[发明专利]一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法。

背景技术

通常的外延为单层外延结构(如图1所示)，如需要精确测量外延厚度，则需将低掺杂的外延层淀积到高掺杂浓度的衬底晶圆片上，使用红外反射测量技术进行测量。红外反射测量技术为达成良好测量，要求高浓度衬底层的电阻率应小于0.02Ω·cm，这是由于其测试机理是将红外光IR经过迈克耳逊干涉仪后入射到硅外延表面，通过对IR分别在外延表面和衬底表面的反射光形成的干涉图样的分析计算外延层厚度。轻掺杂的外延层对于波长在2.5到50μm范围内的红外光谱相对是透明的，但重掺杂的基底对于在此范围内辐射起到反射表面的作用，因此红外反射技术可用于确定外延层的厚度。

在一般的外延单晶硅生产线，外延工艺机台往往需要使用某一类重掺杂晶圆片进行外延机台状态的评估，这类晶圆片被称为监控片，负责外延机台的工程师就是通过监控片来判定机台是否可以继续进行产品生产。

外延膜厚监控片使用重掺杂晶圆片，由于此类晶圆掺杂一般是在CZ法制作晶棒时进行的掺杂，圆片表面的掺杂浓度均匀性一般很难做到很好。监控片表面的掺杂浓度存在差异越大，外延厚度量测准确定受到的影响就会越大。假设同样的外延厚度，高掺杂浓度的表面测得的数据会比相对低掺杂浓度表面测得的数据小，这种现象会随着淀积温度的升高而越发严重。最不理想的情况是淀积膜厚薄的位置衬底表面浓度比淀积膜厚厚的位置衬底表面浓度更高，这将导致测得的数据与实际的工艺状态相差甚远。也就是说，表面杂质浓度均匀性差会影响到红外反射测量的准确性，影响到工程师对当前机台状态的判断，导致产品良率不能有效控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明制备的膜厚监控片的表面掺杂浓度均匀性远远优于CZ法制作的重掺杂衬底片，增加了试炉膜厚结果的准确性，使监控结果能够真实反应机台工艺状态，最大程度降低由于监控片监控结果的不准确造成的物料损失，产能降低及产品工艺参数超标。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：对使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态，当使用过的晶圆片表面为裸硅状态时，则不需表面处理；

步骤二：对表面呈裸硅状态的晶圆片清洗；

步骤三：对经步骤二清洗过的晶圆片进行N型或P型杂质注入；

步骤四：将步骤三中注入N型或P型杂质的晶圆片进行高温处理；

步骤五：将步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；

步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗，即得到外延膜厚监控片。

进一步地，步骤一中所述的使用过的晶圆片为使用过的氧化膜厚监控片、氮化硅膜厚监控片、外延膜厚监控片或外延电阻率监控片中的一种。

进一步地，步骤二及步骤六中的清洗过程均为：首先于110～120℃下，利用体积比为3:1～5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3～7分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1～50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20～60秒，再用去离子水冲洗5～10分钟；最后于60～80℃下，利用体积比为1:1:5～1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5～10分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟后甩干。

进一步地，所述步骤二与步骤三之间还有如下步骤：对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧或湿氧的气氛下，于常压、750℃～1150℃的温度下生成的，氧化时间为10～60分钟，当通入干氧时，干氧流量为8～16slm，当通入湿氧时，湿氧中氧气与氢气的流量比为1:1～1:1.68；步骤三是对经过此步骤的晶圆片进行N型或P型杂质注入。

进一步地，对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长厚度为的氧化层。

进一步地，步骤三中进行N型或P型杂质注入时的注入能量为50kev～150kev，注入量为2.5E15～7.5E15。

进一步地，步骤四中高温处理的温度范围为1150～1250℃。

进一步地，步骤一和步骤五中均采用纯氢氟酸对晶圆片表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态。

一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，包括以下步骤：

选择掺硼，<100>晶向，电阻率为0.1～100ohm·cm，已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片，晶圆片上生长有1000埃氧化层；