專利名稱：提高超薄等離子體氮氧化硅電性測試準(zhǔn)確性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高超薄等離子體氮氧化硅電性測試準(zhǔn)確性的方法，尤其涉及一種可以避免測得的數(shù)據(jù)因為氧化物中等離子體氮化制程留下的電荷而產(chǎn)生噪音的測試方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，對于90納米制程的柵氧化物來說，等效氧化物厚度EOT(Equivalent Oxide Thickness)和軟擊穿電壓的測量非常關(guān)鍵。常規(guī)的氧化物或者厚氧化物可以很容易地用準(zhǔn)C-V方法來測量，例如在硅晶片表面淀積電暈電荷(Corona Charge)進行測量。但是這種電暈電荷的Q-V測量方法應(yīng)用于等離子體氮化氧化物的時候會有許多噪音，因為在氧化物中的電荷是不穩(wěn)定的，會向外擴散并隨時間損失。特別是由等離子體氮化整合的正電荷，將花費很長時間才能使其放電而穩(wěn)定下來，否則將由于電荷的不穩(wěn)定狀態(tài)使測量結(jié)果有很多噪音，變得不準(zhǔn)確。通常在正式測量前需要用一整天的時間使電荷穩(wěn)定下來。
對于90納米制程的柵氧化物，用分耦式等離子體氮化的柵氧化物是主流。通常希望能檢測柵氧化物中的氮含量，這個參數(shù)對半導(dǎo)體器件的性能非常關(guān)鍵，如果氮含量不能很好地控制，器件的性能會不穩(wěn)定，柵氧化物的電性厚度將偏離目標(biāo)值。測量氮含量可以使用X-射線光電波譜(XPS，X-ray Photoelectrons Spectrum)，它采用X-射線照射使目標(biāo)激發(fā)光子得到波譜，進而分析得到柵氧化物中的氮含量。這是一種有效的方法，但是設(shè)備工具的花費非常高。并且XPS僅能檢查氮含量，但是并不能反映氮含量和氧化物厚度的問題。
目前使用電荷C-V方法可以測量電學(xué)氧化物厚度，它能更真實地反映大塊氧化物的性質(zhì)，而不僅僅是反映其氮含量。這種方法廣泛地應(yīng)用于傳統(tǒng)的用熱方法摻入氮，其中不含過量電荷的爐管氧化物。在更先進的對氧化物的氮摻雜制程中，采用的是等離子體氮化，這種方法可以得到更多的氮以及頂部分布。不過等離子體氮化會使目標(biāo)物帶電荷，并且產(chǎn)生的電荷不穩(wěn)定，會有一段時間的放電過程，這個期間目標(biāo)物所帶電荷隨時間一直處于變化狀態(tài)中。
目前碰到的問題是，由于上述的電荷一直隨時間變化，采用電荷C-V方法測量的時候就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏移而得不到和真實結(jié)果相符合的測量值，直觀的表現(xiàn)是測量值會隨時間不同而產(chǎn)生偏移。在圖1中，擊穿電壓值在較低DPN功率下應(yīng)該會較高，但是實際上的曲線不呈線性，就是由于測量時間的影響，另外EOT數(shù)據(jù)也將更不相符，它非常受測量時間影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服由于等離子體氮化的氧化物帶電荷，并且電荷不穩(wěn)定，使采用例如電荷C-V這樣的方法測量時實際測得數(shù)據(jù)容易偏移的缺點，提出本發(fā)明。
本發(fā)明的目的在于提供一種沉積全面性的反向電荷以測量超薄等離子體氮氧化硅的方法，通過在測量樣品表面鋪設(shè)一層和等離子體氮化過程中所形成的電荷電性相反的電荷，使其得到中和，從而在后續(xù)采用例如電荷C-V方法進行測量的時候，不至于因為電荷隨時間變化的不穩(wěn)定狀態(tài)影響到測量結(jié)果。
總體上，本發(fā)明方法的步驟如下1、通過XPS或二次離子質(zhì)譜分析(SIMS)等其他精確度量方法計算氮添加劑的濃度，根據(jù)測得的濃度用以下公式計算需要沉積的電荷量N2劑量/2×校正系數(shù)(其中校正系數(shù)在1/300到1/500之間)；2、按計算出的電量用被電離的惰性氣體向樣品表面沉積飽和的全面性反性電荷；3、等候10到30分鐘，使上述反性電荷擴散滲透到樣品的柵氧化物層，中和由于DPN的等離子體氮化制程而來的電荷；4、測量樣品的擊穿電壓值，繪出擊穿電壓和測量時間的曲線圖；5、如果曲線的趨勢變化仍然太大，就再進行步驟2、3、4，直到擊穿電壓和測量時間的曲線趨于平穩(wěn)，滿足期望的程度。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，一方面，它可以很好地解決等離子體氮化帶來的不穩(wěn)定電荷使接受測試的樣品在進行電性測試時得不到準(zhǔn)確結(jié)果的問題；另一方面，本發(fā)明的方法可以使需要測試的樣品中的電荷在短時間內(nèi)穩(wěn)定下來，一般只需要10～30分鐘時間，比正常等待樣品中電荷放電穩(wěn)定下來的時間縮短很多，可以提高效率。


本申請中包括的附圖是說明書的一個構(gòu)成部分，附圖與說明書和權(quán)利要求書一起用于說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，用于更好地理解本發(fā)明。附圖中圖1是在沒有應(yīng)用本發(fā)明方法的時候，對不同功率下進行分耦式等離子體氮化氧化物樣品進行測試得到的電性厚度以及擊穿電壓的曲線圖；圖2是按本發(fā)明的方法選擇-8E-6庫侖/cm2作為飽和全面性正電荷，這樣校準(zhǔn)沉積的電荷量并對樣品處理之后，測得的擊穿電壓以及電性厚度值和沒有按照上述方法處理得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)對比的曲線示意圖；圖3是在一段時間內(nèi)不使用本發(fā)明方法和使用本發(fā)明方法，在不同情況下對樣品的電性厚度和擊穿電壓進行監(jiān)測得到的曲線示意圖；圖4是按照本發(fā)明的方法在一段時間內(nèi)對樣品的氧化物電性厚度和擊穿電壓進行測試所得的曲線圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但這些實施例不對本發(fā)明構(gòu)成限制。
在取得等離子體氮化氧化物樣品并等待測量的間隔時間內(nèi)，也即對其進行正式測量之前，先向樣品表面全面性地沉積反性電荷，等候一段時間，使所沉積的電荷滲入到氧化物薄膜內(nèi)和其它電荷中和。然后可以用例如Q-V方法對樣品進行電暈電荷測試，不至于使測試結(jié)果受樣品內(nèi)多余的不穩(wěn)定電荷影響。
其中，所述反性電荷可以通過這樣的方式進行沉積，將惰性氣體例如氬氣電離，使其具有和測試樣品的氧化物薄膜內(nèi)電荷電性相反的電荷，將測試樣品的表面全面覆蓋于這種電離氣體氛圍，這種反性電荷的沉積以及電荷量的控制可以采用目前已有的工具，例如美商科磊公司(KLA)提供的Quantox工具以及和工具配套的操作方法。
經(jīng)過上述方法處理之后，可以使擊穿電壓及電性厚度的測試曲線趨于平穩(wěn)，如圖2所示，應(yīng)用本發(fā)明方法后，擊穿電壓和電性厚度的曲線延伸范圍分別是0.015V和0.8，優(yōu)于沒應(yīng)用本發(fā)明方法時的0.07V和1.5。
上述反性電荷在進行沉積的時候一般低于氮添加劑的濃度，具體操作方法是，先通過XPS分析或二次離子質(zhì)譜分析(SIMS)等其他精確的度量方法計算出氧化物薄膜的氮添加劑濃度，以此計算需要沉積的電荷電量。例如，通過XPS分析得到氮添加劑為4.2E15/cm2，那么最大正電荷量將少于4.2E15×1.6E-19＝6.72E-4〔庫侖〕，如果進入氧化物薄膜的確保是N2+，則應(yīng)當(dāng)是6.72E-4/2＝3.61E-4。不過某些情況下并不是只有一種帶一個正電荷的〔氮〕進入柵氧化物中，最好另外做不同的全面性飽和正電荷試驗，選擇出一個最佳的貼近實際的正電荷電量。在本發(fā)明中，對氧化物中電荷的電量選擇一個優(yōu)化的校正系數(shù)為1/361。另外，發(fā)明人選擇-8E-6庫侖/cm2作為飽和全面性正電荷，這樣校準(zhǔn)沉積的電荷量并對樣品處理之后，如圖3所示，在對樣品的擊穿電壓測試中，擊穿電壓不再有隨時間明顯升高的趨勢，也就是說它不容易受測試時間的影響，原來擊穿電壓的變化范圍為0.07V，電性厚度變化范圍為1.5，應(yīng)用此方法后變化范圍分別為0.015V和0.8。
實際操作步驟如下1、通過XPS分析方法測量計算氮添加劑的濃度，測得的濃度用以下公式計算需要沉積的電荷量N2劑量/2×1/361；2、按計算出的電量向樣品表面沉積飽和的全面性反性電荷；3、等候10分鐘，使上述反性電荷擴散滲透到樣品的柵氧化物層，中和由于DPN的等離子體氮化制程而來的電荷；4、測量樣品的擊穿電壓值，繪出擊穿電壓和測量時間的曲線圖；5、如果曲線的趨勢變化仍然太大，就再進行步驟2、3、4，直到擊穿電壓和測量時間的曲線趨于平穩(wěn)，滿足期望的程度，使測得的數(shù)據(jù)不至于因為氧化物中等離子體氮化制程留下的電荷產(chǎn)生噪音。
實際應(yīng)用本發(fā)明方法的效果見圖4，這是一段時間內(nèi)對樣品的氧化物電性厚度和擊穿電壓進行測試所得的曲線圖，圖中1月8日左邊的豎直虛線是應(yīng)用本發(fā)明方法的分界線，從虛線右邊開始使用本發(fā)明的方法，從圖中可以看出，采用本發(fā)明的方法后，測得的數(shù)據(jù)不容易被氧化物中等離子體氮化制程留下的電荷產(chǎn)生的噪音影響，保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，可以很直觀地看到應(yīng)用本發(fā)明的方法，噪音的影響減小了4倍，而且圓圈標(biāo)示處的氮劑量濃度有偏移時，測得的數(shù)據(jù)也能正確反映出來而不受噪音影響。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護的范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種提高超薄等離子體氮氧化硅電性測試準(zhǔn)確性的方法，其特征在于這種方法包括向樣品表面全面性地沉積反性電荷，中和樣品中所含電荷的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，包括如下步驟(1)通過可以精確度量的方法計算氮添加劑的濃度，根據(jù)測得的濃度用以下公式計算需要沉積的電荷量N2劑量/2×校正系數(shù)；(2)按照計算出的電量用被電離的惰性氣體向樣品表面沉積飽和的全面性反性電荷；(3)靜置樣品，使上述反性電荷擴散滲透到樣品的柵氧化物層，中和由于等離子體氮化制程而來的電荷；(4)測量樣品的電性數(shù)據(jù)，繪出電性數(shù)據(jù)和測量時間的曲線圖；(5)如果曲線的趨勢變化仍然不符合實際需求，就再進行步驟2、3、4，直到測得數(shù)據(jù)和測量時間的曲線趨于平穩(wěn)，滿足具體應(yīng)用期望的程度。
3.如權(quán)利要求2所述的測試方法，其中精確度量計算氮添加劑濃度的方法包括X-射線光電波譜分析，二次離子質(zhì)譜分析。
4.如權(quán)利要求2所述的測試方法，其中校正系數(shù)在1/300到1/500之間。
5.如權(quán)利要求2所述的測試方法，其中靜置樣品，使反性電荷擴散滲透并中和由于等離子體氮化制程而來的電荷的時間為10～30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開一種提高超薄等離子體氮氧化硅電性測試準(zhǔn)確性的方法，在半導(dǎo)體制造工藝中，對于90納米制程的柵氧化物來說，等效氧化物厚度EOT(Equivalent Oxide Thickness)和軟擊穿電壓的測量非常關(guān)鍵。常規(guī)的準(zhǔn)C－V方法應(yīng)用于等離子體氮化氧化物的時候會有許多噪音，因為在氧化物中的電荷是不穩(wěn)定的。特別是等離子體氮化帶來的正電荷，將花費很長時間才能使其放電而穩(wěn)定下來，否則將由于電荷的不穩(wěn)定狀態(tài)使測量結(jié)果有很多噪音，變得不準(zhǔn)確，通常在正式測量前需要用一整天的時間使電荷穩(wěn)定下來，應(yīng)用本發(fā)明的方法，可以使測試樣品中的電荷快速穩(wěn)定下來，同時也避免了噪音的問題。
文檔編號H01L21/66GK1937195SQ200510029999
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者郭佳衢 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司