CN110243331B - 非晶碳膜的膜厚监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶碳膜的膜厚监测方法，包括如下步骤：步骤一、采用乙炔作为碳源气体进行非晶碳膜生长，乙炔存储在乙炔钢瓶中且乙炔钢瓶中采用丙酮作为乙炔的溶剂。步骤二、通过实时监测所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量来在线监测所述非晶碳膜的厚度。本发明能快速预测非晶碳膜的厚度，节约晶圆、时间和人力成本。

Description

非晶碳膜的膜厚监测方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别涉及一种非晶碳膜(APF)的膜厚监测方法。
背景技术
在半导体集成电路制造中，通常采用乙炔即C2H2作为碳源生长APF，生长工艺能采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺。乙炔通常是储存在乙炔钢瓶(Tank)中且乙炔钢瓶中采用丙酮作为乙炔的溶剂。由丙酮溶剂的沸点为56.6℃，易挥发,在生产过程中，随着钢瓶内乙炔的消耗，乙炔气流里的丙酮含量越来越高，导致APF厚度不稳定,为此需要频繁的更换Tank；同时也会增加对APF膜厚的测试频率以及对APF生长机台的测机频率；而由于APF厚度不稳定，在每天进行一次的日常检测(Daily Monitor)中，容易出现APF膜厚超出规格范围(Out Of Specification，OOS)的情形；当APF膜厚超范围时，需要停机进行检测并进行相应的工艺调整和重新测试，测试时需要消耗半导体衬底如硅衬底形成的晶圆(Wafer)；APF生长机台将停机而不能生成，所以会影响生产时间；同时，还需要额外的人手进行处理，会增加人力成本，所以现有对晶圆以及时间和人力(Manpower)都会造成浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非晶碳膜的膜厚监测方法，能快速预测非晶碳膜的厚度，节约晶圆、时间和人力成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的非晶碳膜的膜厚监测方法，包括如下步骤：
步骤一、采用乙炔作为碳源气体进行非晶碳膜生长，所述乙炔存储在乙炔钢瓶中且所述乙炔钢瓶中采用丙酮作为所述乙炔的溶剂。
步骤二、通过实时监测所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量来在线监测所述非晶碳膜的厚度。
进一步的改进是，步骤一中采用PECVD工艺生长所述非晶碳膜。
进一步的改进是，所述非晶碳膜形成在半导体衬底的晶圆表面。
进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。
进一步的改进是，在进行步骤二之前，还包括确定所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量和所述非晶碳膜的厚度的关系曲线的步骤。
进一步的改进是，所述关系曲线通过对收集之前已生产的所述非晶碳膜的厚度和对应的所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量的数据得到。
进一步的改进是，将所述乙炔用量控制在所述关系曲线为线性曲线的范围内。
进一步的改进是，在所述关系曲线的线性曲线范围内，随着所述乙炔用量的减小，所述乙炔钢瓶中的丙酮挥发增加，用于生长所述非晶碳膜的所述乙炔中的丙酮含量增加，所述非晶碳膜的厚度变小。
进一步的改进是，将所述乙炔用量控制在5千克～10.5千克。
进一步的改进是，步骤二之后，还包括如下步骤：
步骤三、根据对所述非晶碳膜的厚度的监测结果，对步骤一中所述非晶碳膜的生长工艺条件进行调整，使所述非晶碳膜保持在规格范围(Spec)内。
进一步的改进是，步骤三中，通过对所述非晶碳膜的生长工艺的时间进行调整，使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
进一步的改进是，所述非晶碳膜的生长机台在无故障时会连续不断的进行生产，在生产过程中还包括每天进行一次的日常检测。
进一步的改进是，当所述日常检测的结果正常时，所述非晶碳膜的生长机台正常并继续进行后续生产；当所述日常检测的结果超出规格范围时，需停止所述非晶碳膜的生长机台的生长并进行故障排除。
