CN103412272B

CN103412272B - 用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法及校正汞探针电阻率量测仪的方法

Info

Publication number: CN103412272B
Application number: CN201310239592.8A
Authority: CN
Inventors: 王浩; 邹崇生
Original assignee: WAFER WORKS EPITAXIAL CORP
Current assignee: WAFER WORKS EPITAXIAL CORP
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103412272A

Abstract

用于校正汞探针电阻率量测仪的标准片及校正汞探针电阻率量测仪的方法。本发明公开了一种用于校正汞探针电阻率量测仪的标准片，利用经过校准的四探针电阻率量测仪测量N/P结构外延片；利用汞探针电阻率量测仪测量N/N结构外延片，并根据统计数据建立线性对应关系，实现利用四探针电阻率量测仪的测量值作为标准表征汞探针电阻率量测仪的测量值。本发明提供了用于校正汞探针电阻率量测仪的标准片，该标准片电阻率值可以与国际标准值接轨，寿命长、且可重复生长，成本低、可长时间使用。

Description

用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法及校正汞探针电阻率量测仪的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法及校正汞探针电阻率量测仪的方法。

背景技术

外延即在硅单晶衬底上沿原来的晶向再生长一层硅单晶薄膜的工艺。硅外延片是制作半导体分立器件的主要材料，因为它既能保证PN结的高击穿电压，又能降低器件的正向压降。硅外延片能让双极性电路(IC)的器件做在有重掺埋层的轻掺外延层上，形成生长的PN结，解决IC的隔离问题，因此它也是IC器件的主要原材料。

衡量外延品质有三项重要参数，分别是厚度、电阻率、表面缺陷，其中厚度和电阻率直接影响后道工艺的崩溃电压测试即决定了终端产品的电性。

测试外延的电阻率和电阻率均匀性的方法由很多，其中被业界广泛使用的就是汞探针电阻率量测仪，简称Hg-CV，或Hg-CV机台。以本发明中针对N型掺杂外延来说明，其原理为：经过处理后的外延层，外延层表面经化学反应生长一层氧化膜，形成绝缘层，相当于一个PN结。量测时在氧化膜的上方直接接触金属汞，这样在PN结的交界面就形成空间电荷区。这时在金属汞和外延片背面上施加外加变化的电压时，则PN结空间电荷也随着发生变化，即电容效应，称作势垒电容，再通过计算空间电荷的数量(也称载流子的浓度)换算成电阻率，从而达到测量外延层电阻率的目的。

而在使用Hg-CV量测正式产品的电阻率前，需要一种标准片来校准和监控Hg-CV机台本身的准确性和稳定性，传统的校正方式是通过己确认离子浓度的标准离子注入晶片来调节Hg-CV，使机台量测此标准片的值落在标定的范围内，但此标准片有易沾污，寿命短、成本高，稳定性差，没有国际标准等缺点，不适宜长时间稳定有效的监控和校验Hg-CV。因此，要想长时间稳定有效的校准和监控Hg-CV，需要提供一种新的可以与国际标准接轨，寿命长或可重复生长，成本低、并可长时间使用的标准片。

四探针电阻率测试仪，简称4PP、或4PP机台；是另一种应用较为普遍的外延电阻率量测仪，其要求所测试的外延层掺杂与基板掺杂形态相反，即N/P或P/N型结构外延片，其量测原理是将位于同一直线上的4个探针置于一平坦的样品上，并施加直流电流I于外侧的两个探针上，然后在中间两个探针上用高精度数字电压表测量电压V，则检测位置的电阻率ρΩ·cm，根据ρ＝C*V/I计算，其中C为四探针的探针系数(cm)，它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。且有可以校准4PP的VLSI国际标准片。但4PP在量测外延时尤其是薄外延和高阻外延，稳定性较差，且对测试样品的结构严格，不适合批量式外延炉使用，在实际生产中有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于校正汞探针电阻率量测仪的标准片。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法，其特征在于，通过以下步骤确定：

1)、在同样的参数下连续生产N/P结构外延片和N/N结构外延片；所述N/P结构外延片包括P型衬底和N型掺杂外延层；所述N/N结构外延片包括N型衬底和N型掺杂外延层；两种外延片的外延层厚度均为15μm以上；

