CN108538738A - 用于检测氮浓度的结构及方法 - Google Patents

用于检测氮浓度的结构及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108538738A
CN108538738A CN201710128366.0A CN201710128366A CN108538738A CN 108538738 A CN108538738 A CN 108538738A CN 201710128366 A CN201710128366 A CN 201710128366A CN 108538738 A CN108538738 A CN 108538738A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen concentration
layer
nitride layer
concentration
nitrogen
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
Application number
CN201710128366.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108538738B (zh
Inventor
刘媛娜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp, Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201710128366.0A priority Critical patent/CN108538738B/zh
Publication of CN108538738A publication Critical patent/CN108538738A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108538738B publication Critical patent/CN108538738B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements

Abstract

本发明提供一种用于检测氮浓度的结构及方法,包括:提供半导体衬底,在所述半导体衬底表面形成氧化层;在所述氧化层表面形成氮化物层,且所述氮化物层中掺杂有氮;在所述氮化物层表面形成一多晶硅层;采用X射线衍射测量所述氮化物层中氮的浓度。本发明中,采用X射线衍射对氮化物层中的氮浓度进行检测时多晶硅层能够阻挡X射线的部分能量,防止X射线对氮化物层中的氮的化合键造成损伤,且多晶硅层并不会降低X射线的强度,保证氮浓度测量的准确性和可靠性。

