专利名称：漏氧检测方法
技术领域：
本发明涉及一种漏氧检测方法，特别涉及一种步骤简单且可快速获得测试结果的漏氧检测方法，用以检查氧气是否渗入一垂直式反应炉的装载室(loading area)内。
背景技术：
在目前的半导体产业中，由于高温反应炉(furnance)可允许多片硅晶片同时进行批量(batch)加工，故利用高温反应炉在硅晶片上进行反应，可使半导体工艺的成本节省许多。因此，高温反应炉被应用于许多半导体工艺，例如热氧化、化学气相沉积或热扩散等工艺。
请参考图1，图1是一垂直式反应炉(vertical-type processing furnance)的示意图。如图1所示，垂直式反应炉10主要包括一管状反应室(reactiontube)12，一设置于管状反应室12的下方的装载室11，一可动式遮板(shutter)13，设置于装载室11与管状反应室12之间，一晶片舟皿(waferboat)14，设置于装载室11之内，用来装载多个晶片(wafer)16，以及一晶片舟皿升降器(boat elevator)18，用来移动晶片舟皿14并使晶片舟皿14可沿双箭头AA′所示的方向上下移动。其中，各个晶片16首先被依序地送入装载室11内的晶片舟皿14，然后再打开可动式遮板13，并使晶片舟皿升降器18将晶片舟皿14送入管状反应室12之内。待晶片舟皿14完全地被送入管状反应室12内之后，便关闭可动式遮板13，并在晶片舟皿14内的各晶片16之上进行一热反应。如前所述，管状反应室12内所进行的热反应包括热氧化、化学气相沉积或热扩散等反应，通常热氧化反应是于有氧环境下进行，而化学气相沉积与热扩散等反应则是于无氧环境下进行。
此外，由于管状反应室12内的热反应通常是在高温下进行，所以当在管状反应室12内进行无氧的热反应时，便必须确保管状反应室12与装载室11之内维持无氧环境，否则，若外界的空气渗入管状反应室12或载装室11之内时，空气中的氧气便可能进入晶片舟皿16之内，并形成非必要的氧化物于各晶片16的表面上。例如，图2是制作氮化硅层26的方法的示意图，并且图2的氮化硅层26是在图1所示的垂直式反应炉10内制作而成。如图2所示，晶片16包括一半导体基板20、至少一位元线(bit line)22形成于半导体基板20表面、以及一钨金属层24形成于位元线22之上。接着，将晶片16送入垂直式反应炉10的管状反应室12之内，随后并进行一化学气相沉积反应，以形成一氮化硅层26于半导体基板20之上。然而如图2所示，若外界的空气漏进管状反应室12与装载室11的话，氧气便会于高温下氧化钨金属层24的表面，并形成一氧化钨层28于钨金属层24的表面，因而提高钨金属层24的电阻值。
通常而言，垂直式反应炉10另包含有一抽气马达(未显示)，用来抽取管状反应室12内的气体，因此管状反应室12之内通常不会发生氧气渗入的情形。此外，装载室11之内是利用风扇或通入大量的氮气，以使装载室11之内的氧气浓度低于设定值，然而由于利用风扇以及通入氮气等两种方法的排气效率较低，所以若空气渗入装载室11之内的话，渗入的空气便无法有效而且即时地被排出装载室11，此时若将可动式遮板13打开，管状反应室12之内的高温便会促使氧气产生氧化反应，进而便可能形成不必要的副产物(by-product)于各晶片16的表面上。另外，虽然装载室11之内通常会设有一氧气检测器(oxygen detector)(未显示)，用来监测装载室11内的氧气含量，但是由于氧气检测器多是一年维修一次，因此当氧气检测器运作失灵时，设备人员无法马上得知并修复，此时若因为零件松动或阀门未关紧等因素而导致空气渗入装载室11的话，工艺工程师便无法即时地掌控装载室11内的氧气含量。因此，寻求一简单的漏氧检测方法，以使操作人员可随时地检测氧气是否渗入装载室11之内，便是提高制作工艺合格率的一重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种漏氧检测方法，用以检查氧气是否渗入一反应炉的装载室内，以解决前述问题。
依据本发明的目的，在本发明的优选的实施例中，首先提供一检测晶片，检测晶片包括一基板、以及一形成于基板上的金属薄膜，且金属薄膜具有一第一颜色。然后将检测晶片由一装载室载入一反应室中，随后并取出检测晶片，最后观察检测晶片的表面，以获得一第二颜色，并且当第二颜色异于第一颜色时，表明装载室内已发生氧气渗入的情形。
由于本发明仅需观察检测晶片的颜色变化，便可判断是否有氧气渗入装载室内，因此本发明的方法可迅速且明确地获得检测结果。此外，又由于检测晶片的制作程序简单且容易，因此本发明提供了一符合经济效益的漏氧检测方法。
图1是为一垂直式反应炉的示意图。
图2是为制作一氮化硅层26的方法示意图。
图3是为本发明优选实施例所使用的检测晶片示意图。
图4与图5是为本发明优选实施例所使用的垂直式反应炉的操作示意图。
图6是为本发明优选实施例的漏氧检测方法的流程图。
附图标记说明10垂直式反应炉 11装载室12管状反应室 13可动式遮板14晶片舟皿 16晶片18晶片舟皿升降器 20半导体基板22位元线 24钨金属层26氮化硅层 28氧化钨层30检测晶片 32基板34缓冲薄膜 36测试薄膜40垂直式反应炉 41装载室42管状反应室 43可动式遮板44晶片舟皿 48晶片舟皿升降器50、52、54、56、58、60、62漏氧检测步骤具体实施方式
本发明提供了一种漏氧检测方法，并且本发明主要是利用一检测晶片来检查一垂直式反应炉的装载室内是否有空气渗入，因此，以下说明是先介绍本发明的漏氧检测方法所使用的检测晶片结构以及相关设备。请参考图3至图5，图3是本发明优选实施例所使用的检测晶片示意图，图4至图5是本发明优选实施例所使用的垂直式反应炉的操作示意图。如图3所示，一检测晶片30包括一基板32，一形成于基板32之上的测试薄膜36，以及一形成于基板32与测试薄膜36之间的缓冲薄膜34，用来提升测试薄膜36对基板32的附着能力。在本发明的优选实施例中，基板32是一硅基板，缓冲薄膜34则是由氮化钛(titanium nitride，TiN)所构成，而测试薄膜36是一金色的钨金属薄膜(tungsten，W)，其厚度大约介于4000与8000之间，较佳为6000。
如图4至图6所示，一垂直式反应炉40主要包含有一管状反应室42，一设于管状反应室42下方的装载室41，一设于装载室41与管状反应室42之间的可动式遮板43，一设于装载室41之内的晶片舟皿44，以及一用来移动晶片舟皿44的晶片舟皿升降器48。并且如图4所示，当本发明的漏氧检测方法实施于垂直式反应炉40时，首先，将检测晶片30送入垂直式反应炉40的装载室41内，并将检测晶片30装载于晶片舟皿44之内，同时并持续地通入氮气于装载室41之内。随后，如图4与图5所示，打开可动式遮板43，然后利用晶片舟皿升降器48将晶片舟皿44沿箭头BB′所示的方向送入管状反应室42之内，但不进行任何热反应于管状反应室42内。并且，管状反应室42内的温度与管状反应室42内所欲进行的热反应的工艺条件相同，通常管状反应室42内的温度介于600℃与800℃之间，优选为700℃。此外，装载室41内的氮气流速亦相同于一般工艺条件，一般而言，氮气的流速介于100(升/分钟，L/min)与200L/min之间，优选是150L/min。
然后，如图4所示，利用晶片舟皿升降器48将晶片舟皿44沿箭头CC′所示的方向移动，以将晶片舟皿44自管状反应室42移动至装载室41内，随后再将检测晶片30从垂直式反应炉40取出。最后，观察检测晶片30表面的颜色，若检测晶片30表面的颜色呈现非金色(例如黄绿色或蓝色)的情形时，亦即检测晶片30表面的颜色异于钨金属薄膜36的金色时，便表示装载室41之内已经受到氧气的污染，而必须检查垂直式反应炉40是否有零件松动或阀门未关紧等情形。
值得一提的是，由于管状反应室42内的温度介于600℃与800℃之间，因此若外界的空气渗入装载室41之内的话，则当可动式遮板43被打开时，空气内的氧气便会氧化检测晶片30表面的钨金属薄膜36，而形成一氧化钨层于检测晶片30的表面。并且，钨金属薄膜36的颜色通常为金色，而氧化钨层的颜色则依据氧化程度而呈现不同的颜色，例如黄绿色或蓝色。因此，当检测晶片30表面的颜色呈现非金色时，便可推论装载室41之内已经受到氧气的污染，而本发明便是经由观察检测晶片30的颜色变化，以判定氧气是否渗入装载室41之内。
请参考图6，图6是本发明优选实施例的漏氧检测方法的流程图。如图6所示，本发明的漏氧检测方法包括下列步骤步骤50开始；步骤52提供一检测晶片30，此时检测晶片30的表面为一第一颜色；步骤54将检测晶片30由垂直式反应炉40的装载室41装入管状反应室42内；步骤56将检测晶片30从垂直式反应炉40中取出；步骤58观察检测晶片30表面的颜色以获得一第二颜色；步骤60比较第一颜色与第二颜色，当第一颜色等同于第二颜色时，垂直式反应炉40的装载室41是未发生氧气渗入的情形，反之，当第一颜色不同于第二颜色时，垂直式反应炉40的装载室41是已发生氧气渗入的情形；步骤62结束。
简而言之，本发明提供一检测晶片30，并将检测晶片30载入垂直式反应炉40内，随后再将检测晶片30取出，最后并通过观察检测晶片30表面的颜色变化，以判定垂直式反应炉40内的装载室41是否有漏气的情形发生。
必须注意的是，本发明的漏氧检测方法并非只能实施于垂直式反应炉40内，而可实施于任何一种须于高温且无氧环境下进行反应的反应腔体(chamber)。并且，测试薄膜36的材料亦不限于钨金属，任何对氧气敏感、而且颜色与其氧化物明显不同的材料均可适用于测试薄膜36。
与现有技术相比较，本发明是利用检测晶片30来检查垂直式反应炉40的装载室41内是否有漏氧的情形发生。由于本发明仅需观察检测晶片30的物理性变化(即颜色变化)，便可判断是否有氧气渗入垂直式反应炉40的装载室41内，因此本发明的方法可迅速且明确地获得检测结果。此外，又由于检测晶片30的制作程序简单且容易，因此本发明提供一符合经济效益的漏氧检测方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等效变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种漏氧检测方法，该方法包括提供一检测晶片，所述的检测晶片包括一基板、以及一形成于所述的基板上的金属薄膜，并且所述的金属薄膜具有一第一颜色；将所述的检测晶片用一装载室装入一反应室中，随后取出所述的检测晶片；以及观察所述的检测晶片的表面，以获得一第二颜色，并且当所述的第二颜色异于所述的第一颜色时，表明所述的装载室内已发生氧气渗入。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的金属薄膜是一钨金属薄膜，并且所述的第一颜色为金色。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述的基板是一硅基板，并且所述的检测晶片还包括一氮化钛层，所述的氮化钛层形成于所述的钨金属薄膜与所述的硅基板之间，用来提高所述的钨金属薄膜对所述的硅基板的附着能力。
4.如权利要求1所述的的方法，其中所述的装载室与所述的反应室被安装在一垂直式反应炉之内，并且所述的垂直式反应炉还包括一晶片舟皿，设置于所述的装载室内并用来装载所述的半导体晶片；以及一晶片舟皿升降器，用来将所述的晶片舟皿在所述的装载室与所述的反应室之间移动。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述的方法还包括持续地向所述的装载室内通入氮气，而所述的氮气的流速在100升/分与200升/分之间。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述的反应室的温度介于600℃与800℃之间。
7.一种漏氧检测方法，所述的方法包括提供一检测晶片，所述的检测晶片包括一基板、以及一形成于该基板上的测试薄膜，且所述的测试薄膜具有一第一颜色；将所述的检测晶片用一装载室装入一反应室中，随后取出所述的检测晶片；以及观察所述的检测晶片的表面，以获得一第二颜色，并且当所述的第二颜色异于所述的第一颜色时，表明所述的装载室内已发生氧气渗入。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述的基板是一硅基板，而所述的测试薄膜是一金属薄膜。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述检测晶片还包括一缓冲薄膜，所述的缓冲薄膜形成于所述的金属薄膜与所述的硅基板之间，用来提高所述的金属薄膜对所述的硅基板的附着能力。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述的金属薄膜是一钨金属薄膜，且所述的第一颜色是金色，而所述的缓冲薄膜是一氮化钛层。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述的方法还包括持续地向所述的装载室内通入氮气，而所述的氮气的流速介于100L/min与200L/min之间。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述的反应室的温度介于600℃与800℃之间。
全文摘要
本发明提供一种漏氧检测方法，该方法包括首先提供一检测晶片，该检测晶片包括一基板，以及一具有一形成于基板上的第一颜色的金属薄膜；接下去将该检测晶片用一装载室装入一反应室中；随后取出检测晶片；最后观察检测晶片的表面，以获得一第二颜色，并且当第二颜色异于第一颜色时，表明装载室内已发生氧气渗入的情形。
文档编号G01M3/00GK1677071SQ20041003325
公开日2005年10月5日 申请日期2004年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者戴郡良, 杨易昌 申请人:力晶半导体股份有限公司
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