进一步的改进是，当所述日常检测的结果中所述非晶碳膜的厚度超出规格范围时，需停止所述非晶碳膜的生长机台的生长并调节所述非晶碳膜的生长工艺调节直至使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
进一步的改进是，当所述乙炔用量超出所述关系曲线为线性曲线的范围时，更换所述乙炔钢瓶。
本发明突破了现有技术中通过在非晶碳膜生长之后再对非晶碳膜的厚度进行测量的方法来监测非晶碳膜厚度的常规思维的限制，并很好的利用了乙炔钢瓶中的乙炔用量会对非晶碳膜的膜厚产生影响的特点，来实时监测乙炔钢瓶中的乙炔用量在线监测非晶碳膜的厚度。本发明方法中进行读取乙炔钢瓶中的乙炔用量即可，具有实时性，能实现非晶碳膜的厚度在线监测、快速预测非晶碳膜的厚度，为此能节约测试时间。
本发明方法不需要在额外的测试晶圆上生长非晶碳膜之后再测量生长的非晶碳膜的厚度来实现非晶碳膜的膜厚监测，故本发明不需要采用额外的测试晶圆，能节约晶圆成本。
另外，本发明能通过根据非晶碳膜厚度的在线监测，当预测到非晶碳膜的厚度将会偏离规格范围时，提前进行非晶碳膜生长工艺参数如生长时间的调整，从而能使生长的非晶碳膜的厚度一直能保持在规格范围内，不仅能提高产品质量，而且提高测机如每天一次的daily monitor的成功率。daily monitor的成功率的增加，能进一步节省晶圆用量，也能节省测试时间和人力成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例非晶碳膜的膜厚监测方法的流程图；
图2是本发明实施例方法中的乙炔用量和非晶碳膜的厚度的关系曲线。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例非晶碳膜的膜厚监测方法的流程图；本发明实施例非晶碳膜的膜厚监测方法，包括如下步骤：
步骤一、采用乙炔作为碳源气体进行非晶碳膜生长，所述乙炔存储在乙炔钢瓶中且所述乙炔钢瓶中采用丙酮作为所述乙炔的溶剂。
较佳选择为，采用PECVD工艺生长所述非晶碳膜。
所述非晶碳膜形成在半导体衬底如硅衬底的晶圆表面。
步骤二、通过实时监测所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量来在线监测所述非晶碳膜的厚度。
本发明实施例中，在进行步骤二之前，还包括确定所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量和所述非晶碳膜的厚度的关系曲线的步骤。
较佳选择为，所述关系曲线通过对收集之前已生产的所述非晶碳膜的厚度和对应的所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量的数据得到。如果之前已经有所述关系曲线的话，不在需要另外收集，直接采用已收集的曲线即可。
将所述乙炔用量控制在所述关系曲线为线性曲线的范围内。
在所述关系曲线的线性曲线范围内，随着所述乙炔用量的减小，所述乙炔钢瓶中的丙酮挥发增加，用于生长所述非晶碳膜的所述乙炔中的丙酮含量增加，所述非晶碳膜的厚度变小。
将所述乙炔用量控制在5千克～10.5千克。
如图2所示，曲线101是本发明实施例方法中收集得到的乙炔用量和非晶碳膜的厚度的关系曲线，乙炔用量直接采用所述乙炔钢瓶的质量来表示；图2中，横坐标表示乙炔用量，纵坐标表示形成相同厚度的所述APF时所需要的生长时间，图2中可以看出，曲线101为线性曲线，对应的拟合公式为：
y＝-0.0253*x+11.382，R2＝0.9978。
步骤二之后，还包括如下步骤：
步骤三、根据对所述非晶碳膜的厚度的监测结果，对步骤一中所述非晶碳膜的生长工艺条件进行调整，使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
较佳选择为，步骤三中，通过对所述非晶碳膜的生长工艺的时间进行调整，使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
所述非晶碳膜的生长机台在无故障时会连续不断的进行生产，在生产过程中还包括每天进行一次的日常检测。
当所述日常检测的结果正常时，所述非晶碳膜的生长机台正常并继续进行后续生产；当所述日常检测的结果超出规格范围时，需停止所述非晶碳膜的生长机台的生长并进行故障排除。由于，本发明实施例方法中能使所述非晶碳膜保持在规格范围内，故能降低日常检测的结果超出规格范围的几率，即本发明实施例方法能提高测试成功率。
当所述日常检测的结果中所述非晶碳膜的厚度超出规格范围时，需停止所述非晶碳膜生长机台的生长并调节所述非晶碳膜的生长工艺调节直至使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
