系即可得出要检测的介电质薄膜的介电常数，而折射率作为介电质薄膜的必要检测项目，从而可以省去测量介电常数的步骤，从而缩短了日常测机的周期（cycle time）和机台的运行时间（uptime）。
附图说明
图1-2是本发明利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法实验步骤结构流程图；
图3是本发明利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法实验数据图表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
如图1-2所示，本发明一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其中，包括以下步骤：
步骤S1：以沉积在衬底1上的原始薄膜2作为样本，其中，衬底1一般为晶圆；原始薄膜2为介电常数为3.0的硅一氢氧碳化物（SiCOH），利用18组不同的反应气体的原位等离子体处理原始薄膜2，从而改变原始薄膜2的介电常数；其中，其中，在以反应气体的原位等离子体处理原始薄膜2而调节其介电常数过程中，减小原始薄膜2的介电常数的混合气体中包含甲烷，即含碳还原性气体或气体组合，如烷烃、烯烃、炔烃等，利用甲烷的原位等离子体处理部分未经处理的原始薄膜2，从而使其介电常数减小；而增大原始薄膜2的介电常数的混合气体中包含氢气，利用氢气的原位等离子体处理部分样本薄膜，由于氢的等离子体基团活性较高，容易对低介电常数介电层带来损伤，从而使整体介电常数增大；制备出a-r共18组介电常数范围为（2.8-3.4）的试验薄膜。
步骤S2：测量出a-r共18组试验薄膜各自的折射率，并通过电性厚度方法测量出各自的介电常数；
步骤S3：将测出a-r共18组试验薄膜各自的折射率及介电常数标记在图表上，如图3所示，得出介电常数和折射率之间有强关联性，而根据图表所示根据统计学原理得出折射率x与薄膜介电常数y的函数关系为线性函数，其数学公式为：
y=kx+b（k、b为常数）           
将图标中数据代入线性函数公式中，得出：
2.8=1.42k+b                    （ 算式一）
3.4=1.475k+b                   （ 算式二） 
由算式一和算式二（小数点后保留三位数并四舍五入）进一步得出：
k=10.909
b=-12.691
即介电常数y和折射率x之间的线性函数关系为：
y=10.909x-12.694，（x＞1）。
步骤S4：检测出其他衬底上所沉积的原始薄膜的折射率，根据上述介电常数y和折射率x之间的线性函数关系（y=10.909x-12.694），即可算出其他衬底上所沉积的原始薄膜的介电常数值，从而可以依次判断其他衬底上原始薄膜的介电常数值的变化幅度是否符合要求。
其中，上述步骤S4中的其他衬底上所沉积的原始薄膜为掺杂碳的氧化硅或氮化硅，且均为低介电常数材料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，通过实验得出折射率与介电常数有强关联性，从而根据实验得出的数据和图表得出它们之间的函数关系，在监测其他同类介电质薄膜时只要测量出折射率，根据上述函数关系即可得出要检测的介电质薄膜的介电常数，而折射率作为介电质薄膜的必要检测项目，从而可以省去测量介电常数的步骤，从而缩短了日常测机的周期（cycle time）和机台的运行时间（uptime）。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：以沉积在一衬底上的原始薄膜为样本薄膜，利用多组不同的反应气体的原位等离子体处理所述样本薄膜，以改变所述样本薄膜的介电常数，并获得多组介电常数相异的试验薄膜；
步骤S2：测量所述多组介电常数相异的试验薄膜各自的折射率及介电常数；
步骤S3：依据所述多组介电常数相异的试验薄膜各自的折射率及介电常数，以确定该类薄膜的折射率与介电常数之间的函数关系；
步骤S4：进一步检测其他衬底上所沉积的原始薄膜的折射率，依据所述折射率与介电常数之间的函数关系算出其他衬底上所沉积的原始薄膜的介电常数值，依此判断在其他衬底上沉积原始薄膜的制备过程中，所制备的原始薄膜的介电常数值是否符合要求。
2.根据权利要求1所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，所述样本薄膜为介电常数为3.0的硅一氢氧碳化物（SiCOH）。
3.根据权利要求1所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，在以反应气体的原位等离子体处理所述样本薄膜而调节其介电常数过程中，增大样本薄膜介电常数的混合气体中包含氢气，利用氢气的原位等离子体处理部分样本薄膜。
4.根据权利要求3所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，在以反应气体的原位等离子体处理所述样本薄膜而调节其介电常数过程中，减小样本薄膜介电常数的混合气体中包含甲烷，利用甲烷的原位等离子体处理部分未经处理的样本薄膜。
5.根据权利要求1所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，所述多组介电常数相异的试验薄膜的介电常数范围为2.8-3.4。
6.根据权利要求1所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，所述其他衬底上所沉积的原始薄膜为掺杂碳的氧化硅或氮化硅。
7.根据权利要求1所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，所述其他衬底上所沉积的原始薄膜为低介电常数材料。
8.根据权利要求1所述的利用折射率来监测薄膜介电常数稳定性的方法，其特征在于，通过电性厚度方法测量出所述多组介电常数相异的试验薄膜各自的介电常数。
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