CN102788556A - 外延生长后埋层图形漂移量的测量方法 - Google Patents

外延生长后埋层图形漂移量的测量方法 Download PDF

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徐俊
王大平
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Abstract

本发明公开一种测量外延图形漂移的方法，该方法包括：利用光刻版A，在硅片上形成埋层图形；将所述有埋层图形的硅片进行退火处理形成二氧化硅层做为保护层；利用光刻版B，对所述长有保护层的硅片进行光刻、刻蚀，将同一个埋层图形分为保护区与未保护区两个区域；生长一外延层；测量埋层图形未保护区域相对于埋层图形保护区域的位移数据，得到外延后埋层图形漂移量。本发明方法经外延生长后，硅片不需再经过其他手段处理，便可直接用光学显微镜或拍照后进行图形处理的方法进行测量；不需经过切片、磨角、染色等人工操作步骤，不同人员操作结果的偏差极小；提高了测量外延后埋层图形漂移量的精度，其测量精度可达0.01μm级，比常规磨角染色法的测量精度提高了一个数量级。

Description

外延生长后埋层图形漂移量的测量方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造外延生长工艺的测量方法，特别涉及一种外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，它适用于半导体制造工艺领域。
背景技术
外延工艺是半导体制造工艺中的重要工艺之一，很多器件直接制作在外延层上，外延层质量的好坏直接影响器件性能。形成埋层图形的硅片经外延生长后，外延图形相对于埋层图形会发生位置上的移动，并且严重影响后续的光刻对准精度。因此，需知外延后的漂移信息，使光刻偏套一定的量来补偿外延后图形的漂移量，这样有利于减小元件尺寸、集成电路面积不断缩小。
目前，外延生长后埋层图形漂移量的测量方法通常为磨角染色法。该方法是：待测硅片进行切片，将样片固定到具有一定倾角的磨角器上进行研磨，磨出一个斜面，放入溶液中进行化学腐蚀，因化学反应使样片某区域出现颜色差异，就可利用显微镜对切断面进行测量。此方法的缺点：1）若磨角、染色处理不好，会造成无法测量或测量不准确，还需返工重新处理；2）此种方法步骤繁琐，操作较复杂，且精度不高。目前，常规磨角染色法的测量偏差通常为1μm级，其测量精度只有0.1μm级。
发明内容
为克服传统外延生长后埋层图形漂移量的测量方法的上述缺点，本发明提供了一种外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其测量方法简便、直观，且测量精度大幅提高。
本发明的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，包括以下步骤：
1．利用光刻版A，在硅片上形成埋层图形；
2．将所述有埋层图形的硅片进行退火处理，形成SiO2层作为保护层；
3．利用光刻版B，对所述有保护层的硅片进行光刻、刻蚀，将同一个埋层图形分为保护区域与未保护区域；
4．生长一外延层；
5．测量埋层图形未保护区域相对于埋层图形保护区域的位移数据，得到外延后埋层图形漂移量。
所述利用光刻版A，在硅片上形成埋层图形的步骤为：硅片RCA清洗；氧化，SiO2层的厚度为1000±50nm；利用光刻版A进行光刻；刻蚀；RCA清洗；生长10-15nm的SiO2层；Ａs注入，注入剂量4E15/cm2，能量100keV；去胶。
将所述有埋层图形的硅片进行退火处理，形成SiO2层作为保护层的步骤为：RCA清洗；退火，退火为20分钟升温到1050℃，1050℃下退火1小时，氢气与氧气合成氧化处理55分钟，再升温到1200℃处理5小时，降温到850℃处理1小时10分钟，退火过程中形成400-500nm的SiO2层，作为保护层。
利用光刻版B，对所述有保护层的硅片进行光刻、刻蚀，将同一个埋层图形分为保护区域与未保护区域的步骤为：
（1）RCA清洗；涂光刻胶。
（2）利用光刻版B，在所述有保护层的硅片上光刻出大小为1×1mm的窗口，窗口只覆盖同一埋层图形的部分区域，此窗口为保护区域，同一埋层图形上的没有被窗口覆盖的区域为未保护区域；
（3）刻蚀去除未保护区域的保护层；
（4）去除光刻胶。
所述生长一外延层的步骤为：RCA清洗；常规外延工艺，其中，生长温度1200℃，速率08-1.2μm/min，厚度1-30μm，电阻率0.5-50Ω·cm的N型外延层。
所测量埋层图形未保护区域相对于埋层图形保护区域的位移数据，得到外延后埋层图形漂移量的步骤为：使用带有测量功能的光学显微镜直接测量，或经显微镜拍照后进行测量，以埋层图形保护区域的位置为基准，测量出未保护区外延后图形相对于保护区区域的漂移量，即得到外延后埋层图形的漂移量。
所述光刻版A形成埋层图形，所述光刻版B将所述光刻版A形成的埋层图形分为保护区域与未保护区域两个区域。
有益效果：
本发明与常规的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法相比，有如下特点：
1）本发明方法经外延生长后，硅片不需再经过其他手段处理，便可直接用光学显微镜或拍照后进行图形处理的方法测量，因此本发明方法简便、直观。
2）本发明方法不需过切片、磨角、染色等人工操作步骤，不同人员操作结果的偏差极小，因此本发明方法的测量步骤简单，可大大减少人为偏差。本发明对同一外延片取3点，每点各测量3次，最大偏差为0.12μm，比常规磨角染色法的最大偏减小了一个数量级。
3）本发明方法在测量外延后埋层图形漂移量过程中，保护区与未保护区界面清晰、对比明显，因此测量精度大幅提高。通过本发明方法，测量外延后埋层图形漂移量的精度，其测量精度可达0.01μm级，比常规磨角染色法的测量精度提高了一个数量级。
附图说明
图1是本发明形成埋层图形后的硅片剖面示意图；
图2是本发明将有埋层图形的硅片进行退火处理形成保护层后的剖面示意图；
图3是本发明在有保护层的硅片上将同一个埋层图形分为保护区域与未保护区域后的剖面示意图；
图4是本发明经外延生长后的剖面示意图；
图5是本发明在显微镜下的测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。
本发明的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，是利用选择外延生长技术能在硅衬底材料特定的区域进行外延生长，其他区域不进行外延生长的特点，来实现同一埋层图形中保护区域不发生外延生长和未保护区域发生外延生长。通过测量保护区域与未保护区域的相对位置数据，得到外延后埋层图形漂移量数据。本发明具体方法如下：
1．利用光刻版A，在硅片1上形成埋层图形2：
（1）硅片1为：P型、<111>晶向，电阻率7~13Ω·cm，硅片清洗采用用1#液NH4OH:H2O2:H2O＝1:2:7和2#液HCl:H2O2:H2O=1:2:7各清洗10分钟，通称RCA清洗；
（2）在硅片1上生长氧化层2，其厚度为1000±50nm；
（3）采用光刻版A进行光刻；刻蚀，形成埋层图形窗口。
（4）RCA清洗后，生长10-15nm的SiO2层；
（5）Ａs注入，注入剂量4E15/cm2，能量100keV；
（6）去胶，如图1所示；
其中，埋层图形可以为单埋层或多埋层。
2．将所述有埋层图形的硅片进行退火处理，形成SiO2层作为保护层3的步骤为：
（1）RCA清洗；
（2）退火，退火条件为：20分钟升温到1050℃，1050℃下退火1小时，氢气与氧气合成氧化处理55分钟，再升温到1200℃处理5小时，降温到850℃处理1小时10分钟，退火过程中形成400-500nm的SiO2层，作为保护层3，如图2所示。
3．利用光刻版B，对所述长有保护层3的硅片进行光刻、刻蚀，将同一个埋层图形2分为保护区域4与未保护区域5的步骤为：
（1）RCA清洗；
（2）涂光刻胶；
利用光刻版B，在所述有保护层3的硅片上光刻出大小为1×1mm的窗口,窗口只覆盖同一埋层图形的部分区域，此窗口为保护区域4，同一埋层图形上的没有被窗口覆盖的区域为未保护区域5，
所述光刻版A形成埋层图形，所述光刻版B将所述光刻版A形成的埋层图形分为保护区域4与未保护区域5两个区域。
（3）刻蚀去除未保护区域5的保护层。
（4）去除光刻胶，如图3所示，
此过程中，未保护区域5上SiO2层3必须完全刻蚀干净，保护区域4上的氧化层3应完全覆盖被保护的埋层图形区域。
4．生长一外延层7的步骤为：
（1）RCA清洗；
（2）常规外延工艺。其中，生长温度1200℃，速率08-1.2μm/min，厚度8.10μm，电阻率2.5Ω·cm的N型外延层7。
外延层生长后，由于采用光刻版B定义了保护区域和未保护区域，因此同一埋层图形2上保护区区域4上没有生长出外延层，未保护区区域5上生长了外延层7，外延生长后，未保护区域5图形上发生了漂移量为d的漂移图形6，如图4所示。
5．测量埋层图形未保护区域5经外延生长后，漂移图形6相对于埋层图形保护区域4的
位移数据，得到外延后埋层图形漂移量d：
使用带有测量功能的光学显微镜直接测量，或经显微镜拍照后进行测量，以埋层图形保护区域4的位置为基准，测量出未保护区域外延后埋层图形6相对于保护区域4的漂移量，即得到外延后埋层图形的漂移量d，如图5所示。

