專利名稱：利用檢測(cè)閘門氧化硅層中氮化物含量的半導(dǎo)體元件制成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的工藝及集成電路的制造。具體地說，本發(fā)明涉及一種生成閘門氧化硅層，內(nèi)含有氮化物并以檢測(cè)氮化物濃度決定生成薄的閘門層于MOS結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于邏輯元件。
背景技術(shù)：
我們可認(rèn)知此發(fā)明應(yīng)用更廣泛的運(yùn)用價(jià)值，例如，此發(fā)明可用于各類式元件像動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，(SRAM)，專用集成電路(ASIC)，微處理器，微控制器，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器及其他。
集成電路或“IC”，涉及將無數(shù)相連通的元件組制造于單一晶體片上含不百萬的元件?，F(xiàn)今的IC所提供的表現(xiàn)度及設(shè)計(jì)復(fù)雜度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往的想象。為要取得復(fù)雜度的改善及增加線路密度(即，單位晶片面積內(nèi)能被裝入的元件數(shù)目)，最小化元件的大小規(guī)格，又稱為元件的“身量規(guī)格”(Geometry)，因代代IC而變得愈來愈小。
增加線路的密度不但改變IC的復(fù)雜度及表現(xiàn)度更提供了最低價(jià)的元件器給顧客。一座IC制造廠，須花費(fèi)動(dòng)輒百萬，或十億，美元的造價(jià)。各廠有其相對(duì)的晶圓處理量，而每一片晶圓又有其相對(duì)的元件數(shù)。因此，若我們能將各個(gè)IC做得愈小，更多的元件就將可作入單一晶片，于是增加該制造廠的元件產(chǎn)出量。
而要將元件做小，因每個(gè)制程有其極限，故是個(gè)很難的挑戰(zhàn)。也就是說，一種制程組合方式通常只能做到小某種大小規(guī)格，再過，則須要不改變制程或改變?cè)佌沟脑O(shè)計(jì)。有一種極限例子就是閘門氧化硅層阻擋住雜質(zhì)促閘門外擴(kuò)散至其下通道的能力，這種能力決定了三相晶體管元件的可靠度(reliability)。
同可作例證的是，離子滲入雜質(zhì)能促閘門間游離入通道間造成負(fù)面影響。硼雜質(zhì)常使用于滲入閘門，因其原子小且移動(dòng)率快，常滲入閘門區(qū)內(nèi)。這種硼遷移常始于閘門層，包括多晶硅層，穿過氧化硅層，到達(dá)通道(channel)區(qū)內(nèi)。因硼乃帶電雜質(zhì)，它們通常影響三相晶體管元件之起始電壓(ThveShold Voltage)值造成其值之平移，其他限制包括高的價(jià)電子滯留(T rapping)率，P-型通道次起始(sub-threshold)電壓反轉(zhuǎn)值之惡化(degradation)，較差的三相晶體管的可靠度，極其他。
由上觀之，改良制程以制造更佳半島元件是件必要之事。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及及半導(dǎo)體器件的工藝及其集成電路的制造。具體說，本發(fā)明涉及一種生成閘門氧化硅層，內(nèi)含氮化物，并以隨時(shí)檢測(cè)氮化物濃度方式生成的薄的閘門層于MOS元件結(jié)構(gòu)中應(yīng)用于存儲(chǔ)元件體。我們可認(rèn)知此發(fā)明有更廣泛的運(yùn)用價(jià)值。例如，此發(fā)明可應(yīng)用于各類型元件體像靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)，特殊用途集成電路元件體(ASIC)，微處理器，微控制器，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器及其他。
在一具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種制程方法用于生產(chǎn)制造集成電路元件體。
此制程方法包括將一片測(cè)試晶圓(test wafer)引入生產(chǎn)晶圓流程的晶圓群去形成一個(gè)制程實(shí)驗(yàn)組。每片組內(nèi)晶圓都是經(jīng)過閘門氧化層生長的制程。此乃步驟將整組的晶圓插入生產(chǎn)閘門氧化硅制程作介電層生長，即閘門氧化層。此方法，形成氮氧化硅層物質(zhì)于預(yù)定的厚度低于40埃(Angstrons)，在預(yù)定的溫度在含氮物及含氧物形成氣體中，個(gè)別的或混合的。此方法，促整生產(chǎn)組中取出測(cè)試晶圓，作第二層的氧化，形成氮氧化硅層后第二個(gè)厚度，此厚度多少非常大取決于氮在氮氧化硅層中的含量。此方法，判定在第一預(yù)定厚度及第而厚度間厚度值的差別。一個(gè)步驟，可茲以氮含量在整組間的差異分布，來決定在第一厚度預(yù)定后其晶圓的氮含量。
