一種在線檢測矽納米晶形態的方法
2023-06-06 04:11:41 1
專利名稱：一種在線檢測矽納米晶形態的方法
技術領域：
本發明涉及一種納米晶顆粒檢測的方法，特別涉及一種利用測量單色光反射率的 變化在線檢測矽納米晶形態的方法。
背景技術：
自從1967年，貝爾實驗室的D. Kahng和S. M. Sze提出了浮柵結構的非易失性半導 體存儲器以來，基於柵堆疊的M0SFET結構的浮柵半導體存儲器就在容量、成本和功耗上以 佔有極大的優勢取代了之前長期使用的磁存儲器。在此基礎上，日本東芝公司在1984年成 功提出了 Flash存儲器的概念，目前Flash存儲器是非易失性半導體存儲器市場上的主流 器件，但是隨著微電子技術節點不斷向前推進，工藝線寬將進一步減小，基於浮柵結構的傳 統Flash器件正在遭遇嚴重的技術難點，主要原因是由於隧穿介質層的持續減薄，漏電現 象越發嚴重，嚴重限制了 Flash器件的可縮小化，導致浮柵存儲器件的密度難以提升。目前 解決此類問題的解決方案有兩種。一種革命式方案，就是採用完全不同存儲機理和結構的 存儲介質，如RRAM，FeRAM, PCRAM等；另外一種改進型方案，就是在現有非易失性浮柵存儲 器的基礎上，採用新的浮柵存儲介質，如Nitride，納米晶等等。對於前一種方案，由於採用 兩端式存儲結構，存儲單元佔用晶片的面積會大幅減少，密度可以進一步提高，但是在這種 方案當中，有的與傳統CMOS工藝的兼容性不是很高，需要增加額外的工藝步驟，有的存儲 機理還有待進一步研究，因此目前還不是很成熟。而對於第二種方案，採用氮化矽，非金屬 納米晶，幾乎與傳統CMOS工藝完全兼容，甚至不需要增加額外的光刻模板，對於目前65nm 以下的非易失性浮柵存儲器領域，有著非常廣闊的應用前景。但是對於納米晶顆粒的檢測，特別是矽納米晶形態的在線檢測缺少一種準確可靠 的方法。目前分析納米晶的形態最常用的方法就是採用高精度掃描電鏡(SEM)和透射電鏡 (TEM)檢測。SEM的工作原理是用一束極細的電子束掃描樣品，在樣品表面激發出次級電子，次 級電子的多少與電子束入射角有關，也就是說與樣品的表面結構有關，因此可以根據收集 到的次級電子的多少來檢測表面形態。TEM的工作原理是以電子束透過樣品，經過減薄的樣 品聚焦與放大後所產生的物像來檢測表明表面形態。但這兩種方法都需要破片分析，周期長，成本也較高，而且這兩種方法主要在於檢 測單個納米晶的形態，對於尺寸大小不一的納米晶很難快速統計出平均值，不適合大規模 生產的快速檢測。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明需要解決的技術問題就在於，克服現有技術中需要用掃描電鏡對矽片進行 破片分析的缺點，提供一種利用測量單色光反射率的變化在線檢測矽納米晶形態的方法， 以實現對矽納米晶形態的在線快速檢測。
( 二)技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種在線檢測矽納米晶形態的方法，該方法包 括步驟1 準備若干片矽片作為襯底，在該各襯底表面分別生長一隧穿介質層；步驟2 用稀釋氫氟酸處理襯底表面，再用LPCVD的方法在該各襯底表面分別生長 一層矽納米晶；步驟3 利用波長為365nm的單色光作為入射光入射至各襯底表面，由於表面材料 和形貌的不同，反射光強必然會發生變化，記錄各種生長時間的納米晶矽片的反射率，建立 生長時間與反射率之間的關係式；步驟4:將以上各種矽片用掃描電鏡和透射電鏡進行破片分析，確定不同生長時 間納米晶的形態，建立不同納米晶形態與生長時間的關係式；步驟5 將納米晶不同形態與反射率對應起來，建立相應的關係式，從而根據反射 率來確定生長的納米晶形態。上述方案中，步驟1中所述隧穿介質層為3102或5@4。上述方案中，步驟2中所述在各襯底表面分別生長一層矽納米晶，在各襯底表面 的生長時間依次相差0. 5分鐘，分別為1分鐘、1. 5分鐘、2分鐘、2. 