一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，通過簡單調(diào)節(jié)現(xiàn)有沉積設(shè)備中的沉積次數(shù)，以常規(guī)工藝參數(shù)，來形成一個硅片上多個PSG薄膜的堆疊，使得這些薄膜的堆疊結(jié)構(gòu)作為一個整體，能夠有效降低氧化的SiO2層對磷濃度量測的影響，從而有效提高X射線熒光分析（XRF）量測時的精度。利用X射線熒光分析法（XRF）的相關(guān)設(shè)備對初始層的PSG薄膜中磷濃度進(jìn)行檢測，可以節(jié)省大量的檢測費用，縮短送檢時間。本發(fā)明中還涉及一種將PSG薄膜的沉積步驟與冷卻步驟交替進(jìn)行，以確保磷的濃度在豎直方向上保持一致的方法，能夠進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性。
【專利說明】一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域中一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖1所不的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中對應(yīng)不同的電極區(qū)域,在一個娃片10 (Si)表面的金屬層中形成有溝槽，將其分隔成不同的金屬層部分20 ;在各個金屬層部分20的表面形成有初始層作為層間介質(zhì)(ILD)。再在初始層之間的溝槽表面，依次形成了鈦層40 (Ti)和氮化鈦層50 (TiN)，使得溝槽底部形成有鈦硅化合物41。之后以鎢層60 (W)將溝槽填滿。進(jìn)一步參見圖2所示，其中所述初始層ILD的厚度約190A (埃)，具體是在PSG薄膜沉積前先形成了一層厚度hi約50 A的氧化SiO2薄膜31 (二氧化硅)，再在上面沉積一層厚度h2約140 A的PSG薄膜32 (即，摻磷的二氧化硅)。
[0003]為了保證后續(xù)能夠在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成所述的鈦硅化合物41，需要對初始層ILD中PSG薄膜內(nèi)摻雜的磷的濃度進(jìn)行控制。然而，由于整個初始層ILD的厚度太薄(僅190 A)，對于氧化SiO2的形成無法避免，其在初始層中所占的比例又較大，因此，很難使用傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)或X射線熒光分析法(XRF)來準(zhǔn)確檢測PSG薄膜中的磷濃度?，F(xiàn)在一般只能送到工廠外的檢測機構(gòu)通過二次離子質(zhì)譜法(SMS)來檢測，這樣做一方面送檢時間長，不利于及時調(diào)整工藝流程；另一方面檢測費用高昂，而且測試時對硅片是破壞性的，將進(jìn)一步增加測試成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，通過在初始層ILD沉積更厚的PSG薄膜，增大其在整個初始層中所占的比例，確保利用X射線熒光分析法(XRF)能夠方便準(zhǔn)確地進(jìn)行磷濃度的檢測，從而可以有效節(jié)省測試費用。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，在硅片上依次沉積多層PSG薄膜，由先前已經(jīng)通過氧化形成的SiO2薄膜，與多層所述PSG薄膜一起構(gòu)成該硅片上的初始層；之后，使用X射線熒光分析設(shè)備對PSG薄膜中的磷濃度進(jìn)行檢測；
其中，所有PSG薄膜堆疊后的厚度，與所述X射線熒光分析設(shè)備對量測精度的要求相匹配，以降低氧化的SiO2薄膜對量測磷濃度時的影響，并有效提高X射線熒光分析量測的精度。
[0006]通過調(diào)整沉積設(shè)備中PSG薄膜的沉積次數(shù)，使所有PSG薄膜堆疊后具有足夠的厚度，以降低氧化的SiO2薄膜在整個初始層中所占的比例。
[0007]所述硅片是一種用以監(jiān)控機臺性能的控片。
[0008]所述硅片上已經(jīng)通過前期的工藝形成有相應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述初始層形成在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。
[0009]本發(fā)明中的另一個技術(shù)方案是提供一種沉積多層摻磷二氧化硅時保持豎直方向磷濃度一致的方法，該方法可以應(yīng)用在上述的檢測方法中:
即，所述初始層中多層PSG薄膜的形成，是通過交替進(jìn)行PSG薄膜的沉積步驟和冷卻步驟實現(xiàn)的，以保證各層PSG薄膜中磷的濃度在豎直方向上一致；即，其中每一層所述PSG薄膜的沉積步驟之后，先直接進(jìn)行冷卻步驟，再進(jìn)行上面一層PSG薄膜的沉積步驟。
[0010]在沉積每一層所述PSG薄膜后，溫度都將上升到一個第一溫度，而在冷卻后使溫度都下降到一個第二溫度，則各層PSG薄膜在形成時會處在一致的溫度范圍內(nèi)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其優(yōu)點在于:通過簡單調(diào)節(jié)現(xiàn)有沉積設(shè)備中的沉積次數(shù)，以常規(guī)工藝參數(shù)，來形成一個硅片上多個PSG薄膜的堆疊，使得這些薄膜的堆疊結(jié)構(gòu)作為一個整體時具有足夠的厚度，以降低初始層中氧化的SiO2層對磷濃度量測的影響，提高X射線熒光分析(XRF)量測的精度。利用X射線熒光分析法(XRF)的相關(guān)設(shè)備對初始層的PSG薄膜中磷濃度進(jìn)行檢測，可以縮短送檢時間，不需要破壞送檢的控片，還可以節(jié)省大量的檢測費用。由于本發(fā)明中將PSG薄膜的沉積步驟與冷卻步驟交替進(jìn)行，以確保磷的濃度在豎直方向上保持一致，能夠進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2是對圖1中初始層ILD堆疊結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
圖3是本發(fā)明所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法中形成的初始層ILD堆疊結(jié)構(gòu)的放大示意圖；
圖4是本發(fā)明中形成圖3結(jié)構(gòu)的初始層ILD時的溫度曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖3所示，本發(fā)明所述的檢測方法，首先在用以監(jiān)控機臺性能的控片上沉積初始層ILD，即，先形成一個SiO2薄膜310 ;再在SiO2薄膜310上依次沉積多個PSG薄膜(摻磷二氧化硅)320。之后，利用X射線熒光分析法(XRF)對初始層ILD的PSG薄膜320中的磷濃度進(jìn)行檢測。
[0014]具體的，需要根據(jù)X射線熒光分析法(XRF)設(shè)備量測時的精度要求，來設(shè)定PSG薄膜320的沉積數(shù)量，進(jìn)而使所有PSG薄膜320堆疊后具有足夠的厚度。
[0015]即是說，在一個優(yōu)選的實施例中，先在硅片上通過氧化形成了一層厚度hi為約50A的SiO2薄膜310 ;再沉積了十層的PSG薄膜320，每層PSG薄膜320的厚度h2為約140 A,使得整個初始層ILD的厚度為hl+10Xh2=1450 A0因此，SiO2薄膜310在初始層中的比例由現(xiàn)有技術(shù)中的50A/190A (圖2)降為50A/1450A (圖3)，大大降低了氧化層對磷濃度量測的影響，從而有效提高使用X射線熒光分析(XRF)量測時的精度。
[0016]作為一種示例，沉積上述初始層ILD時的工藝參數(shù)為:氣體壓力3飛mT，工藝氣體及其流量為硅烷(SiH4):40 sccm (標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘)，氧氣(O2): 120sccm，氦氣(He):200sccm，磷化氫(PH3):20 sccm。RF射頻功率為3000w。本發(fā)明中沉積十層PSG薄膜320時，與原先僅沉積一層PSG薄膜320時相比，只是反應(yīng)時間上有增加，其他的工藝參數(shù)可以是一致的。因此，只需要在沉積設(shè)備中增加沉積的次數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)。[0017]在一些實施例中，在進(jìn)行本發(fā)明所述的檢測方法之前，可以通過前期的相關(guān)工藝形成到初始層ILD沉積之前的其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(參見圖1)，即在硅片10上被溝槽隔開的金屬層部分20，則上述初始層ILD是沉積在各個金屬層部分20的表面，并且后續(xù)可以繼續(xù)進(jìn)行其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(例如圖1中的鈦層40、氮化鈦層50、鈦硅化合物41、鎢層60)的制程，以實施另外的性能檢測?；蛘?，在另外的實施例中，如果只是為了檢測磷的濃度，也可以不在本發(fā)明的檢測方法之前或之后在硅片10上形成其他的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而是直接進(jìn)行本發(fā)明所述初始層ILD的多個薄膜的沉積。
[0018]另外，由于磷的濃度與PSG薄膜320沉積時的溫度線性相關(guān)，因此，在沉積10層PSG薄膜320時，需要保證每個沉積步驟所處的溫度范圍是一致的。進(jìn)一步，如果僅僅是重復(fù)沉積步驟，則會因為持續(xù)的射頻轟擊造成溫度的升高，所以，沉積之后的冷卻步驟也是必須的。這樣做可以使得初始層中堆疊的各層PSG薄膜的磷的濃度在豎直方向上是保持一致的。要做到溫度下降，可以直接關(guān)閉射頻，令控片自然降溫；或者，在承載控片的機臺內(nèi)，輔以相關(guān)的冷卻氣體或液體介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)熱。[0019]即是說，如圖4的曲線所示，橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是溫度，在沉積第一層PSG薄膜320后溫度升高到約427°C，緊跟著進(jìn)行冷卻將溫度降低到約420°C ;之后進(jìn)行第二層PSG薄膜320的沉積后，溫度升高，再進(jìn)行冷卻使溫度下降……；交替進(jìn)行所述的沉積與冷卻步驟多次(例如是優(yōu)選的10次)，保持各層薄膜在沉積時上升的最高溫度基本一致(4250C~427°C)，下降時的最低溫度也基本一致(418°C ~420°C )，直到獲得厚度滿足XRF設(shè)備檢測要求的，溫度穩(wěn)定，且磷濃度在豎直方向一致的多層PSG薄膜320的堆疊結(jié)構(gòu)來進(jìn)行檢測。
[0020]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 所述檢測方法中，在硅片上依次沉積多層PSG薄膜；由先前已經(jīng)通過氧化形成的SiO2薄膜，與多層所述PSG薄膜一起構(gòu)成該硅片上的初始層；之后，使用X射線熒光分析設(shè)備對PSG薄膜中的磷濃度進(jìn)行檢測； 其中，所有PSG薄膜堆疊后的厚度，與所述X射線熒光分析設(shè)備對量測精度的要求相匹配，以降低氧化的SiO2薄膜對量測磷濃度的影響，提高量測精度。
2.如權(quán)利要求1所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 所述初始層中多層PSG薄膜的形成，是通過交替進(jìn)行PSG薄膜的沉積步驟和冷卻步驟實現(xiàn)的，以保證各層PSG薄膜中磷的濃度在豎直方向上一致；即，其中每一層所述PSG薄膜的沉積步驟之后，先直接進(jìn)行冷卻步驟，再進(jìn)行上面一層PSG薄膜的沉積步驟。
3.如權(quán)利要求2所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 在沉積每一層所述PSG薄膜后，溫度都將上升到一個第一溫度，而在冷卻后使溫度都下降到一個第二溫度，則各層PSG薄膜在形成時會處在一致的溫度范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 通過調(diào)整沉積設(shè)備中PSG薄膜的沉積次數(shù)，使所有PSG薄膜堆疊后具有足夠的厚度，以降低氧化的SiO2薄膜在整個初始層中所占的比例。
5.如權(quán)利要求1所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 所述硅片是一種用以監(jiān)控機臺性能的控片。
6.如權(quán)利要求1或5所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 所述硅片上已經(jīng)通過前期的工藝形成有相應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述初始層形成在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。
7.一種沉積多層摻磷二氧化硅時保持豎直方向磷濃度一致的方法，其特征在于， 通過交替進(jìn)行PSG薄膜的沉積步驟和冷卻步驟，在硅片上形成堆疊的多層PSG薄膜，以保證各層PSG薄膜中磷的濃度在豎直方向上一致；S卩，其中每一層所述PSG薄膜的沉積步驟之后，先直接進(jìn)行冷卻步驟，再進(jìn)行上面一層PSG薄膜的沉積步驟。
8.如權(quán)利要求7所述檢測摻磷二氧化硅中磷濃度的方法，其特征在于， 在沉積每一層所述PSG薄膜后，溫度都將上升到一個第一溫度，而在冷卻后使溫度都下降到一個第二溫度，則各層PSG薄膜在形成時會處在一致的溫度范圍內(nèi)。
【文檔編號】G01N23/223GK103884727SQ201210557418
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】田守衛(wèi), 孫洪福, 姜國偉, 崔永鵬 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司