CN112924532A - 一种检测金属离子含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测金属离子含量的方法，所述方法包括以下步骤：S1、在晶圆需要检测金属离子含量的位置输入能够与晶圆的衬底发生化学反应的第一物质，其中，所述第一物质与所述衬底发生化学反应生成第二物质，所述第二物质从所述衬底的表面渗入所述衬底的内部；S2、检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。由于所述第二物质容纳了晶圆的衬底表面所有的金属离子及衬底内部大部分的金属离子，检测出的金属离子含量不仅包括衬底表面的金属离子含量，而且包括渗入衬底内部的大部分金属离子含量，从而提高了金属离子含量检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种检测金属离子含量的方法。
背景技术
在半导体制造过程中，硅膜的表面和内部会被金属离子污染，影响产品的质量。例如，参考图1所示，在利用STI(Shallow Trench Isolation，浅槽隔离)刻蚀腔体生产CIS(CMOS Image Senor，互补金属氧化物半导体图像传感器)产品时，需要对SiN(氮化硅)层和Si(硅)层进行刻蚀，然后进行高温除胶，CIS产品一直存在白色像素偏高的问题，出现白色像素(White Pixel，WP)偏高的问题与金属离子(Metal Ion)污染有关，现有的管控方式通常是通过对刻蚀腔体进行金属污染管控，即利用ICPMS(Inductively Coupled PlasmaMass Spectrometry，电感耦合等离子体质谱)机台进行日常监控并进行SPC(StatisticalProcess Control，统计过程控制)管理。但在实际生产过程中，在沟槽刻蚀后会有一部分金属离子经过高温除胶阶段(High Temperature Strip Step)扩散到像素(Pixel)区域的硅膜层中，逻辑(Logic)区域的金属离子对白色像素的影响较小，可以不用测量。
利用ICPMS机台测量检测金属离子含量的步骤主要包括：将刻蚀后的晶圆放入机台内，在晶圆表面滴扫描液，利用扫描液收集金属离子，检测扫描液中金属离子的含量。
然而，利用现有的检测金属离子含量的方法，只能检测晶圆的衬底表面的金属离子含量，不能检测渗入衬底内部的金属离子含量，这样造成检测结果不准确。
发明内容
本发明提供了一种检测金属离子含量的方法，以解决现有的金属离子检测方式只能检测晶圆的衬底表面的金属离子含量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种检测金属离子含量的方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在晶圆需要检测金属离子含量的位置输入能够与晶圆的衬底发生化学反应的第一物质，其中，所述第一物质与所述衬底发生化学反应生成第二物质，所述第二物质从所述衬底的表面渗入所述衬底的内部；
S2、检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。
可选的，所述衬底为硅，所述第一物质为氧气。
可选的，所述衬底为硅，所述第一物质为臭氧、水蒸气、氮气、氟气或氯气。
可选的，所述第二物质为二氧化硅，所述二氧化硅的厚度为30A～50A。
可选的，所述二氧化硅的厚度为40A。
可选的，所述氧气的流量速率为200～300sccm。
可选的，所述步骤S1之前还包括以下步骤：
S0、将晶圆放入刻蚀腔体中，对所述晶圆的衬底进行刻蚀处理。
可选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：将所述晶圆放入ICPMS机台中，利用所述ICPMS机台检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。
可选的，所述步骤S2之后还包括以下步骤：
S3、对未发生所述化学反应的晶圆对应的需要检测金属离子含量的位置进行金属离子含量检测，得到第一测量结果；
S4、将所述第二物质中所包含的金属离子含量作为第二测量结果，并将所述第二测量结果减去所述第一测量结果，得到所述衬底内部的金属离子含量。
本发明提供的一种检测金属离子含量的方法，所述第二物质容纳了晶圆的衬底表面所有的金属离子及衬底内部大部分的金属离子，检测出的金属离子含量不仅包括衬底表面的金属离子含量，而且包括渗入衬底内部的大部分金属离子含量，从而提高了金属离子含量检测的准确性。
