CN103646896B - 判断干法去胶工艺稳定性和匹配性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种判断干法去胶工艺稳定性和匹配性的方法，属于集成电路领域。判断干法去胶工艺稳定性的方法包括：通过获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；基于自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺前后热氧化膜的反射系数，判断干法去胶工艺稳定性和匹配性。本发明中，通过膜厚信息实现了干法去胶工艺稳定性和匹配性的判断。

Description

判断干法去胶工艺稳定性和匹配性的方法
技术领域
本发明属于集成电路领域，具体地说，涉及一种判断干法去胶工艺稳定性和匹配性的方法。
背景技术
干法去胶工艺是指在一定温度、压力和功率作用下，使氧气与光刻胶发生反应，从而达到去除光刻胶目的反应过程。在产能的需求下，为了达到较快的反应速率，通常需求250℃以上高温条件。在这种高温条件下，氧气会与硅表面发生扩散为主的热氧化反应，消耗衬底硅，在晶圆表面生成10～20A厚的热氧化膜。该氧化膜的性质会对离子掺杂深度比较浅的工艺步骤产生较大的影响，从而影响器件的电性能。
在110纳米节点之前，干法去胶工艺通常使用氧气和氮气，在去胶过程中生成的表面热氧化膜对器件电性能的影响不大。但是，随着技术节点的缩小，在90纳米、65纳米乃至45纳米阶段，干法去胶工艺也在不断发展，使用的多种气体的混合工艺气体，比如使用氧气、氢气、氮气的混合工艺气体，而且随着掺杂能量的不同，各工艺气体的配比亦随之变化。这种情况下，干法去胶工艺过程中所形成的表面热氧化膜厚度已不可忽略。尤其在一般的CMOS工艺中，通常伴有十几道离子注入工艺，因此，干法去胶工艺中表面热氧化膜累积效应和叠加影响会对器件的电性能带来很大的影响。
另外，不同设备供应商、不同型号间的设备工艺匹配上，由于机台型号和构造的不同，在工艺开发和工艺转移过程中，干法去胶工艺所生成的氧化膜对器件电性能的影响，也成为设备或者工艺的一个重要的评价标准。
现有技术中，在对干法去胶工艺的稳定性进行判断时，通常只依赖于晶圆的缺陷结果。但是，这种方案仅适用于产品工艺开发的初期，一旦基准条件确定，在后续的工艺条件展开和工艺机台匹配时，只能通过最终的电学特性来判断工艺匹配程度，这通常需要一个月甚至一个半月的时间，延长了机台的评价周期以及迟滞了产能提升的需求。
现有技术中，在判断工艺的匹配时，使用膜厚量测仪仅对干法去胶工艺所产生的热氧化膜厚度进行监控。但是，以热氧化膜的厚度相同并不代表膜质的相同，而热氧化膜在化学药液中的反应速率主要与热氧化膜的性质和结构直接相关。离子去胶工艺是由干法去胶和湿法清洗两步工艺完成，膜质的差异会导致表面热氧化膜在湿法清洗液中的损失量不同，从而引发器件性能的区别，这类不同，也只能在最终的产品电学特性中得到反馈。
综上，现有手段无法及时而准确的反馈膜质的信息，从而不能对干法去胶工艺的稳定性进行精确的判断，无法实现对生产机台间的工艺匹配进行有效的评价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种判断干法去胶工艺稳定性和匹配性的方法，用以部分或全部克服、部分或全部解决现有技术存在的上述技术问题。
为了部分或全部克服、部分或全部解决上述技术问题，本发明提供了一种判断干法去胶工艺稳定性的方法，其包括：
获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；
获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；
根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数，判断干法去胶工艺稳定性。
优选地，在本发明的一实施例中，获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差包括：
使用第一清洗液处理硅光片，并量取在所述硅光片表面形成的自然氧化膜厚度；
在选定的干法去胶工艺条件下，对所述硅光片进行光刻胶去除处理，并量取在所述硅光片表面形成的初始热氧化膜的厚度；
根据自然氧化膜的厚度和干法去胶工艺处理后的所述初始热氧化膜的厚度，获取干法去胶工艺前后硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差。
优选地，在本发明的一实施例中，所述第一清洗液包括：稀释的氢氟酸、硫酸双氧水混合物、及1号标准清洗液(氨水和双氧水的混合物)。
优选地，在本发明的一实施例中，所述第二清洗液包括：硫酸双氧水混合物及65℃1号标准清洗液处。
优选地，在本发明的一实施例中，所述干法去胶工艺条件为：反应压力为0.5～2T，反应温度为200～300℃，反应功率为500～3000W，O2气体流量为1000～5000sccm，H2和N2气体流量为1000～5000sccm，反应时间为60～100s。