Description

用于检测氮浓度的结构及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体集成电路制造技术领域,尤其涉及一种用于检测氮浓度的结构 及方法。
背景技术
[0002] 半导体器件制造过程中,通常采用氮化物的介质材料,并且需要对氮化物中的氮 浓度进行检测,以便为后续工艺提供参考。参考图1中所示,目前,通常直接采用X射线衍射 (XRD)对半导体衬底10上的含氮结构11中的氮12的浓度进行检测,氮浓度的检测结果参考 图2中所示。图2中横坐标表示XRD检测的次数,纵坐标表示氮含氮结构12中的氮浓度。从图2 中可以看出,经过X射线检测之后,含氮结构12中的氮浓度产生变化,并逐渐升高。申请人研 究发现,这是由于检测过程中X射线会对氮的化学键产生破坏,从而导致检测结果产生差 异。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供用于检测氮浓度的结构方法,解决现有技术中测定的氮浓 度不准确的技术问题。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明提供一种检测氮浓度的方法,包括:
[0005] 提供半导体衬底,在所述半导体衬底表面形成一氧化层;
[0006] 在所述氧化层表面形成一氮化物层;
[0007] 在所述氮化物层表面形成一多晶硅层;
[0008] 采用X射线衍射测量所述氮化物层中氮的浓度。
[0009] 可选的,所述氮化物层中氮掺杂的浓度为20 %〜30 %。
[0010] 可选的,间隔不同时间多次采用X射线衍射测量所述氮化物层中氮的浓度,测得的 氮浓度的标准差小于等于0.02。
[0011] 可选的,采用热氧化工艺形成所述氧化层。
[0012] 可选的,将所述半导体衬底置于通入氧气的炉管中,采用800°C〜1000°C的温度在 所述半导体衬底表面形成所述氧化层。
[0013] 可选的,所述氧化层的材料为氧化硅,所述氧化层的厚度为1〇〇又~200人。
[0014] 可选的,采用化学气相沉积工艺形成所述氮化物层。
[0015] 可选的,化学气相沉积工艺形成所述氮化物层时采用的温度为550°C〜650°C。
[0016] 可选的,所述氮化物层的材料为氮氧化硅,所述氮化物层的厚度为2〇0人~ UXK)人。
[0017] 可选的,采用化学气相沉积工艺形成所述多晶硅层。
[0018] 可选的,所述多晶硅层的厚度为丨〇〇人〜20〇A。
[0019] 相应的,本发明还提供一种用于检测氮浓度的结构,适用于采用X射线衍射测量氮 化物层中的氮浓度,所述用于检测氮浓度的结构包括:半导体衬底以及依次位于所述半导 体衬底表面的氧化层、氮化物层和多晶硅层度。
[0020] 可选的,所述氮化物层中氮掺杂的浓度为20 %〜30 %。
[0021] 可选的,所述氧化层的材料为氧化硅,所述氧化层的厚度为丨〇()人~200人。
[0022] 可选的,所述氮化物层的材料为氮氧化硅,所述氮化物层的厚度为lGGG/i。
[0023] 可选的,所述多晶硅层的厚度为
[0024] 与现有技术相比,本发明提供的用于检测氮浓度的结构及方法中,依次在所述半 导体衬底上形成氧化层、氮化物层及多晶硅层。本发明中,采用X射线衍射对氮化物层中的 氮浓度进行检测时,多晶硅层能够阻挡X射线的部分能量,防止X射线对氮化物层中的氮的 化合键造成损伤,且多晶硅层并不会降低X射线的强度,保证氮浓度测量的准确性和可靠 性。
附图说明
[0025] 图1为现有技术检测氮浓度的结构示意图;
[0026] 图2为现有技术检测半导体衬底中氮浓度的趋势图;
[0027] 图3为本发明一实施例中检测氮浓度方法的流程图;
[0028] 图4为本发明一实施例中半导体衬底及氧化层的结构示意图;
[0029] 图5为本发明一实施例中形成氮化物层的结构示意图;
[0030] 图6为本发明一实施例中形成多晶娃层的结构不意图;
[0031] 图7为本发明一实施例中X射线衍射检测氮浓度的结构示意图;
[0032] 图8为本发明一实施例中检测半导体衬底中氮浓度的趋势图。
具体实施方式
[0033] 下面将结合示意图对本发明的用于检测氮浓度的结构及方法进行更详细的描述, 其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明, 而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛 知道,而并不作为对本发明的限制。
[0034] 为了清楚,不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能 和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开 发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的 限制,由一个实施例改变为另一个实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费 时间的,但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0035] 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要 求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0036] 本发明的核心思想在于,提供的检测氮浓度的方法中,依次在所述半导体衬底上 形成氧化层(即含氧的化合物层)、氮化物层(即含氮的化合物层)及多晶硅层。采用X射线衍 射对氮化物层中的氮浓度进行检测时,多晶硅层能够阻挡X射线的部分能量,防止X射线对 氮化物层中的氮的化合键造成损伤,且多晶硅层并不会降低X射线的强度,保证氮浓度测量 的准确性和可靠性。
[0037] 下文结合附图对本发明的用于检测氮浓度的结构及方法进行详细说明,图3为检 测氮浓度方法的流程图,图4〜图7为各步骤对应的结构示意图,图8为检测的氮浓度的曲线 图。本发明的检测氮浓度的方法包括如下步骤:
[0038] 首先,执行步骤SI,参考图4所示,提供半导体衬底100,在所述半导体衬底100表面 形成一氧化层110,本实施例中,所述氧化层110用于保护半导体衬底100,防止后续氮掺杂 的过程损伤半导体衬底100,并采用热氧化工艺形成所述氧化层100。具体的,所述半导体衬 底100为硅衬底,将所述半导体衬底100置于通入氧气的炉管中,采用800°C〜1000°C的温度 在所述半导体衬底100表面形成所述氧化层110,例如,采用的温度为800°C、850°C、900°C、 950°C等形成氧化层110,半导体衬底100表面的硅与氧气反应形成氧化硅的氧化层110,所 述氧化层100的厚度为100人〜200人,例如
Figure CN108538738AD00051
等。当然,本发 明中还可以采用其他工艺方法形成所述氧化层110,例如,化学气相沉积工艺等,本发明对 此不予限制。
[0039] 接着,执行步骤S2,参考图5所示,在所述氧化层110的表面形成氮化物层120。本实 施例中,采用化学气相沉积工艺(CVD)形成所述氮化物层120,所述氮化物层的材料为氮氧 化硅,化学气相沉积工艺形成氧化硅的过程中,同时在反应气源中掺入含氮气源,如氨气、 氮气等,从而形成掺杂氮的氧化硅。并且,化学气相沉积工艺形成所述氮化物层120时采用 的温度为550°C〜650°C,例如,采用的温度为600°C、620°C等,所述氮化物层120的厚度为 200人〜1000盖〆列如
Figure CN108538738AD00052
等。本发明中,所述氮化物层120中 氮掺杂的浓度为20%〜30%。例如,22%、24%、26%、28%等,需要检测氮化物层120中的掺 杂氮的浓度,以检测工艺条件的可靠性,并为后续工艺提供参考。当然,本发明中还可以采 其他方式在所述氮化物层120中形成氮掺杂,例如,采用离子注入等方式,形成一氧化层后, 对氧化层进行氮离子注入,形成氮氧化层,对此本发明对此不予限制。
[0040] 之后,执行步骤S3,参考图6所示,在所述氮化物层120表面形成一多晶娃层130。本 实施例中,采用化学气相沉积工艺形成所述多晶硅层,所述多晶硅层的厚度为
Figure CN108538738AD00053
,例负
Figure CN108538738AD00054
亭。当然,在本发明的其他实施例中还 可以采用不同的工艺形成多晶硅层,例如,分子束外延等方式,本发明对此不予限制。本发 明中,多晶硅层130能够作为氮化物层120的保护层,降低X射线打在氮化物层120上的能量, 从而不破坏的氮的化学键,影响氮的掺杂浓度。并且,采用多晶硅作为氮化物层的保护层, 与现有工艺兼容,不影响现有的工艺流程。
[0041] 最后,执行步骤S4,参考图7所示,采用X射线衍射(XRD)测量所述氮化物层120中氮 121的浓度。需要说明的是,采用X射线衍射对氮化物层120中的氮浓度进行检测时,多晶硅 层130作为氮化物层120的保护层,多晶硅层130避免X射线直接打在氮化物层120上,能够阻 挡X射线的部分能量,降低在氮化物层120上的打击能量,防止X射线对氮化物层120中的氮 的化合键造成损伤,避免氮的化学键的损伤对后续工艺产生影响。并且,多晶硅层130并不 会降低X射线的强度,保证氮浓度测量的准确性和可靠性,为后续工艺条件提供参考。
[0042] 此外,本发明中间隔不同时间多次采用X射线衍射测量所述氮化物层120中氮的浓 度,其氮浓度(氮掺杂百分比浓度)的测量结果参考图8所示。对比图8的氮浓度结果与图2的 氮浓度结果可以看出,相对于现有技术的测量方法,图1中测得的氮浓度的标准差为ο. 08, 而图8中测得的氮浓度的标准差小于等于0.02,由此可见,本发明测量方法的氮浓度更为准 确、稳定可靠,
