[发明专利]一种在线检测硅纳米晶形态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米晶颗粒检测的方法，特别涉及一种利用测量单色 光反射率的变化在线检测硅纳米晶形态的方法。

背景技术

自从1967年，贝尔实验室的D.Kahng和S.M.Sze提出了浮栅结构的 非易失性半导体存储器以来，基于栅堆叠的MOSFET结构的浮栅半导体 存储器就在容量、成本和功耗上以占有极大的优势取代了之前长期使用的 磁存储器。在此基础上，日本东芝公司在1984年成功提出了Flash存储器 的概念，目前Flash存储器是非易失性半导体存储器市场上的主流器件， 但是随着微电子技术节点不断向前推进，工艺线宽将进一步减小，基于浮 栅结构的传统Flash器件正在遭遇严重的技术难点，主要原因是由于隧穿 介质层的持续减薄，漏电现象越发严重，严重限制了Flash器件的可缩小 化，导致浮栅存储器件的密度难以提升。目前解决此类问题的解决方案有 两种。一种革命式方案，就是采用完全不同存储机理和结构的存储介质， 如RRAM，FeRAM，PCRAM等；另外一种改进型方案，就是在现有非易 失性浮栅存储器的基础上，采用新的浮栅存储介质，如Nitride，纳米晶等 等。对于前一种方案，由于采用两端式存储结构，存储单元占用芯片的面 积会大幅减少，密度可以进一步提高，但是在这种方案当中，有的与传统 CMOS工艺的兼容性不是很高，需要增加额外的工艺步骤，有的存储机理 还有待进一步研究，因此目前还不是很成熟。而对于第二种方案，采用氮 化硅，非金属纳米晶，几乎与传统CMOS工艺完全兼容，甚至不需要增加 额外的光刻模板，对于目前65nm以下的非易失性浮栅存储器领域，有着 非常广阔的应用前景。

但是对于纳米晶颗粒的检测，特别是硅纳米晶形态的在线检测缺少一 种准确可靠的方法。目前分析纳米晶的形态最常用的方法就是采用高精度 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)检测。

SEM的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出 次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面 结构有关，因此可以根据收集到的次级电子的多少来检测表面形态。TEM 的工作原理是以电子束透过样品，经过减薄的样品聚焦与放大后所产生的 物像来检测表明表面形态。

但这两种方法都需要破片分析，周期长，成本也较高，而且这两种方 法主要在于检测单个纳米晶的形态，对于尺寸大小不一的纳米晶很难快速 统计出平均值，不适合大规模生产的快速检测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明需要解决的技术问题就在于，克服现有技术中需要用扫描电镜 对硅片进行破片分析的缺点，提供一种利用测量单色光反射率的变化在线 检测硅纳米晶形态的方法，以实现对硅纳米晶形态的在线快速检测。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种在线检测硅纳米晶形态的方法， 该方法包括：

步骤1：准备若干片硅片作为衬底，在该各衬底表面分别生长一隧穿 介质层；

步骤2：用稀释氢氟酸处理各衬底表面，再用LPCVD的方法在该各 衬底表面分别生长一层硅纳米晶，形成多个纳米晶硅片；

步骤3：利用波长为365nm的单色光作为入射光入射至该多个纳米晶 硅片表面，由于表面材料和形貌的不同，反射光强必然会发生变化，记录 各种生长时间的纳米晶硅片的反射率，建立生长时间与反射率之间的关系 式；

步骤4：将以上多个纳米晶硅片用扫描电镜和透射电镜进行破片分析， 确定不同生长时间纳米晶的形态，建立不同纳米晶形态与生长时间的关系 式；

步骤5：将多个纳米晶硅片不同形态与反射率对应起来，建立相应的 关系式，从而根据反射率来确定生长的纳米晶形态。

上述方案中，步骤1中所述隧穿介质层为SiO₂或Si₃N₄。

上述方案中，步骤2中所述在各衬底表面分别生长一层硅纳米晶，在 各衬底表面的生长时间从1分钟开始，依次相差0.5分钟。

上述方案中，步骤3中所述波长为365nm的单色光是由在线膜厚检测 设备产生的，或者是用分光镜将白光分解成不同波长的单色光，并且构成 连续的可见光光谱，然后截取波长为365nm附近极窄的一段光谱作为该单 色光。

上述方案中，步骤3中所述入射光的光斑面积为2.7μm×2.7μm。