附图说明
图1是对CIS产品进行高温除胶后的结构示意图，图中的⊕表示金属离子。
图2是本发明一实施例提供的对CIS产品的像素区域输入氧气时的结构示意图，图中的箭头表示氧气，斜线填充区域表示二氧化硅层。
图3是本发明一实施例提供的一种检测金属离子含量的方法的流程示意图。
图4中的曲线1、曲线2、曲线3分别对应刻蚀腔体预防保养后白色像素含量、二氧化硅的厚度为40A时铁元素含量、二氧化硅的厚度为0A时铁元素含量与刻蚀腔体射频时数之间的函数曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的一种检测金属离子含量的方法作进一步详细说明。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。
本实施例提供了一种检测金属离子含量的方法，参考图2和图3所示，所述方法包括以下步骤：
S1、在晶圆需要检测金属离子含量的位置输入能够与晶圆的衬底发生化学反应的第一物质，其中，所述第一物质与所述衬底发生化学反应生成第二物质，所述第二物质从所述衬底的表面渗入所述衬底的内部。
现有的晶圆的衬底通常是硅，当衬底是硅时，所述第一物质可以是氧气，氧气和硅可以发生氧化反应，生成的所述第二物质为二氧化硅。二氧化硅具有一定的厚度，二氧化硅的内部容纳了衬底表面及衬底内部大部分的金属离子。
在其它实施例中，晶圆的衬底也可以是锗或者其它新型的可以作为衬底的材料。当衬底的材质变化时，所述第一物质可以随之变化，只要所述第一物质和衬底能发生化学反应生成第二物质，第二物质能够被酸性溶液或碱性溶液溶解即可。
S2、检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。
现有的用于检测金属离子含量的扫描液通常是包含HF(氟化氢)与H2O2(双氧水)的混合溶液。当所述第二物质是二氧化硅时，可以使用现有的扫描液溶解所述第二物质，然后检测出溶液中金属离子含量。
本实施例提供的一种检测金属离子含量的方法，所述第二物质容纳了晶圆的衬底表面所有的金属离子及衬底内部大部分的金属离子，检测出的金属离子含量不仅包括衬底表面的金属离子含量，而且包括渗入衬底内部的大部分金属离子含量，从而提高了金属离子含量检测的准确性。
可选的，所述衬底为硅，所述第一物质为氧气。使用硅制作晶圆的技术比较成熟，氧气和硅可以较快的发生氧化反应以生成氧化层，提高检测效率。
可选的，所述衬底为硅，所述第一物质为臭氧、水蒸气、氮气、氟气或氯气等。在测试过程中，可以选用不同的物质作为所述第一物质，只要所述第一物质和硅能发生化学反应生成第二物质，第二物质能够被酸性溶液或碱性溶液溶解即可。
可选的，所述第二物质为二氧化硅，所述二氧化硅的厚度为30A～50A。通过大量的试验验证，当二氧化硅的厚度为30A～50A时，二氧化硅的厚度可以容纳硅膜表面的全部金属离子以及硅膜内部大部分的金属离子，从而提高金属离子含量检测的准确性。
可选的，所述二氧化硅的厚度为40A。通过大量的试验验证，当二氧化硅的厚度为40A时，二氧化硅的厚度可以容纳硅膜表面的全部金属离子以及硅膜内部大部分的金属离子，从而提高金属离子含量检测的准确性。
可选的，所述氧气的流量速率为200～300sccm(Standard Cubic Centimeter perMinute，每分钟标准毫升)。这样可以较好的控制氧气与硅膜表面接触，并渗入硅膜内。
可选的，所述步骤S1之前还包括以下步骤：S0、将晶圆放入刻蚀腔体中，对所述晶圆的衬底进行刻蚀处理和除胶处理。由于金属离子通常是在刻蚀后的高温除胶阶段渗入晶圆内部，为了提高检测结果的准确性，可以在刻蚀处理和除胶处理之后对金属离子进行检测。步骤S0和步骤S1可以在刻蚀腔体中进行。
可选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：将所述晶圆放入ICPMS机台中，利用所述ICPMS机台检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。利用ICPMS机台可以快速测量出所述第二物质中所包含的金属离子含量。ICPMS机台的测量步骤可以参考现有技术中的测量步骤。
可选的，所述步骤S2之后还包括以下步骤：