5分鐘.......上述方案中，步驟3中所述波長為365nm的單色光是由在線膜厚檢測設備產生的， 或者是用分光鏡將白光分解成不同波長的單色光，並且構成連續的可見光光譜，然後截取 波長為365nm附近極窄的一段光譜作為該單色光。上述方案中，步驟3中所述入射光的光斑面積為2. 7iimX2. 7iim。上述方案中，步驟3中所述反射率是所有反射光與初始入射光的光強之比。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的利用測量單色光反射率的變化在線檢測矽納米晶形態的方法，通 過納米晶顆粒對入射光的吸收，從而影響反射光強的變化，導致反射率出現規律性的改變， 因此可以定性地將納米晶形態與光的反射率聯繫起來，從而可以實現對矽納米晶的在線快 速檢測。2、利用本發明，可以將反射率與矽納米晶的實際形態之間建立聯繫，實現快速檢 測矽納米晶。3、利用本發明，可以用於在線檢測矽納米晶的形態，也可以在線監測其它顆粒的 形態。此方法形式簡單，測量方便，速度快，效率高，可用於大規模生產的在線監測。
圖1是本發明的實現原理示意圖；圖2-1是Si02襯底上不同尺寸矽納米晶對反射率影響的示意圖；圖2-2是Nitride襯底上不同尺寸矽納米晶對反射率影響的示意圖；圖2-3是Si02和Si3N4襯底上不同生長時間的納米晶對反射率影響的示意圖；圖3是本發明提供的利用測量單色光反射率的變化在線檢測矽納米晶形態的方 法流程其中，1-入射光；2-矽納米晶；3-經過矽納米晶的反射光；4-經過矽納米晶和隧 穿層介質的反射光；5-隧穿介質層；6-入射光發射器；7-反射光接收器。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明提供的利用測量單色光反射率的變化在線檢測矽納米晶形態的方法，通過 納米晶顆粒對入射光的吸收，從而影響反射光強的變化，導致反射率出現規律性的改變，因 此可以定性地將納米晶形態與光的反射率聯繫起來，從而可以實現對矽納米晶的在線快速 檢測。如圖1所示，本發明的實現原理如下對於二氧化矽(如圖2-1)，納米晶密度越 大，厚度越大，入射光的損失就越大，反射光強也就會降低，從而可以建立相應的關係式， 達到在線監測的目的；而對於氮化矽，納米晶密度增大，由於襯底材料的性質，不同檢測波 長的反射率變化趨勢也不同，但對於特定區間的波長，反射率也呈現規律性的變化(如圖 2-2)，從而也可以選取特定波長的光作為檢測光。對于波長位於區間325nm 420nm的檢測光，二氧化矽和氮化矽襯底的反射率變 化呈現一致的變化規律納米晶尺寸增大，反射率減小。因而選擇反射率變化趨勢最顯著的 波長為365nm的光作為檢測光(如圖2_3)。本發明採用入射光照射矽片表面，通過檢測反射率的變化來檢測納米晶形態的方 法。所述入射光可以是單色光，也可以是波長帶寬極小的連續光，如圖1所示，當光線1入 射到納米晶表面，除了沒有被納米晶覆蓋表面的部分反射，還有一部分光線3、4經過納米 晶內部被折射吸收，導致反射的光線強度減弱，從而反射率會下降(所述反射率為所有反 射光的強度總和與入射光強度之比)。納米晶尺寸越大，厚度也越大，光線經過納米晶的路 程也會越大，吸收的機率也會越大，所以反射光強會相應減少，所以可以把反射率和納米晶 的尺寸聯繫起來，在矽納米晶生長時間大於2分鐘時，反射率與生長時間(即矽納米晶的大 小)近似成線性關係(如圖2-3)，因此可以通過反射率的大小來檢測矽片表面納米晶的形 態狀況。如圖3所示，圖3是本發明提供的利用測量單色光反射率的變化在線檢測矽納米 晶形態的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟1 準備若干片矽片作為襯底，在該各襯底表面分別生長一隧穿介質層；該隧 穿介質層為Si02或Si3N4。步驟2 用稀釋氫氟酸處理襯底表面，再用LPCVD的方法在該各襯底表面分別生長 一層矽納米晶；在各襯底表面分別生長一層矽納米晶，在各襯底表面的生長時間依次相差0. 5分 鍾，分別為1分鐘、1. 5分鐘、2分鐘、2. 5分鐘.......步驟3 利用波長為365nm的單色光作為入射光入射至各襯底表面，由於表面材料 和形貌的不同，反射光強必然會發生變化，記錄各種生長時間的納米晶矽片的反射率，建立 生長時間與反射率之間的關係式；波長為365nm的單色光是由在線膜厚檢測設備產生的，或者是用分光鏡將白光分解成不同波長的單色光，並且構成連續的可見光光譜，然後截取波長為365nm附近極窄的 一段光譜作為該單色光。入射光斑面積為〗.？!!!!!※〗.？!!!!!。反射率是所有反射光與初始入 射光的光強之比。步驟4:將以上各種矽片用掃描電鏡和透射電鏡進行破片分析，確定不同生長時 間納米晶的形態，建立不同納米晶形態與生長時間的關係式；步驟5 結合步驟3和步驟4，將納米晶不同形態與反射率對應起來，建立相應的關 系式，從而可以根據反射率來確定生長的納米晶形態，達到快速檢測的目的。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護範圍之內。
權利要求
一種在線檢測矽納米晶形態的方法，其特徵在於，該方法包括步驟1準備若干片矽片作為襯底，在該各襯底表面分別生長一隧穿介質層；步驟2用稀釋氫氟酸處理襯底表面，再用LPCVD的方法在該各襯底表面分別生長一層矽納米晶；步驟3利用波長為365nm的單色光作為入射光入射至各襯底表面，由於表面材料和形貌的不同，反射光強必然會發生變化，記錄各種生長時間的納米晶矽片的反射率，建立生長時間與反射率之間的關係式；步驟4將以上各種矽片用掃描電鏡和透射電鏡進行破片分析，確定不同生長時間納米晶的形態，建立不同納米晶形態與生長時間的關係式；步驟5將納米晶不同形態與反射率對應起來，建立相應的關係式，從而根據反射率來確定生長的納米晶形態。
2.根據權利要求1所述的在線檢測矽納米晶形態的方法，其特徵在於，步驟1中所述隧 穿介質層為SiO2或Si3N4。
3.根據權利要求1所述的在線檢測矽納米晶形態的方法，其特徵在於，步驟2中所述在 各襯底表面分別生長一層矽納米晶，在各襯底表面的生長時間依次相差0. 5分鐘，分別為1 分鐘、1. 5分鐘、2分鐘、2. 5分鐘.......
4.根據權利要求1所述的在線檢測矽納米晶形態的方法，其特徵在於，步驟3中所述波 長為365nm的單色光是由在線膜厚檢測設備產生的，或者是用分光鏡將白光分解成不同波 長的單色光，並且構成連續的可見光光譜，然後截取波長為365nm附近極窄的一段光譜作 為該單色光。
5.根據權利要求1所述的在線檢測矽納米晶形態的方法，其特徵在於，步驟3中所述入 射光的光斑面積為2. 7 μ mX2. 7 μ m。
6.根據權利要求1所述的在線檢測矽納米晶形態的方法，其特徵在於，步驟3中所述反 射率是所有反射光與初始入射光的光強之比。
全文摘要
本發明公開了一種在線檢測矽納米晶形態的方法，包括準備若干片矽片作為襯底，在該各襯底表面分別生長一隧穿介質層；用稀釋氫氟酸處理襯底表面，再在該各襯底表面分別生長一層矽納米晶；利用波長為365nm的單色光作為入射光入射至各襯底表面，由於表面材料和形貌的不同，反射光強必然會發生變化，記錄各種生長時間的納米晶矽片的反射率，建立生長時間與反射率之間的關係式；將以上各種矽片用掃描電鏡和透射電鏡進行破片分析，確定不同生長時間納米晶的形態，建立不同納米晶形態與生長時間的關係式；將納米晶不同形態與反射率對應起來，建立相應的關係式，從而根據反射率來確定生長的納米晶形態。利用本發明，實現了對矽納米晶形態的在線快速檢測。
文檔編號G01N21/55GK101813624SQ20091007855
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優先權日2009年2月25日
發明者劉明, 楊瀟楠, 王永, 王琴 申請人:中國科學院微電子研究所