[0043] 相应的,本发明还提供一种用于检测氮浓度的结构,参考图6所示,用于检测氮浓 度的结构包括:半导体衬底100,依次层叠设置于所述半导体衬底100表面的氧化层110、氮 化物层120及多晶硅层130,并且,采用X射线衍射检测所述氮化物层120中的氮浓度,而采用 X射线衍射对氮化物层中的氮浓度进行检测时,多晶硅层130能够阻挡X射线的部分能量,防 止X射线对氮化物层中的氮的化合键造成损伤,且多晶硅层130并不会降低X射线的强度,从 而保证氮浓度测量的准确性和可靠性。
[0044] 综上所述,本发明提供的检测氮浓度的方法中,依次在所述半导体衬底上形成氧 化层、氮化物层及多晶硅层。本发明中,采用X射线衍射对氮化物层中的氮浓度进行检测时, 多晶硅层能够阻挡X射线的部分能量,防止X射线对氮化物层中的氮的化合键造成损伤,且 多晶硅层并不会降低X射线的强度,保证氮浓度测量的准确性和可靠性。
[0045] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1. 一种检测氮浓度的方法,其特征在于,包括: 提供半导体衬底,在所述半导体衬底表面形成一氧化层; 在所述氧化层表面形成一氮化物层; 在所述氮化物层表面形成一多晶硅层; 采用X射线衍射测量所述氮化物层中氮的浓度。
2. 如权利要求1所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,所述氮化物层中氮掺杂的浓度 为 20%〜30%。
3. 如权利要求1所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,间隔不同时间多次采用X射线 衍射测量所述氮化物层中氮的浓度,测得的氮浓度的标准差小于等于0.02。
4. 如权利要求1所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,采用热氧化工艺形成所述氧化 层。
5. 如权利要求4所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,将所述半导体衬底置于通入氧 气的炉管中,采用800°C〜IOOOtC的温度在所述半导体衬底表面形成所述氧化层。
6. 如权利要求5所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,所述氧化层的材料为氧化硅, 所述氧化层的厚度为I
7. 如权利要求1所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,采用化学气相沉积工艺形成所 述氮化物层。
8. 如权利要求7所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,化学气相沉积工艺形成所述氮 化物层时采用的温度为550 °C〜650 °C。
9. 如权利要求8所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,所述氮化物层的材料为氮氧化 硅,所述氮化物层的厚度为200A〜丨000人。
10. 如权利要求1所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,采用化学气相沉积工艺形成 所述多晶娃层D
11. 如权利要求10所述的检测氮浓度的方法,其特征在于,所述多晶硅层的厚度为 ιοοί 〜20〇A。
12. —种用于检测氮浓度的结构,适用于采用X射线衍射测量氮化物层中的氮浓度,所 述用于检测氮浓度的结构包括:半导体衬底以及依次位于所述半导体衬底表面的氧化层、 氮化物层和多晶娃层。
13. 如权利要求12所述的用于检测氮浓度的结构,其特征在于,所述氮化物层中氮掺杂 的浓度为20 %〜30 %。
14. 如权利要求12所述的用于检测氮浓度的结构,其特征在于,所述氧化层的材料为氧 化硅,所述氧化层的厚度为丨〇〇人〜200人。
15. 如权利要求12所述的用于检测氮浓度的结构,其特征在于,所述氮化物层的材料为 氮氧化硅,所述氮化物层的厚度为200人〜1000人。
16. 如权利要求12所述的用于检测氮浓度的结构,其特征在于,所述多晶硅层的厚度为 iooi-2D〇A〇
CN201710128366.0A 2017-03-06 2017-03-06 用于检测氮浓度的结构及方法 Active CN108538738B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710128366.0A CN108538738B (zh) 2017-03-06 2017-03-06 用于检测氮浓度的结构及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710128366.0A CN108538738B (zh) 2017-03-06 2017-03-06 用于检测氮浓度的结构及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108538738A true CN108538738A (zh) 2018-09-14
CN108538738B CN108538738B (zh) 2020-08-28