S3、对未发生所述化学反应的晶圆对应的需要检测金属离子含量的位置进行金属离子含量检测，得到第一测量结果；其中，所述第一测量结果是利用现有技术测量出的金属离子含量，测量前晶圆的衬底没有发生所述化学反应。所述第一测量结果对应图4中的曲线3。
S4、将所述第二物质中所包含的金属离子含量作为第二测量结果，并将所述第二测量结果减去所述第一测量结果，得到所述衬底内部的金属离子含量；其中，所述第二测量结果是晶圆的衬底发生所述化学反应之后测量的金属离子含量。所述第二测量结果对应图4中的曲线2。
本实施例提供的一种检测金属离子含量的方法，可以计算出渗入衬底内部的金属离子的含量。
作为具体的实施案子，以下以STI刻蚀腔体生产CIS产品为例，对本发明提供的一种检测金属离子含量的方法进行进一步的说明。参考图4所示，刻蚀腔体预防保养(Preventive Maintenance，PM)后，CIS产品白色像素(WP)偏高，同时随着刻蚀腔体射频(chamber RF)时数的增加，白色像素(WP)会逐渐降低到正常水平；刻蚀腔体预防保养后，ICPMS测试出的金属离子铁元素偏高，同时随着刻蚀腔体射频时数的增加，金属离子铁元素逐渐降低到正常水平。通过在ICPMS测试前在刻蚀腔体内增加氧化步骤(向刻蚀腔体内输入大流量O2)，后再经过ICPMS机台测量，既能够有效地检测出硅膜层内的金属离子含量，降低白色像素的影响，同时也能提升量金属离子含量测量的准确性。曲线2和曲线3之间的差值即所述第二测量与所述第一测量结果之间的差值，该差值可以作为硅膜内部的金属离子含量。
综上所述，本发明提供的一种检测金属离子含量的方法，所述第二物质容纳了晶圆的衬底表面所有的金属离子及衬底内部大部分的金属离子，检测出的金属离子含量不仅包括衬底表面的金属离子含量，而且包括渗入衬底内部的大部分金属离子含量，从而提高了金属离子含量检测的准确性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、在晶圆需要检测金属离子含量的位置输入能够与晶圆的衬底发生化学反应的第一物质，其中，所述第一物质与所述衬底发生化学反应生成第二物质，所述第二物质从所述衬底的表面渗入所述衬底的内部；
S2、检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。
2.如权利要求1所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述衬底为硅，所述第一物质为氧气。
3.如权利要求1所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述衬底为硅，所述第一物质为臭氧、水蒸气、氮气、氟气或氯气。
4.如权利要求2所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述第二物质为二氧化硅，所述二氧化硅的厚度为30A～50A。
5.如权利要求4所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述二氧化硅的厚度为40A。
6.如权利要求2所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述氧气的流量速率为200～300sccm。
7.如权利要求1所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括以下步骤：
S0、将晶圆放入刻蚀腔体中，对所述晶圆的衬底进行刻蚀处理。
8.如权利要求7所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：将所述晶圆放入ICPMS机台中，利用所述ICPMS机台检测所述第二物质中所包含的金属离子含量。
9.如权利要求1所述的一种检测金属离子含量的方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括以下步骤：
S3、对未发生所述化学反应的晶圆对应的需要检测金属离子含量的位置进行金属离子含量检测，得到第一测量结果；
S4、将所述第二物质中所包含的金属离子含量作为第二测量结果，并将所述第二测量结果减去所述第一测量结果，得到所述衬底内部的金属离子含量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210608 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |