CN102080949B - 硅外延膜厚测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外延膜厚测量方法，采用两探头厚度量测设备对外延片外延前的厚度进行测量得到外延前外延片的厚度值，采用两探头厚度量测设备对相同外延片外延后的厚度进行测量得到外延后外延片的厚度值，用测量到的外延后外延片的厚度值减去测量到的外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚。本发明对硅片衬底掺杂浓度无特殊要求，硅片的衬底无需采用重掺衬底，降低了部分工艺的成本，避免了重掺衬底中的杂质对外延腔体造成污染，消除了对后面的轻掺衬底轻掺外延工艺的影响，同时无需额外增加成本，并可与现有的外延层平整度测试流程兼容。

Description

硅外延膜厚测量方法及装置
【技术领域】
本发明涉及一种厚度测量方法及装置，尤其涉及一种硅外延膜厚测量方法及装置。
【背景技术】
外延工艺是半导体流程中重要的工序，它的目的是在硅衬底生长一次低缺陷的可控制电阻率的单晶硅外延层。外延膜厚度直接影响到半导体产品的参数性能，准确测量外延膜厚度就至关重要。
目前，业界使用傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)红外干涉法测试外延膜厚。这种方法要求半导体硅片的衬底掺杂浓度比外延层的掺杂浓度高100倍以上，普遍要求采用重掺衬底。而对于非重掺衬底的外延工艺，则需要另外准备圆片测量厚度。同时，重掺衬底中的杂质会在外延过程中蒸发出圆片，对外延腔体造成污染，对后面的轻掺衬底轻掺外延工艺产生很大影响，尤其是在高阻工艺中。
另外，衬底杂质在高温外延中也会向外延层进行扩散，影响外延膜厚的测量。
【发明内容】
有鉴于此，有必要针对上述测量外延膜厚对衬底掺杂浓度有要求、操作复杂的问题，提出一种外延膜厚的测量方法。
此外，还有必要针对上述测量外延膜厚对衬底掺杂浓度有要求、操作复杂的问题，提出一种外延膜厚的测量装置。
一种外延膜厚测量方法，包括如下步骤：
采用两探头厚度量测设备对外延片外延前的厚度进行测量得到外延前外延片的厚度值；所述两探头分别位于所述外延片的两侧，所述两探头之间的距离为固定值，所述外延片的厚度为所述两探头之间的距离减去两探头与所述外延片的间距之和；
采用两探头厚度量测设备对相同外延片外延后的厚度进行测量得到外延后外延片的厚度值；
用测量到的外延后外延片的厚度值减去测量到的外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚；
移动所述两探头测量所述外延片各处厚度。
优选的，所述外延片为硅外延片、GeSi外延片或CSi外延片。
一种外延膜厚测量装置，包括两探头及与所述两探头连接的控制模块，所述两探头分别位于所述外延片的两侧，所述两探头之间的距离为固定值，所述外延片的厚度为所述两探头之间的距离减去两探头与所述外延片的间距之和，所述控制模块用于控制所述两探头对外延片外延前的厚度和外延后的厚度进行测量并用测量到的外延后外延片的厚度值减去外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚，所述控制模块还用于控制所述两探头移动并测量所述外延片各处厚度。
优选的，所述外延片为硅外延片、GeSi外延片或CSi外片。
采用上述外延膜厚测量方法及装置既保证了测量精度又对硅片衬底掺杂浓度无特殊要求，硅片的衬底无需采用重掺衬底，降低了部分工艺的成本，避免了重掺衬底中的杂质对外延腔体造成污染，消除了对后面的轻掺衬底轻掺外延工艺的影响。同时两探头抛光片厚度量测设备是生产线现有设备，无需额外增加成本，并与现有的外延层平整度测试流程兼容。
【附图说明】
图1是两探头厚度量测设备检测外延片厚度示意图。
图2是外延膜厚测量装置示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
两探头厚度量测设备(例如ADE公司厚度量测设备)在半导体工业中用来测试圆片的整体厚度，平整度、曲翘。它对于测试圆片本身要求不高。利用上述设备进行厚度测量，无需额外增加成本，并与现有的外延层平整度测试流程兼容。
外延膜厚测量方法，包括如下步骤：
采用两探头厚度量测设备，对外延片外延前的厚度进行测量得到外延前外延片的厚度值。
图1是两探头厚度量测设备检测外延片厚度值的示意图。两探头的上探测头11与下探测头12分别位于所述外延片2的两侧。两探头抛光片厚度量测设备的上探测头11与下探测头12之间距离D为固定值，上端探测头11用来测量外延片2上表面21与探测头11之间的距离a，两探头片厚度量测设备的下端探测头12用来测量外延片2下表面22与探测头12之间的距离b，测得距离a，b后，根据计算式T＝D-(a+b)自动计算出硅片的厚度值T。距离a，b可以通过电容测量的方式或者用光学测量的方式获得。为了获得外延片2各处的外延膜厚，还需要移动两探头测量外延片2外延前各处厚度值T1、T2、......、TX。
采用两探头厚度量测设备对相同外延片外延后的厚度进行测量得到外延后外延片的厚度值。
外延后外延片的厚度值测量方法与上述方法相同。为了获得外延片2各处的外延膜厚，还需要移动两探头测量外延片2各处厚度值T1’、T2’、......、TX’。
用测量到的外延后外延片的厚度值减去测量到的外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚。
在计算各处的外延膜厚时，用测量到的外延后外延片各处厚度值减去测量到的外延前外延片各处厚度值，计算差值tX＝TX-TX’得出外延膜各处厚度值。
上述外延膜厚测量方法测量精度为0.01微米，很好的保证了测量结果的可靠性。同时上述测量方法还可以适用于硅外延片、GeSi外延片和CSi外延片。
此外，还提供了一种外延膜厚测量装置。如图2所示外延膜厚测量装置包括两探头110及与所述两探头连接的控制模块120。控制模块120用于控制两探头110对外延片外延前的厚度和外延后的厚度进行测量并用测量到的外延后外延片的厚度值减去测量到的外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚。
两探头110包括上探测头11与下探测头12，上探测头11与下探测头12分别位于外延片的两侧。通过电容测量的方式或者用光学测量的方式获得两探头110与外延片之间的间距，由于两探头之间的距离为固定值，外延片的厚度为两探头之间的距离减去两探头与所述外延片的间距之和。
为了获得外延片2各处的外延膜厚，控制模块120还用于控制两探头110移动并测量外延片各处厚度。
采用上述外延膜厚测量方法及装置既保证了测量精度又对硅片衬底掺杂浓度无特殊要求，硅片的衬底无需采用重掺衬底，降低了部分工艺的成本，避免了重掺衬底中的杂质对外延腔体造成污染，消除了对后面的轻掺衬底轻掺外延工艺的影响。同时两探头抛光片厚度量测设备是生产线现有设备，无需额外增加成本，并与现有的外延层平整度测试流程兼容。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种外延膜厚测量方法，包括如下步骤：
采用两探头厚度量测设备对外延片外延前的厚度进行测量得到外延前外延片的厚度值；所述两探头分别位于所述外延片的两侧，所述两探头之间的距离为固定值，所述外延片的厚度为所述两探头之间的距离减去两探头与所述外延片的间距之和；
采用两探头厚度量测设备对相同外延片外延后的厚度进行测量得到外延后外延片的厚度值；
用测量到的外延后外延片的厚度值减去测量到的外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚；
移动所述两探头测量所述外延片各处厚度。
2.根据权利要求1所述的外延膜厚测量方法，其特征在于：所述外延片为硅外延片、GeSi外延片或CSi外延片。
3.一种外延膜厚测量装置，其特征在于，包括两探头及与所述两探头连接的控制模块，所述两探头分别位于外延片的两侧，所述两探头之间的距离为固定值，所述外延片的厚度为所述两探头之间的距离减去两探头与所述外延片的间距之和，所述控制模块用于控制所述两探头对外延片外延前的厚度和外延后的厚度进行测量并用测量到的外延后外延片的厚度值减去外延前外延片的厚度值，计算差值得出外延膜厚，所述控制模块还用于控制所述两探头移动并测量所述外延片各处厚度。
4.根据权利要求3所述的外延膜厚测量装置，其特征在于：所述外延片为硅外延片、GeSi外延片或CSi外延片。
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