Family

ID=63489610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710128366.0A Active CN108538738B (zh) 2017-03-06 2017-03-06 用于检测氮浓度的结构及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108538738B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021180099A1 (zh) * 2020-03-10 2021-09-16 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

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000055841A (ja) * 1998-08-13 2000-02-25 Fujitsu Ltd X線分析方法
CN1505171A (zh) * 2002-12-05 2004-06-16 株式会社东芝 半导体器件和制造半导体器件的方法
CN1517703A (zh) * 2003-01-08 2004-08-04 松下电器产业株式会社 硅化物存在比率的测量方法、热处理温度的测量方法、半导体装置的制造方法以及x射线受光元件
CN100401493C (zh) * 2002-09-17 2008-07-09 富士通株式会社 半导体器件及其评估方法和处理条件评估方法
CN101403604A (zh) * 2008-10-22 2009-04-08 中国科学院上海技术物理研究所 外延薄膜表面保护测试技术
CN204045595U (zh) * 2014-09-05 2014-12-24 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 一种半导体结构
CN106257619A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 富士电机株式会社 碳化硅半导体装置的制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000055841A (ja) * 1998-08-13 2000-02-25 Fujitsu Ltd X線分析方法
CN100401493C (zh) * 2002-09-17 2008-07-09 富士通株式会社 半导体器件及其评估方法和处理条件评估方法
CN1505171A (zh) * 2002-12-05 2004-06-16 株式会社东芝 半导体器件和制造半导体器件的方法
CN1517703A (zh) * 2003-01-08 2004-08-04 松下电器产业株式会社 硅化物存在比率的测量方法、热处理温度的测量方法、半导体装置的制造方法以及x射线受光元件
CN101403604A (zh) * 2008-10-22 2009-04-08 中国科学院上海技术物理研究所 外延薄膜表面保护测试技术
CN204045595U (zh) * 2014-09-05 2014-12-24 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 一种半导体结构
CN106257619A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 富士电机株式会社 碳化硅半导体装置的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021180099A1 (zh) * 2020-03-10 2021-09-16 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
CN108538738B (zh) 2020-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7572052B2 (en) Method for monitoring and calibrating temperature in semiconductor processing chambers
Meyer et al. Analysis of amorphous layers on silicon by backscattering and channeling effect measurements
Usami et al. Direct evidence of Mg diffusion through threading mixed dislocations in GaN p–n diodes and its effect on reverse leakage current
Petersen et al. Review of electrical characterization of ultra-shallow junctions with micro four-point probes
JP2013536942A (ja) 酸素濃度をマッピングする方法
Cuscunà et al. On-chip fabrication of ultrasensitive NO2 sensors based on silicon nanowires
Shaneyfelt et al. Impact of passivation layers on enhanced low-dose-rate sensitivity and pre-irradiation elevated-temperature stress effects in bipolar linear ICs
US11162845B2 (en) Method and apparatus for measuring temperature
CN108538738A (zh) 用于检测氮浓度的结构及方法
EP3734648A1 (en) Method for evaluating silicon wafer
JP2005317562A (ja) 不純物金属濃度測定の方法
CN103278518A (zh) 氧化层中的氯含量的检测方法
CN104296887B (zh) 一种实现稳定测温的测温装置及其所在的半导体设备
US9297774B2 (en) Determination of the interstitial oxygen concentration in a semiconductor sample
Yoo et al. Room Temperature Photoluminescence and Raman Characterization of Interface Characteristics of SiN/SiO2/Si Prepared under Various Deposition Techniques and Conditions
Matsuoka et al. Identification of a paramagnetic recombination center in silicon/silicon-dioxide interface
JP3690484B2 (ja) シリコン基板表面の金属不純物分析方法
Merkulov et al. Advanced secondary ion mass spectroscopy quantification in the first few nanometer of B, P, and As ultrashallow implants
Tang et al. Investigation of borophosphosilicate glass roughness and planarization with the atomic force microscope technique
Buyuklimanli et al. Near-surface secondary-ion-mass-spectrometry analyses of plasma-based B ion implants in Si
CN103681392B (zh) 机械性刮伤检测的方法
Yarykin et al. Nickel Interaction with Vacancy‐Type Radiation Defects in Silicon
Walther Measurement of Nanometre-Scale Gate Oxide Thicknesses by Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy in a Scanning Electron Microscope Combined with Monte Carlo Simulations
Salnick et al. Simultaneous determination of ultra-shallow junction depth and abruptness using thermal wave technique
Friedrich et al. Triplet recombination at P b centers and its implications for capture cross sections

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant