一种栅氧化层生长监测方法技术

本发明专利技术提供一种栅氧化层生长监测方法，适于监测线宽在14纳米以下的半导体元件的栅氧化层生长，包括：提供一适于监测的晶圆，所述晶圆包括衬底及衬底表面；形成一单晶硅层于所述衬底表面；形成第一栅氧化层于所述单晶硅层；对所形成的第一栅氧化层厚度进行监测。本发明专利技术能够提高栅氧化层生长监测过程中栅氧化层生长厚度的稳定性，并提高监测晶圆的利用率。并提高监测晶圆的利用率。并提高监测晶圆的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种栅氧化层生长监测方法


[0001]本专利技术属于半导体集成电路制造监测
，特别涉及一种栅氧化层生长监测方法。

技术介绍

[0002]为了提升半导体器件的工作速度和降低它的功耗，集成电路器件的尺寸特征在不断的减小，工作电压也在不断的降低。为了抑制半导体元件MOS管的短沟道效应，除了源漏的结深不断降低和沟道的掺杂浓度不断增加外，栅氧化层的厚度也在不断降低，从而提高栅极电容，达到提高栅对沟道的控制能力，同时调节阈值电压。制造半导体元件对于栅氧化层的厚度要求因此提升。针对不同制造线宽，在14纳米以上的半导体元件，可利用热氧化法或者薄膜沉积，根据不同技术节点的元件设计需求，在元件衬底生长不同厚度的栅氧化层，但采用热氧化法或者薄膜沉积生长的栅氧化层较厚；在14纳米以下半导体元件，为适应先进的半导体制造工艺要求，则需要利用化学药液与元件硅基底发生氧化反应，生成超薄栅氧化层。现有技术中通常使用O3与元件硅基底发生氧化反应，在元件衬底生长栅氧化层，由于元件衬底材质一般为无定形硅(Amorphous
‑
Si)，可在这种衬底上通过这种氧化反应生长栅氧层。
[0003]针对超薄栅氧化层的生长，需要对栅氧化层的生长进行监测，以控制最终制备的栅氧化层厚度。当监测到元件衬底生长的栅氧化层厚度不符合监测要求时，通过硅片DHF清洗技术，去除之前生长的栅氧化层，在该衬底上重新生长栅氧化层，以重复利用晶圆，并对重新生成的栅氧化层再次进行监测。
[0004]参考如图1所示的现有技术栅氧化层生长监测的过程：在监测用晶圆的衬底(Bare Wafer)上栅氧生长以形成栅氧化层(Gate Oxide，Inter Layer)；并对生成的栅氧化层进行监测，若监测到栅氧化层的厚度偏离目标值，则通过硅片DHF清洗技术，去除本次生成的栅氧化层，以进行晶圆的重复利用(Rework)。
[0005]但是，由于晶圆的衬底硅表面存在粗糙的部分(实验测得晶圆表面均一性U％在3.24％左右)，所形成栅氧化层厚度不稳定；晶圆在重复利用时因去除栅氧化层会导致晶圆衬底硅表面粗糙部分进一步增大，造成再次生长的栅氧化层厚度进一步不稳定，使监测晶圆的重复利用率大大降低。