为了部分或全部克服、部分或全部解决上述技术问题，本发明提供了一种判断干法去胶工艺匹配性的方法，其可以包括：
获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；
获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；
根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数分别与预设的基准参数进行比对，判断干法去胶工艺的匹配性。
与现有的方案相比，本发明中，通过获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；基于自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数，判断干法去胶工艺稳定性和匹配性，从而通过膜厚信息实现了干法去胶工艺稳定性和匹配性的判断。
附图说明
图1为本发明实施例一中判断干法去胶工艺稳定性的方法流程图；
图2所示为图1实施例中步骤101的具体流程图；
图3为本发明实施例二中判断干法去胶工艺匹配性的方法流程图；
图4为现有技术和本发明中氧化膜增加和反射系数的对照图；
图5为光反射系数与化学药液刻蚀速率关系图。
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明的下述实施例中，通过获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数，判断干法去胶工艺稳定性和匹配性，从而通过膜厚信息实现了干法去胶工艺稳定性和匹配性的判断。
本发明下述实施例中，以非产品晶圆作为示例进行说明。
图1为本发明实施例一中判断干法去胶工艺稳定性的方法流程图；如图1所示，其可以包括：
步骤101、获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；
步骤102、获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；
步骤103、根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数，判断干法去胶工艺稳定性。
图2所示为图1实施例中步骤101的具体流程图；如图2所示，步骤101可以具体包括：
步骤111、使用第一清洗液处理硅光片，并量取在所述硅光片表面形成的自然氧化膜厚度；
步骤121、在选定的干法去胶工艺条件下，对所述硅光片进行光刻胶去除处理，并量取在所述硅光片表面形成的初始热氧化膜的厚度；
步骤131、根据自然氧化膜的厚度和干法去胶工艺处理后的所述初始热氧化膜的厚度，获取干法去胶工艺前后硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差。
本实施例中，所述第一清洗液可以包括：稀释的氢氟酸、硫酸双氧水混合物、及1号标准清洗液。1号标准清洗液实际上是氨水和双氧水的混合物。其中，氢氟酸去除表面自然氧化膜，硫酸双氧水混合物及1号标准清洗液是去除晶圆表面的颗粒。
至于第一清洗液中各个组分的比重关系，并无具体限定，本领域普通技术人员可以根据实际需求灵活配置。
但是，对于第一清洗液的组成等，本发明实施例只是示意性的进行说明。实际上，根据不同类型的干法去胶工艺要求，可以选择有其他化学组分构成的第一清洗液，只要达到同样的技术效果即可。
在上述实施例中，所述干法去胶工艺条件可以为：反应压力为0.5～2T，反应温度为200～300℃，反应功率为500～3000W，O2气体流量为1000～5000sccm，H2和N2气体流量为1000～5000sccm，反应时间为60～100s。具体的化学反应如下：
但是，需要说明的是，上述干法去胶工艺的条件只是示意性的说明，本领域普通技术人员可以根据具体的工艺条件、工艺设备，灵活设置上述工艺条件，在此不再赘述。
图3为本发明实施例二中判断干法去胶工艺匹配性的方法流程图；如图3所示，其可以包括：
步骤301、获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；
步骤302、获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；
步骤303、根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数分别与预设的基准参数进行比对，判断干法去胶工艺的匹配性。
其中，步骤301和步骤302分别类似于图1中的步骤101和102，在此不再赘述。
本实施例中，在步骤303,如果判定自然氧化膜与预设的基准参数不匹配，则需要重新调整干法去胶工艺的条件，重新执行步骤301和302。如果干法去胶工艺前后热氧化膜的反射系数与预设的基准参数不匹配，则同样需要重新调整干法去胶工艺的条件，重新执行步骤301和302。直到自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和清洗前后干法去胶工艺前后热氧化膜的反射系数均匹配，才能得出干法去胶工艺匹配的判定结果。
在上述实施例中，量取厚度时，可以具体使用膜厚测量机器(KT-aleris)来实现。
在上述实施例中,根据产品的规格要求，厚度差的基准条件可以为误差diff小于0.5A。如果产品的规格要求更严，该误差也可以更小。反射系数判断的基准条件小于0.05。该反射系数越小，就标明越匹配。
在上述实施例中，假设自然氧化膜的厚度记为T1，初始热氧化膜的厚度记为T2，厚度差记为Tgrowth，反射系数记为Nfilm，Tgrowth计算方法如下：
Tgrowth＝T2-T1；
而反射系数则是通过在建立可反馈膜质光反射系数的程式，通过膜厚测量机器可直接量取得到。
下面对现有技术和本发明上述实施例中，氧化膜的增加量即厚度差Tgrowth、反射系数进行比对说明，以突显本发明上述实施例技术方案的技术效果。
图4为现有技术和本发明中氧化膜增加和反射系数的对照图；如图4所示，现有技术中，氧化膜增加量分别为14.6A和14.5A，结果完全匹配。但在本发明所提出的新的评价数据下，可以看到不同条件下生成的氧化硅膜的光反射系数有明显差异，分别为1.65和1.85，表明膜质的化学组成不同，反射系数越高，氮含量越高。而氮含量越高，在产品上经过化学药液清洗时的刻蚀速率会越慢。
图5为光反射系数与化学药液刻蚀速率关系图；如图5所示，光反射系数值越高，在化学药液中的刻蚀速率也随之降低。因此在氧化膜增加量相同的条件下，假如本发明的热氧化膜化学刻蚀速率为6.6A/5min，低于现有技术中的8.5A/5min。假如每经过一次干法去胶工艺在晶圆表面会产生1.6A的氧化膜厚度差异，因此，在后续的干法艺中，离子注入的深度和分布会产生不同，导致晶体管接触电阻的阻值也会发生变化，从而影响晶圆的稳定性。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种判断干法去胶工艺稳定性的方法，其特征在于，包括：
获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；
获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；
根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数，判断干法去胶工艺稳定性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差包括：
使用第一清洗液处理硅光片，并量取在所述硅光片表面形成的自然氧化膜厚度；
在选定的干法去胶工艺条件下，对所述硅光片进行光刻胶去除处理，并量取在所述硅光片表面形成的初始热氧化膜的厚度；
根据自然氧化膜的厚度和干法去胶工艺处理后的所述初始热氧化膜的厚度，获取干法去胶工艺前后硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一清洗液包括：稀释的氢氟酸、硫酸双氧水混合物、及氨水和双氧水的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干法去胶工艺条件为：反应压力为0.5～2T，反应温度为200～300℃，反应功率为500～3000W，O2气体流量为1000～5000sccm，H2和N2气体流量为1000～5000sccm，反应时间为60～100s。
5.一种判断干法去胶工艺匹配性的方法，其特征在于，包括：
获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和初始热氧化膜的厚度差；
获取干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数；
根据自然氧化膜和热氧化膜的厚度差和干法去胶工艺后硅光片热氧化膜的反射系数分别与预设的基准参数进行比对，判断干法去胶工艺的匹配性。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取干法去胶工艺前后，硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差包括：
使用第一清洗液处理硅光片，并量取在所述硅光片表面形成的自然氧化膜厚度；
在选定的干法去胶工艺条件下，对所述硅光片进行光刻胶去除处理，并量取在所述硅光片表面形成的初始热氧化膜的厚度；
根据自然氧化膜的厚度和干法去胶工艺处理后的所述初始热氧化膜的厚度，获取干法去胶工艺前后硅光片表面自然氧化膜和热氧化膜的厚度差。
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