[发明专利]一种外延层结深染色的校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶圆外延层结深的测量方法，特别涉及一种测量晶圆外延层结深测量条件参数的校正方法。

背景技术

外延层是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料，外延层可以是同质外延层(Si/Si)，也可以是异质外延层(SiGe/Si或者SiC/Si等)。由于新生单晶层的晶向取决于衬底，由衬底向外延伸而成，故名“外延层”。外延生长之所以重要，在于外延层中的杂质浓度可以方便地通过控制反应气流中的杂质含量加以调节，而不依赖于衬底中的杂质种类与掺杂水平。

由于外延层中进行了杂质掺杂(P型或N型)，所以杂质浓度和硅衬底的掺杂浓度存在差异，外延层与硅衬底之间存在一个杂质浓度的过渡界面，我们称之为“结”，而它的深度我们称之为“结深”。在工艺过程中如果我们想对外延层的“结深”进行工艺监控，一般最常见的手段是以下两种：

方法1：使用二次离子质谱来进行外延层结深的测量，测定原理：材料经由带有能量的入射离子轰击而产生二次离子，二次离子经加速后进入二次离子质谱分析系统运用电、磁场的偏转将离子按不同质量分开，而达到成份分析的目的。二次离子强度经过转换可得到元素的浓度，而离子轰击时间，可转换成杂质分布深度。所以可以对外延层的结深进行测量，得到非常精确的深度值。但是该方法的最大缺点是代价较高。由于SIMS的机台费用高，达数百万美元，目前除了大型Fab外，在少数第三方实验室进行分析的费用很高，对一些小型Design House的设计企业，负担过重。(论文引自：二次离子质谱的深度分辨本领，朱怡峥，桂东，陈嬪，马农农，韩象明，查良镇，信息产业部电子第四十六研究院，天津300192，TN304，A)

方法2：使用结染色的化学腐蚀方法，进行结深的确认，使用的是业界常用的HF∶HNO₃＝1∶100的结染色液，由于不同杂质掺杂浓度区域的硅被结染色液腐蚀的速率存在差异，杂质浓度高的区域被结染色液刻蚀速率快；而杂质浓度低的区域被结染色液刻蚀速率慢，所以可以在截面上显现出界线，用扫描电子显微镜进行直接测量。但该方法存在一个最大的缺点是：结染色液的染色时间控制问题，如果时间太长，该染色的腐蚀界面就会向下扩散，人为地加深了外延层的结深，扰乱我们进行的外延层结深的工艺监控。(论文引自：DopantDelineation：Novel Technique For Silicon Dopant ImplantationDefects Identification，Ng Sea Chooi and Ng Jou Ching IntelTechnology Sdn.Bhd.Proceedings of 9th IPFA 2002，Singapore)

发明内容

为了解决现有测量外延层结深方法成本高或者精度低的问题，本发明提出以下技术方案：

一种外延层结深染色的校正方法，包括以下步骤：

A、使用外延片晶圆制备出多份截面样品，并保证样品截面不被污染；

B、将截面样品浸泡入结染色液，选取一组时间条件进行浸泡；

C、把不同染色时间的截面样品放入扫描电子显微镜中进行深度测量，得出不同深度值并记录；

D、使用扩展电阻仪测出不同染色时间的截面样品外延层结的深度值，并记录；

E、对比扫描电子显微镜测量的结深值与扩展电阻仪测量的外延层结深值，选取两种测量方法误差最小的时间值作为最优时间值，该最优时间值即为校正出的最适合的染色时间。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤B中的染色液为HF∶HNO₃＝1∶100的混合溶液。

作为本发明的另一种优选方案，所述HF的浓度为49％，所述HNO₃的浓度为79％。

作为本发明的又一种优选方案，所述步骤B中选取的时间为45S、60S、75S、90S、120S、150S、180S。

本发明带来的有益效果是：

1、本发明测量方法成本低，只有二次离子质谱仪测量方法的十分之一；

2、本发明测量方法测量的结深精度高，误差小于5％；

3、本发明测量方法操作简便，速度快，测量产品的量越大，测量效率越高。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

该最优实施例针对在P型衬底(浓度E16)上的浓度为E19的P+型外延层结深进行测量。