在另一具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供另一種制程方法用于生產(chǎn)制造集成電路元件體。此方法包括準(zhǔn)備一群測(cè)試晶片，可依號(hào)辨認(rèn)為由1到N，其中N是整數(shù)且大于1。任一測(cè)試晶片上都包括預(yù)先決定好厚度的電介質(zhì)材料。此預(yù)先決好的厚度基本上在所有測(cè)試晶片上都是一樣的。此方法包括引入預(yù)先設(shè)計(jì)好氮含量濃度值到一群不同濃度值的晶片組并辨視其值為1到N。此方法繼續(xù)從1到N以不同濃度引入到不同的測(cè)試晶片標(biāo)示為1到N，直到所有預(yù)定濃度都以被從1到N個(gè)別引入到測(cè)試晶片標(biāo)號(hào)或1到N。此方法是將所有測(cè)試晶片接著接受到一個(gè)氧化的環(huán)境，以選擇好的狀況，使讓電介質(zhì)層能再生長在測(cè)試晶片上。此種測(cè)試晶片的再生長是依其預(yù)定電介質(zhì)氮含量濃度而決定的。此方法測(cè)量每一個(gè)測(cè)試晶片的電介質(zhì)材料厚度從1到N。其厚度值則依測(cè)試晶片歸類為1到N。此方法建立對(duì)應(yīng)關(guān)系從厚度值指標(biāo)1到N，個(gè)別對(duì)應(yīng)到預(yù)定氮濃度指標(biāo)1到N。
非常多的益處可由此發(fā)明取代傳統(tǒng)方法。例如，此方法利用傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)而簡易好用。在其他含蓄體，此發(fā)明提高更高的良率，其以每晶片上晶粒數(shù)為單位。更加的，此方法提供一種制作程序和傳統(tǒng)的制程技術(shù)和設(shè)備均為匹配。優(yōu)先的，此方法應(yīng)將可應(yīng)用于不同的元件生產(chǎn)。譬如存儲(chǔ)器，ASIC，微處理器和其他元件。從不同的含蓄體，此方法都將得到更多不同的優(yōu)勢(shì)。這些或其他優(yōu)勢(shì)，將于此節(jié)或特別的下節(jié)介紹。
有關(guān)此發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)如將于比照細(xì)節(jié)描述及隨同的附圖作更詳盡描述如下


圖1是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的簡明切面圖。
圖2是依本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的簡明切面圖。
圖3是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡明的檢測(cè)圖表。
圖4是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡明的檢測(cè)圖表。
圖5是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡明厚度圖表投射相對(duì)氮化物含量，由圖4的方法測(cè)量取得。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的工藝及集成電路的制造。具體地說，本發(fā)明涉及一種生成閘門氧化硅層，內(nèi)含氮肥化物成份，并以檢測(cè)氮化物濃度生成閘門層于MOS元件結(jié)構(gòu)中應(yīng)用于存儲(chǔ)器生成。我們可認(rèn)知此發(fā)明應(yīng)有更廣泛的運(yùn)用價(jià)值，例如，此發(fā)明可應(yīng)用于各類元件像靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)，特殊用途集成電路元件(ASIC)，微處理器，微控制器，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器及其他。
圖1是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的簡明切面圖100。此圖僅作例子，不能僅依之而局限本發(fā)明申求有效的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員，可從此發(fā)明悟出許多其他的新變數(shù)，改造方式和新取代方法。