2)、使用四探针电阻率量测仪测量N/P结构外延片外延层的电阻率值，记为X；使用汞探针电阻率量测仪测量N/N结构外延片外延层的电阻率值，记为Y；

3)、重复步骤1)、2)多次，根据测量的多个Y值与多个X值，得出两者的线性对应公式Y＝aX+b中a的值和b的值；

4)、在同样参数下连续生产多片N/P结构外延片和多片N/N结构外延片，并使用四探针电阻率量测仪测量N/P结构外延片外延层的电阻率，记为X₁、X₂…X_n；计算其平均值得到X_a；根据公式Y＝aX+b计算与X_a对应的Y_a值；使用汞探针电阻率量测仪测量N/N结构外延片的外延层电阻率值，挑选电阻率值为Y_a±10％Y_a内的作为标准片。

优选地是，所述的N型衬底掺杂有砷、磷或锑；所述的P型衬底掺杂有硼。

优选地是，所述的N型外掺杂延层掺杂有砷、磷或锑；所述的P型衬底掺杂有硼。

优选地是，所述步骤4)中，挑选外延层电阻率为Y_a±1.5％Y_a范围内的外延片作为标准片。

优选地是，所述步骤4)中，挑选外延层电阻率为Y_a±1％Y_a范围内的外延片作为标准片。

本发明的目的之二是为了克服现有技术中的不足，提供一种及校正汞探针电阻率量测仪的方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

校正汞探针电阻率量测仪的方法，其特征在于，首先按照前述的方法确定标准片；再使用待校汞探针电阻率量测仪测量标准片的电阻率；并设定一个可允许的比例范围，如该汞探针电阻率量测仪测量的标准片外延层电阻率未超过该比例范围，则该汞探针电阻率量测仪无需校正；如超过该比例范围，则调整使其测量值位于该比例范围内。

优选地是，所述比例范围为±10％。

优选地是，所述比例范围为±1.5％。

优选地是，所述比例范围为±1％。

发明人经过研究发现，在同样的工艺参数下生产的同一类型外延层的外延片，无论衬底类型是哪一种，只要外延层厚度达到15μm以上，外延层的离子掺杂浓度相同，对应的纯外延层的电阻率值相同。纯外延层是指不包含由于基板和外延掺杂离子或掺杂离子浓度不同而造成的过渡区在内的外延层，外延片的外延层表面一般均为纯外延层。本发明中测量的外延层电阻率均为纯外延层电阻率。因此，本发明可利用经过校准的四探针电阻率量测仪测量N/P结构外延片；利用汞探针电阻率量测仪测量N/N结构外延片，并根据统计数据建立线性对应关系，实现利用四探针电阻率量测仪的测量值作为标准表征汞探针电阻率量测仪的测量值。本发明提供了用于校正汞探针电阻率量测仪的标准片，该标准片电阻率值可以与国际标准值接轨，寿命长、且可重复生长，成本低、可长时间使用。

附图说明

图1为实施例1中的XY线性关系图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明进行详细的描述：

使用型号为ASME2000的单片式外延炉台在不改变工艺参数的情况下连续生产N/P和N/N型结构外延片。

在衬底生长外延层完成后，先使用VLSI国际标准片对四探针测量仪进行校准。确认四探针测量仪量测值为准确后，再使用该四探针测量仪量测N/P型外延片，得到该外延片的量测值X₁。

再使用Hg-CV机台量测经过参照《GB/T14146-2009硅外延层载流子浓度测定汞探针电容-电压法》中样品处理步骤进行作业的N/N型结构外延片，得到该外延片量测值Y₁；

连续生产N/P和N/N结构外延片，得到N/P型结构外延片量测在四探针量测仪上的量测值X₂和N/N型结构外延片量测在汞探针量测仪上的量测值Y₂。

如此重复做5次，分别得到X₁、X₂…X₅和Y₁、Y₂…Y₅。通过数学计算或作图得到线性关系Y＝aX+b中a的值和b的值。

最后再在不改变工艺参数的情况下一次连续生产多片N/P和N/N型结构外延片，使用汞探针测量仪测量多片N/P结构外延片，计算其平均值为X_a。通过线性关系Y＝aX+b，带入X_a的值到X中，计算得到Y_a的值。再使用汞探针测量仪量测参照《GB/T14146-2009硅外延层载流子浓度测定汞探针电容-电压法》中样品处理步骤进行作业的N/N型结构外延片。挑选量测该批次外延片的电阻率值在Y_a±1％Y_a以内作为标准片，即量测值落在[Y_a-1％Y_a，Y_a+1％Y_a]内的外延片作为标准片。

利用上述挑选出的标准片校正汞探针测量仪。使用待校正汞探针测量仪测量标准片的外延层电阻率，如测量值为Y_a±1％Y_a以内，则说明该待校正汞探针测量仪测量结果准确。如测量值为超出Y_a±1％Y_a范围，则说明其测量结果不准确；调整待校正汞探针测量仪，使其测量数值位于Y_a±1％Y_a以内，则校正完毕。