Claims (7)

1.一种外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）利用光刻版A，在硅片上形成埋层图形；
（2）将所述有埋层图形的硅片进行退火处理，形成SiO2层作为保护层；
（3）利用光刻版B，对所述有保护层的硅片进行光刻、刻蚀，将同一个埋层图形分为保护区域与未保护区域；
（4）生长一外延层；
（5）测量埋层图形未保护区域相对于埋层图形保护区域的位移数据，得到外延后埋层图形漂移量。
2.根据权利要求1所述的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于：所述利用光刻版A，在硅片上形成埋层图形的步骤为：硅片RCA清洗；氧化，SiO2层的厚度为1000±50nm；利用光刻版A进行光刻；刻蚀；RCA清洗；生长10-15nm的SiO2层；Ａs注入，注入剂量4E15/cm2，能量100keV；去胶。
3.根据权利要求1所述的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于：将所述有埋层图形的硅片进行退火处理，形成SiO2层作为保护层的步骤为：RCA清洗；退火，退火为20分钟升温到1050℃，1050℃下退火1小时，氢气与氧气合成氧化处理55分钟，再升温到1200℃处理5小时，降温到850℃处理1小时10分钟，退火过程中形成400-500nm的SiO2层，作为保护层。
4.根据权利要求1所述的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于：利用光刻版B，对所述有保护层的硅片进行光刻、刻蚀，将同一个埋层图形分为保护区域与未保护区域的步骤为：
（1）RCA清洗；涂光刻胶。
（2）利用光刻版B，在所述有保护层的硅片上光刻出大小为1×1mm的窗口，窗口只覆盖同一埋层图形的部分区域，此窗口为保护区域，同一埋层图形上的没有被窗口覆盖的区域为未保护区域；
（3）刻蚀去除未保护区域的保护层；
（4）去除光刻胶。
5.根据权利要求1所述的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于：所述生长一外延层的步骤为：RCA清洗；常规外延工艺，其中，生长温度1200℃，速率08-1.2μm/min，厚度1-30μm，电阻率0.5-50Ω·cm的N型外延层。
6.根据权利要求1所述的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于：所测量埋层图形未保护区域相对于埋层图形保护区域的位移数据，得到外延后埋层图形漂移量的步骤为：使用带有测量功能的光学显微镜直接测量，或经显微镜拍照后进行测量，以埋层图形保护区域的位置为基准，测量出未保护区外延后图形相对于保护区区域的漂移量，即得到外延后埋层图形的漂移量。
7.根据权利要求1所述的外延生长后埋层图形漂移量的测量方法，其特征在于：所述光刻版A形成埋层图形，所述光刻版B将所述光刻版A形成的埋层图形分为保护区域与未保护区域两个区域。
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