当所述乙炔用量超出所述关系曲线为线性曲线的范围时，更换所述乙炔钢瓶。
本发明实施例方法突破了现有技术中通过在非晶碳膜生长之后在对非晶碳膜的厚度进行测量的方法来监测非晶碳膜的膜厚的常规思维的限制，并很好的利用了乙炔钢瓶中的乙炔用量会对非晶碳膜的膜厚产生影响的特点来通过实时监测乙炔钢瓶中的乙炔用量来在线监测非晶碳膜的厚度，本发明方法中进行读取乙炔钢瓶中的乙炔用量即可，具有实时性，能实现非晶碳膜厚度的在线监测且能快速预测非晶碳膜的厚度，能节约测试时间。
本发明实施例方法不需要在额外的测试晶圆上生长非晶碳膜之后再测量生长的非晶碳膜的厚度来实现非晶碳膜的膜厚监测，故本发明不需要采用额外的测试晶圆，能节约晶圆成本。
另外，本发明实施例方法能通过根据非晶碳膜的厚度的在线监测，当预测到非晶碳膜的厚度将会偏离规格范围时，提前进行非晶碳膜生长工艺参数如生长时间的调整，从而能使生长的非晶碳膜的厚度一直能保持在规格范围内，不仅能提高产品质量，而且提高测机如每天一次的daily monitor的成功率。daily monitor的成功率的增加，能进一步节省晶圆用量，也能节省测试时间和人力成本。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采用乙炔作为碳源气体进行非晶碳膜生长，所述乙炔存储在乙炔钢瓶中且所述乙炔钢瓶中采用丙酮作为所述乙炔的溶剂；
步骤二、通过实时监测所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量来在线监测所述非晶碳膜的厚度；
在进行步骤二之前，还包括确定所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量和所述非晶碳膜的厚度的关系曲线的步骤；
所述关系曲线通过对收集之前已生产的所述非晶碳膜的厚度和对应的所述乙炔钢瓶中的所述乙炔用量的数据得到；步骤二中，将所述乙炔用量控制在所述关系曲线为线性曲线的范围内；
在所述关系曲线的线性曲线范围内，随着所述乙炔用量的减小，所述乙炔钢瓶中的丙酮挥发增加，用于生长所述非晶碳膜的所述乙炔中的丙酮含量增加，所述非晶碳膜的厚度变小；
步骤三、根据对所述非晶碳膜的厚度的监测结果，对步骤一中所述非晶碳膜的生长工艺条件进行调整，使所述非晶碳膜保持在规格范围内；
步骤三中，通过对所述非晶碳膜的生长工艺的时间进行调整，使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
2.如权利要求1所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：步骤一中采用PECVD工艺生长所述非晶碳膜。
3.如权利要求2所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：所述非晶碳膜形成在半导体衬底的晶圆表面。
4.如权利要求3所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底。
5.如权利要求1所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：将所述乙炔用量控制在5千克～10.5千克。
6.如权利要求1所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：所述非晶碳膜的生长机台在无故障时会连续不断的进行生产，在生产过程中还包括每天进行一次的日常检测。
7.如权利要求6所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：当所述日常检测的结果正常时，所述非晶碳膜的生长机台正常并继续进行后续生产；当所述日常检测的结果超出规格范围时，需停止所述非晶碳膜的生长机台的生长并进行故障排除。
8.如权利要求7所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：当所述日常检测的结果中所述非晶碳膜的厚度超出规格范围时，需停止所述非晶碳膜的生长机台的生长并调节所述非晶碳膜的生长工艺调节直至使所述非晶碳膜保持在规格范围内。
9.如权利要求1所述的非晶碳膜的膜厚监测方法，其特征在于：当所述乙炔用量超出所述关系曲线为线性曲线的范围时，更换所述乙炔钢瓶。
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