技术实现思路

[0006]本专利技术技术方案解决的技术问题为：如何提高栅氧化层生长监测过程中栅氧化层生长厚度的稳定性，如何提高监测用晶圆的利用率。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供了一种栅氧化层生长监测方法，适于监测线宽在14纳米以下的半导体元件的栅氧化层生长，包括：
[0008]提供一适于监测的晶圆，所述晶圆包括衬底及衬底表面；
[0009]形成一单晶硅层于所述衬底表面；
[0010]形成第一栅氧化层于所述单晶硅层；
[0011]对所形成的第一栅氧化层厚度进行监测。
[0012]可选的，所述单晶硅层为外延单晶硅层。
[0013]可选的，所述单晶硅层的厚度为150nm至250nm。
[0014]可选的，所述栅氧化层生长监测方法还包括：
[0015]去除所述第一栅氧化层；
[0016]再次形成第二栅氧化层于所述单晶硅层；
[0017]对再次形成的第二栅氧化层厚度进行监测。
[0018]可选的，所述栅氧化层生长监测方法还包括：在监测到所述栅氧化层的厚度不满足目标厚度后：
[0019]去除所述第一栅氧化层；
[0020]再次形成第三栅氧化层于所述单晶硅层；
[0021]对再次形成的第三栅氧化层厚度进行监测。
[0022]可选的，所述栅氧化层通过如下化学反应形成于所述单晶硅层包括：利用O3形成化学溶液与所述单晶硅层发生化学反应生成所述栅氧化层。
[0023]可选的，所形成化学溶液中O3浓度为10ppm至80ppm，反应温度为室温。
[0024]可选的，通过如下技术去除所述栅氧化层包括：利用DHF硅片清洗技术，去除之前生长的栅氧化层。
[0025]本专利技术技术方案的有益效果至少为：
[0026]本专利技术技术方案通过在监测晶圆的衬底表面外延形成单晶硅层，增加了晶圆表面的平整性，使在监测过程生长出来的栅氧化层更为稳定，保证了栅氧化层生长厚度的监测准确性。此外，本专利技术技术方案通过在晶圆表面外延形成单晶硅层，能够在去除栅氧化层时不损伤晶圆衬底表面，辅助保持晶圆表面的平整性，大大提高监测晶圆的反复利用率。
附图说明
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
[0028]图1为现有技术栅氧化层生长监测的过程示意图；
[0029]图2为本专利技术技术方案提供的一种栅氧化层生长监测方法的流程示意图；
[0030]图3为现有技术的晶圆版面图与本专利技术技术方案中衬底外延单晶硅层下晶圆版面图、晶圆表面均一性实验参数的对比图；
[0031]图4为本专利技术技术方案的栅氧化层生长监测过程示意图；
[0032]图5为本专利技术技术方案提供的另一种栅氧化层生长监测方法的流程示意图；
[0033]图6为现有技术中直接在晶圆硅衬底表面生长栅氧化层的监测结果与本专利技术技术方案在晶圆衬底外延单晶硅表面生长栅氧化层的监测结果对比图；
[0034]图7为本专利技术技术方案提供的又一种栅氧化层生长监测方法的流程示意图；
[0035]图8为本专利技术技术方案提供的再一种栅氧化层生长监测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0036]为了更好的使本专利技术的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0037]在半导体制造
，对制造过程进行技术监测是重要的过程。针对制造线宽在14纳米以下的半导体元件，需要利用化学药液与衬底表面发生氧化反应，以生成超薄栅氧化层。针对超薄栅氧化层的制造，需要对栅氧化层的生长进行监测，监测合适的生长条件，以辅助工业栅氧化层的制造。
[0038]如图2所示的一种栅氧化层生长监测方法，适于监测线宽在14纳米以下的半导体元件的栅氧化层生长，包括如下步骤：
[0039]S10，提供一适于监测的晶圆，所述晶圆包括衬底及衬底表面。
[0040]监测所用的晶圆可以通过晶圆提供商直接购买，并专利技术并不对晶圆的具体型号或者结构做限定。由于晶圆的型号或提供商的不同，导致晶圆的质量不同，因此监测技术对于晶圆的稳定性有一定要求，如果晶圆可多次监测使用，不仅有利用监测生长的稳定性，也能够节约监测成本，从而提高监测效率。现有技术中，由于直接在晶圆表面监测栅氧化层的生长，晶圆表面的平整性较差，导致栅氧化层的生长条件无法准确监测，反复的去除所生长的栅氧化层，又会加剧晶圆表面的粗糙度，使监测晶圆无法多次使用。监测所用的晶圆通常包括衬底及衬底表面，衬底为硅基地，通常作为MOS管衬底。
[0041]步骤S11，形成一单晶硅层于所述衬底表面。
[0042]该步骤中，单晶硅层直接在晶圆衬底表面外延生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种栅氧化层生长监测方法，适于监测线宽在14纳米以下的半导体元件的栅氧化层生长，其特征在于，包括：提供一适于监测的晶圆，所述晶圆包括衬底及衬底表面；形成一单晶硅层于所述衬底表面；形成第一栅氧化层于所述单晶硅层；对所形成的第一栅氧化层厚度进行监测。2.如权利要求1所述的栅氧化层生长监测方法，其特征在于，所述单晶硅层为外延单晶硅层。3.如权利要求1所述的栅氧化层生长监测方法，其特征在于，所述单晶硅层的厚度为150nm至250nm。4.如权利要求1所述的栅氧化层生长监测方法，其特征在于，还包括：去除所述第一栅氧化层；再次形成第二栅氧化层于所述单晶硅层；对再次形成的第二栅氧化层厚度进行监测。5.如权利要求1所述的栅氧化层生长监测方法，其特征在于，还包括：在监测到所述第一栅氧化层的厚度不满足目标厚度后：去除所述第一栅氧化层；再次形成第...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海芯物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：