如圖所示，圖100包含各項(xiàng)特征如閘門體101，包括含硼成份雜質(zhì)，連同極/集極區(qū)域完整定義一個(gè)MOS三相晶體管。此含硼成份雜質(zhì)從閘門區(qū)擴(kuò)散透過閘門之下。在系列制程熱效應(yīng)107下，上述擴(kuò)散作用會(huì)頻繁發(fā)生。含硼成份的雜質(zhì)，通常很小，常聚集堆在通道區(qū)109門，由于有此硼雜質(zhì)擴(kuò)散的現(xiàn)象，制程的限制就很多。此限制包含須考慮發(fā)生正向起始電壓(Threshold Voltage)的平移，次起始(Sub-threshold)切換值的增加，電子井陷的增加，及其他許多可靠度的問題?；诖?，許多技術(shù)都研發(fā)來設(shè)法減少甚或阻止任何硼遷移到通道區(qū)的發(fā)生。這些技術(shù)都將在本文中被介紹、描述、尤其于以下文。
圖2是依本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的簡明切面圖。此圖僅作例證，不能依此而局限本發(fā)明有效的范圍。本技術(shù)領(lǐng)域者，不難從此發(fā)明而認(rèn)出許多其他新變數(shù)，改造方式和取代方法。如圖所示，圖項(xiàng)包括形成氮氧化硅層201于閘門替之下。依之，含硼雜質(zhì)被保留在閘門區(qū)203而大量減少進(jìn)入通道區(qū)其直接位于閘門閘門區(qū)之下。通常我們很困難去控制多少量的含氮分子進(jìn)入氮氧化硅層膜內(nèi)。亦即，雜質(zhì)濃度很難測(cè)量，而且只能被生量線外特別檢測(cè)系統(tǒng)來測(cè)量，其造成負(fù)擔(dān)和困難。依之，這樣一來的層膜幾乎無法在合理的準(zhǔn)確度內(nèi)測(cè)量它們的厚度尤其當(dāng)膜是如此薄到傳統(tǒng)使用閘門層的結(jié)構(gòu)的厚度。因此，我們研發(fā)了一個(gè)技巧以檢測(cè)氮成份在膜內(nèi)的濃度利用到下列方法且描述于下。
依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，一種檢測(cè)氮成份雜質(zhì)濃度在閘門層膜中的方法。在此說明提供如下1、提供半導(dǎo)體基底晶元片于生產(chǎn)流程伴隨生產(chǎn)晶片或不隨生產(chǎn)晶片；2、形成氧化層于基底上使用水蒸氣(即，低于750℃)；3、引入含一氧化氮NO(或二氧化氮NO2)的氣體，在預(yù)先設(shè)足溫度下，以將含氮分子注入到氧化層；4、維持薄膜厚度在預(yù)先決定數(shù)值稍低于30埃(Augstrom)，而其厚度在其他晶片有不同氮成份濃度者，都大致相同在同一范圍；5、進(jìn)行快速熱氧化在此已氮化(Nitrided)薄膜上，以使它長厚數(shù)些達(dá)到最后厚度，此長厚已知令受多少氮分子成份存留在氧化硅膜中的影響。
6、利用精圓測(cè)量儀(ellipsometer)量測(cè)膜最后厚度；7、利用氮含量檢測(cè)分析制成交叉圖表對(duì)應(yīng)厚度增長(thickness difference)從最后厚度比照定的厚度。
8、判定含氮分子在氧化硅膜內(nèi)的濃度；9、利用此檢測(cè)步驟，結(jié)果調(diào)整必須改變的制程；10、再作上步驟去判定適合的氮分子濃度；11、若必須繼續(xù)其他步驟；上法是一連續(xù)步驟用來準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)薄膜內(nèi)氮分子濃度和熱工時(shí)間(或厚度)的關(guān)系。此關(guān)系資料將用來判定在任一閘門介電質(zhì)層中氮分子的濃度。此方法更多細(xì)節(jié)，陳述于下列圖表中。
圖3是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡化圖式的檢測(cè)方法300。此圖僅作例子，不能依此而局限本發(fā)明的有效范圍。本技術(shù)領(lǐng)域者，不難從此發(fā)明而認(rèn)出許多其他變數(shù)，改造方式和取代方法。首先，此方法準(zhǔn)備一半導(dǎo)體基底片，用來作閘門層氧化形成。此方法形成閘門氧化層于一預(yù)定的厚度于基底片上利用到水蒸氣(即少于750℃)301。此方法亦引入一氧化氮NO(或二氧化氮NO2)等含氮物質(zhì)在低溫時(shí)注入此含氮分子于氧化層膜。此層膜收受第一次熱工305而形成第一厚度A1321，其厚度受第一次熱工預(yù)定溫度的影響。在此，厚度是用一橢圓儀來測(cè)量，可像RudolphInstruments。所造的儀器，但也可以像其他。氮濃度的數(shù)值是由SIMS來決定，這些連續(xù)步驟，重復(fù)施作，以其他熱工時(shí)間(即，307，309，311)，形成其他厚度(即，A2323，A3325，A4327)和相關(guān)的濃度(即，333，335，337)。
圖4是依本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡示圖說明檢測(cè)的方法。此圖僅作例子，不能依此而局限本發(fā)明的有效范圍。本技術(shù)領(lǐng)域者，不難從此發(fā)明而認(rèn)出許多其他變數(shù)，改造方法和取代方法。參見圖4，每一個(gè)基底(即，A1321，A2232，A3325，A4327)均接受快火熱工氧化(Rapid therinal Oxidation)或慢火爐熱氧化去形成在氮氧化硅上的厚度。最佳晶片上都相似。此制程的實(shí)施直到每個(gè)基底晶片都形成另加的氧化硅厚度a1，a2，a3，a4，其相對(duì)的總厚度則是B1403，B2405，B3407，B4409。使用更簡便方式，以橢圓儀測(cè)量各晶片總厚度。
僅供于例證，我提供了下列的關(guān)系a1＝B1-A1在此，a1是從快火熱工氧化或慢火爐熱氧化后薄膜厚度；B1是再氧化了氮氧化硅層后的總厚度；A1是氮化氧化硅層后的總厚度；此方法決定a1411，a2413，a3412，a4421。下一方法，對(duì)應(yīng)再氧化后層的厚度于其相對(duì)的濃度值。由圖5作展示，它是一個(gè)簡易厚度圖投射出相對(duì)應(yīng)的氮濃度使用到本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)的圖4方法。此圖僅作例子，不能依此而局限本發(fā)明的有效范圍，本技術(shù)領(lǐng)域者，不難從此發(fā)明而認(rèn)出許多其他變數(shù)，改造方式和取代方法。如示，此垂直的軸表示厚度以埃作單位，而此水平軸，交叉于垂直軸，表示的是氮分子成份的濃度。此方法建立一方式能投照厚度的增加到相對(duì)應(yīng)的濃度切深，依照以上描述的所有程序步驟。
即是，這方法決定測(cè)試片厚度于垂直軸上，而決定濃度切深于橫軸上，而此法可供決定制程的氮濃度是否須調(diào)整改變。
權(quán)利要求
1.一種制造集成電路的工藝方法；此方法包括引入一測(cè)試晶片到生產(chǎn)流線晶片群中去形成一組制程實(shí)驗(yàn)組，每個(gè)晶片都須尚未經(jīng)閘門層介電質(zhì)生成的制程步驟，導(dǎo)入此實(shí)驗(yàn)組于閘門介電層生成的流程，形成氮氧化硅的薄膜到預(yù)定厚度不多于40埃，其于形成之溫度及氮成份，氧成份氣體的種類先須預(yù)選固定，把測(cè)試晶片從制作流程中取出施于第二次氧化步驟到前有氮氧化硅層膜增長出第二厚度。此第二厚度之值非常大是取決于氮成份在氮氧化硅層中的濃度；量出預(yù)定厚度和第二厚度間之差值；對(duì)照此差值到一組群資料其含氮濃度值在其預(yù)定薄膜厚度下已經(jīng)整理采得。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，第二氧化步驟是以快火熱工氧化于含氧成份的氣體中而完成。
3.如權(quán)利要求2所述的工藝方法，其特征在于，第二厚度值是要比預(yù)定厚度值大。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，其制程是指在流程線上的制程作產(chǎn)品生產(chǎn)用。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，其第二氧化步驟是以高于900℃，操作于含氧分子成份的氣體環(huán)境中，
6.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，建立一關(guān)系標(biāo)示圖，以標(biāo)示厚度差值相對(duì)于氮濃度值；
7.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，是以至少橢圓儀來決定厚度。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述氮氧化硅是以先形成氮氧化硅于晶片基底上后引入含氮物去形成氮氧化硅膜。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述生成氮氧化硅層是包括離子植入氮成份物質(zhì)進(jìn)入氮氧化硅長于晶片之上。
10.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述測(cè)試晶片是所謂非產(chǎn)品用晶片。
11.一種制造集成電路存儲(chǔ)器元件的方法，其包括準(zhǔn)備一群組測(cè)試晶片，可辯認(rèn)號(hào)數(shù)從1到N，其中N是一個(gè)大于1的整數(shù)，各測(cè)試晶片都包括預(yù)定厚度的電介質(zhì)長于測(cè)試晶片上，此預(yù)定厚度的介質(zhì)層在每晶片上應(yīng)大致一定厚度值，引入預(yù)定濃度量的氮成份到一群組中晶片，各有不同濃度，可辨認(rèn)號(hào)數(shù)從1到N，其中N是一個(gè)大于1的整數(shù)而此預(yù)定的濃度號(hào)從1到N，將各個(gè)被引入于測(cè)試晶片標(biāo)號(hào)從1到N，將各個(gè)測(cè)試晶片送入一個(gè)氧化的環(huán)境，在特定氧化狀況下去生長介電質(zhì)層在每片晶片，已知生長結(jié)果是因各個(gè)測(cè)試晶片中預(yù)定氮濃度值的多少而改變，測(cè)量介電質(zhì)材料的厚度于每個(gè)晶片從1到N，其厚度在每個(gè)晶片上不同各以辨視號(hào)從1到N；投射厚度值標(biāo)從1到N對(duì)應(yīng)到個(gè)別預(yù)定濃度標(biāo)從1到N。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其氧化生長環(huán)境是以快火熱工氧化制程進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其N是一試片整數(shù)，至少大于5。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其關(guān)系式建立是以厚度對(duì)應(yīng)濃度。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其各測(cè)試晶片是一硅晶片有同樣特性。
16.一種集成電路元件制程方法，其包括引入一測(cè)試晶片于一閘門介質(zhì)形成的制程，形成一氮氧化硅層至預(yù)定的厚度小于40埃，在預(yù)定的制程溫度，使用含氮成份物質(zhì)于測(cè)試片上，使之第二次氧化此氮氧化硅膜去形成增加的氧化膜于第二厚度，此第二厚度的生成，已知非常大取決于氮成份物質(zhì)在氮氧化硅中的含量濃度，決定一種參數(shù)值即最少是第二厚度，利用此參數(shù)值去決定氮成份濃度在氮氧化硅膜中的數(shù)值。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其所述參數(shù)是一厚度值04第二厚度值。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其測(cè)試晶片是以連同在生產(chǎn)晶片及流程中進(jìn)行。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其測(cè)試晶片和生產(chǎn)流程晶片是同時(shí)置于閘門介電質(zhì)形成的制程中進(jìn)行。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，測(cè)試晶片是由正常生產(chǎn)晶片而來，二流程間測(cè)試是在操作在不須太大影響正常生產(chǎn)流線的進(jìn)程下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成電路元件的制程方法，包括引入測(cè)試晶片到生產(chǎn)流線的晶片群中去形成一各個(gè)制程實(shí)驗(yàn)室組，每個(gè)晶片都須尚未受閘門層介電質(zhì)生長的制程步驟。此方法導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)組晶片于閘門介電質(zhì)生產(chǎn)的制程，即，閘門氧化程。此方法形成氮氧化硅薄膜到預(yù)定的厚度不多于40埃。利用預(yù)定的制程溫度及引入含氮成分物質(zhì)，含氧成分物質(zhì)個(gè)別的或混合的，制程環(huán)境。此方法是將測(cè)試晶片從生產(chǎn)流程中取出，施此第二次氧化步驟于之前的氮氧化硅薄膜至增長出第二厚度，其值大受在氮氧化硅中氮濃度成分的影響。此方法決定厚度值差即第一預(yù)定值厚度與第二生成厚度值的差別。另加一步驟即以此值差投應(yīng)于一群組氮濃度數(shù)值表去決定在該薄膜厚度，其氮濃度數(shù)值為何。
文檔編號(hào)H01L23/544GK1581464SQ0314209
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者游智星 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司