CN102709211A - 二氧化硅膜应力监测方法以及半导体器件制造方法 - Google Patents

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徐强
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Abstract

本发明提供了一种二氧化硅膜应力监测方法以及半导体器件制造方法。制备二氧化硅膜，并且测量所述二氧化硅膜的应力值，并记录从测量开始的时间点到制备完成时的时间点之间的制备时间间隔。在二氧化硅膜制备完成之后的多个离散时间点对所述二氧化硅膜的应力值进行多次测量，并记录所述多次测量的每一次测量的时间点和应力值。根据所述时间点和应力值进行作图，得到时间点和应力值相对应的绘制点。对绘制点进行曲线拟合，得到应力值与时间的关系式。根据关系式对二氧化硅膜应力进行换算以得到二氧化硅膜应力的曲线拟合值，采用二氧化硅膜的相对应力对薄膜进行监测，其中，二氧化硅膜的相对应力为实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差。

Description

二氧化硅膜应力监测方法以及半导体器件制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种二氧化硅膜应力监测方法、以及采用了该二氧化硅膜应力监测方法的半导体器件制造方法。
背景技术
低温二氧化硅薄膜为半导体加工领域中经常用到的一种薄膜，该薄膜通常采用PECVD方法制备，沉积温度为200℃左右，采用SiH4以及氧化性的气体(例如N2O、CO2等)反应生成SiO2。
由于制备该薄膜的温度通常较低，其可以直接在光阻或者是有机抗反射层(BARC)之上沉积，因此通常用来做为光阻的硬掩膜层来降低光阻的厚度，从而降低半导体加工的成本。
然而，由于该薄膜的沉积温度较低，薄膜的性能相对于高温的二氧化硅来说不稳定，尤其是该薄膜暴露在空气中时，会吸收空气中的水分而使得其应力有所增加。
薄膜的应力是监测薄膜性能的一个重要指标，不可控的较高的应力，有可能会使薄膜从晶片基底上面剥离，甚至会使晶片裂开。因此，在加工半导体制品的过程中，需要不断的监测薄膜的应力等参数，以确定半导体加工设备的状态是否出于正常。
然而对于低温二氧化硅薄膜来说，由于其薄膜的应力会随着时间的变化而不断变化，这一现象就会对设备的状态判断带来一定的干扰。
一种解决的方法为使用带有加热台的测量薄膜应力的仪器来监测薄膜的应力，由于在监测的过程中可以将薄膜中的水气去除，因此可以避免薄膜由于吸水而导致的应力变化，从而来监测薄膜的加工设备是否出于正常状态。但是该方法显然增加了监测二氧化硅薄膜应力的成本。
因此，希望能够提出一种在不增加监测二氧化硅薄膜应力的成本的情况下有效地判断沉积二氧化硅薄膜的设备是否出于正常状态的二氧化硅膜应力监测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种在不增加监测二氧化硅薄膜应力的成本的情况下有效地判断沉积二氧化硅薄膜的设备是否出于正常状态的二氧化硅膜应力监测方法、以及采用了该二氧化硅膜应力监测方法的半导体器件制造方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种二氧化硅膜应力监测方法，其包括：制备二氧化硅膜，并且测量所述二氧化硅膜的应力值，并记录从测量开始的时间点到制备完成时的时间点之间的制备时间间隔；在二氧化硅膜制备完成之后的多个离散时间点对所述二氧化硅膜的应力值进行多次测量，并记录所述多次测量的每一次测量的时间点和应力值；根据所述时间点和应力值进行作图，得到时间点和应力值相对应的绘制点；对绘制点进行曲线拟合，得到应力值与时间的关系式；以及根据关系式对二氧化硅膜应力进行换算以得到二氧化硅膜应力的曲线拟合值，采用二氧化硅膜的相对应力对薄膜进行监测，其中，二氧化硅膜的相对应力为实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差。
优选地，上述二氧化硅膜应力监测方法还包括：设定一个相对应力阈值范围；并且判断实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差是否处于所述相对应力阈值范围内，并且当实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差处于所述相对应力阈值范围内时，判断二氧化硅膜制备设备工作正常。
优选地，在上述二氧化硅膜应力监测方法中，二氧化硅薄膜是采用等离子体增强化学气相沉积方法制备的，并且二氧化硅薄膜的沉积温度范围为150-300℃。
优选地，在上述二氧化硅膜应力监测方法中，二氧化硅膜应力随时间变化而不断增加。
优选地，在上述二氧化硅膜应力监测方法中，通过二次多项式拟合来对绘制点进行曲线拟合。
优选地，在上述二氧化硅膜应力监测方法中，所述相对应力阈值范围是+/-10MPa的范围。
根据本发明的第二方面，提供了一种采用了根据本发明的第一方面所述的二氧化硅膜应力监测方法的半导体器件制造方法。
由此，本发明给出了一种简单的监测二氧化硅膜应力的方法，使用该方法能够在不使用带有加热台的测量薄膜应力的仪器的情况下，消除由于薄膜吸收水气而产生的应力变化的干扰，能够给生产线上的工程师更加准确的信息来判断沉积二氧化硅薄膜的设备是否出于正常状态。因此，减少了工程师对于设备状态的误判，提高了设备的使用效率。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明实施例的二氧化硅膜应力监测方法的流程。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的二氧化硅膜应力监测方法的拟合曲线的示例。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明实施例的二氧化硅膜应力监测方法的流程。
如图1所示，根据本发明实施例的二氧化硅膜应力监测方法包括：
第一步骤S1：制备二氧化硅膜，并且测量所述二氧化硅膜的应力值，并记录从测量开始的时间点到制备完成时的时间点之间的制备时间间隔；优选地，二氧化硅薄膜的沉积温度范围为150-300℃；此外，优选地，可采用等离子体增强化学气相沉积方法来沉积低温二氧化硅薄膜。在本发明的具体实施方式中，可以在采用SiH4以及氧化性气体(例如N2O、CO2等)反应生成SiO2。在制备二氧化硅膜之后，例如，二氧化硅膜应力随时间变化而不断增加。
第二步骤S2：在二氧化硅膜制备完成之后的多个离散时间点对所述二氧化硅膜的应力值进行多次测量，并记录所述多次测量的每一次测量的时间点和应力值。
第三步骤S3：根据所述时间点和应力值进行作图，得到时间点和应力值相对应的绘制点。
第四步骤S4：对绘制点进行曲线拟合(例如，二次多项式拟合)，得到应力值与时间的关系式。
第五步骤S5：根据关系式对二氧化硅膜应力进行换算以得到二氧化硅膜应力的曲线拟合值，采用二氧化硅膜的相对应力对薄膜进行监测。其中，二氧化硅膜的相对应力为实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差。
具体地说，在优选实施例中，根据本发明实施例的二氧化硅膜应力监测方法包括：
第六步骤S6：设定一个相对应力阈值范围。
第七步骤S7：判断实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差是否处于所述相对应力阈值范围内，并且当实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差处于所述相对应力阈值范围内时，判断二氧化硅膜制备设备工作正常。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的二氧化硅膜应力监测方法的拟合曲线的示例。
如图2所示，可做出薄膜应力S与时间间隔T之间的曲线图，对其进行二次多项式拟合，得到关系式：S=-346.80153+0.82365*T-0.00255*T2。
从而，可采用上述多项式来对薄膜的相对应力进行监测，具体做法如下：
如果在时间间隔为T＝4.28小时时测得的二氧化硅膜应力为S＝-336.3MPa(实测二氧化硅膜应力值)，同时将上述时间间隔的值(T＝4.28)代入上述关系式得到理想的二氧化硅膜应力为S0＝-343.3MPa(曲线拟合值)，则二氧化硅膜膜的相对应力(实测薄膜应力值与曲线拟合值之差)为Sr＝-336.3-(-343.3)＝7.0MPa，若规定Sr值在+/-10MPa的范围(相对应力阈值范围的具体示例)内为合格，则判断该二氧化硅膜的应力属正常值，并且判断二氧化硅膜制备设备工作正常(没有问题).
如果在时间间隔为T＝3.75小时时测得的二氧化硅膜应力为S＝-296MPa(实测二氧化硅膜应力值)，同样地计算得该二氧化硅膜的相对应力值为-47.75MPa(曲线拟合值)；由于相对应力大于+/-10MPa的范围，说明该二氧化硅膜的应力有可能有问题，需要对设备进行进一步的检验。
本发明实施例预先得到二氧化硅膜应力与量测时间的关系曲线图，并对其进行曲线拟合。在随后的正常监测二氧化硅膜应力的过程中，采用二氧化硅膜的相对应力这个概念来监测薄膜的应力。二氧化硅膜的相对应力定义为实测薄膜应力值与曲线拟合值之差，若该差值在所允许的范围之内波动则认为加工二氧化硅膜的设备处于正常状态，若该差值超出所允许的范围，则需要对加工二氧化硅膜的设备做进一步的检查，以确定其是否正常；例如，可发出警报信号来提醒操作人员对二氧化硅膜制备设备进行检查。
由此，本发明实施例给出了一种简单的监测二氧化硅膜应力(尤其是低温二氧化硅薄膜应力)的方法，使用该方法能够在不使用带有加热台的测量薄膜应力的仪器的情况下，消除由于薄膜吸收水气而产生的应力变化的干扰，能够给生产线上的工程师更加准确的信息来判断沉积二氧化硅薄膜的设备是否出于正常状态。因此，减少了工程师对于设备状态的误判，提高了设备的使用效率。
根据本发明的另一优选实施例，本发明还提供了一种采用了上述二氧化硅膜应力监测方法的半导体器件制造方法。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种二氧化硅膜应力监测方法，其特征在于包括：
制备二氧化硅膜，并且测量所述二氧化硅膜的应力值，并记录从测量开始的时间点到制备完成时的时间点之间的制备时间间隔；
在二氧化硅膜制备完成之后的多个离散时间点对所述二氧化硅膜的应力值进行多次测量，并记录所述多次测量的每一次测量的时间点和应力值；
根据所述时间点和应力值进行作图，得到时间点和应力值相对应的绘制点；
对绘制点进行曲线拟合，得到应力值与时间的关系式；以及
根据关系式对二氧化硅膜应力进行换算以得到二氧化硅膜应力的曲线拟合值，采用二氧化硅膜的相对应力对薄膜进行监测，其中，二氧化硅膜的相对应力为实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅膜应力监测方法，其特征在于还包括：设定一个相对应力阈值范围；并且判断实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差是否处于所述相对应力阈值范围内，并且当实测二氧化硅膜应力值与曲线拟合值之差处于所述相对应力阈值范围内时，判断二氧化硅膜制备设备工作正常。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化硅膜应力监测方法，其特征在于，二氧化硅薄膜是采用等离子体增强化学气相沉积方法制备的，并且二氧化硅薄膜的沉积温度范围为150-300℃。
4.根据权利要求1或2所述的二氧化硅膜应力监测方法，其特征在于，二氧化硅膜应力随时间变化而不断增加。
5.根据权利要求1或2所述的二氧化硅膜应力监测方法，其特征在于，通过二次多项式拟合来对绘制点进行曲线拟合。
6.根据权利要求1或2所述的二氧化硅膜应力监测方法，其特征在于，所述相对应力阈值范围是+/-10MPa的范围。
7.一种采用了根据权利要求1至6之一所述的二氧化硅膜应力监测方法的半导体器件制造方法。
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