使用上述标准片做待校正汞探针测量仪的的稳定性分析和每日的监控，当待校正Hg-CV量测值在Y_a±1.5％Y_a以内时，即量测值落在[Y_a-1.5％B_n，Y_a+1.5％B_n]内时，说明待校正Hg-CV稳定。

实施例1

每一生产工序，使用单片式外延机台在同一参数下连续生产一片N/P和一片N/N型结构外延片。N/P结构外延片包括P型衬底和N型掺杂外延层；所述N/N结构外延片包括N型衬底和N型掺杂外延层。两种外延片的外延层厚度均为15μm以上。其中P型衬底掺杂元素为硼(B)元素，N型衬底掺杂为锑(Sb)元素；N型外延层采用N型磷(Ph)元素来作为掺杂元素。

连续生产五批，此5批外延片的生产参数均相同，得到5片N/P和5片N/N型结构外延片。使用四探针测量仪测量5片N/P结构外延片的外延层电阻率；并使用汞探针测量仪测量5片N/N结构外延片外延层电阻率，其结果如表1所示，单位为ohm·cm。

表1

通过数学计算或作图得到线性关系Y＝0.8206X-2.1086，如图1所示。

关系式Y＝0.8206X-2.1086确定后，再在同一参数下依次生产1片N/P结构外延片、4片N/N型结构外延片和1片N/P结构外延片；记为第6批第1-6片。使用四探针测量仪测量2片N/P结构外延片外延层电阻率，汞探针测量仪量测N/N结构外延片外延层电阻率，测量获得的数值分别是如表2所示，单位为ohm·cm。

表2

根据公式Y＝0.8206X-2.1086计算得到Y_a值为14.22。如果使用汞探针测量仪测量的测量值不在14.22±0.142ohm·cm、即14.078ohm·cm-14.362ohm·cm内，则其不能作为标准片；如果测量值在14.22±0.1422ohm·cm、即14.078ohm·cm-14.362ohm·cm内，则可作为标准片。按照此标准，第6批中的第2-5片N/N型结构外延片均可以作为标准片。

选定标准片后，再使用待校正汞探针量测仪测量标准片的电阻率，如果其测量值在14.22±0.142ohm·cm内，则无需校正；如果其测量值不在14.22±0.142ohm·cm内，则需要校正其量测值使其位于14.22±0.142ohm·cm内。如何校正汞探针量测仪使其数值位于选定的范围内，此属于现有技术，在此不再赘述。

此后，可于不同时期用此生产方法和同一对校系数，如本例中列举的Y＝0.8206X-2.1086，来重复制作用于校正汞探针测量仪的准确性和稳定性的标准片。

以上实施例中选择的电阻率变化范围可以根据生产的严格程度确定，如果要求宽松，可以将N/N结构外延片电阻率的范围设定为Y_a±10％Y_a、Y_a±5％Y_a或Y_a±1.5％Y_a；对应地，可以将N/P结构外延片电阻率的范围设定为X_a±10％X_a、X_a±5％X_a或X_a±1.5％X_a。

此方法，有效的克服了汞探针测量仪量测无国际标准的问题，并可持续来校准和监控汞探针测量仪的准确性和稳定性，并提供了标准片的可再生性。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims

1.用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法，其特征在于，通过以下步骤确定：

4)、在同一参数下连续生产多片N/P结构外延片和多片N/N结构外延片，并使用四探针电阻率量测仪测量N/P结构外延片外延层的电阻率，记为X₁、X₂...X_n；计算其平均值得到X_a；根据公式Y＝aX+b计算与X_a对应的Y_a值；使用汞探针电阻率量测仪测量N/N结构外延片的外延层电阻率值，挑选电阻率值为Y_a±10％Y_a内的作为标准片。

2.根据权利要求1所述的用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法，其特征在于，所述的N型衬底掺杂有砷、磷或锑；所述的P型衬底掺杂有硼。

3.根据权利要求1所述的用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法，其特征在于，所述的N型掺杂外延层掺杂有砷、磷或锑；所述的P型衬底掺杂有硼。

4.根据权利要求1所述的用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法，其特征在于，所述步骤4)中，挑选外延层电阻率为Y_a±1.5％Y_a范围内的外延片作为标准片。

5.根据权利要求1所述的用于确定校正汞探针电阻率量测仪的标准片的方法，其特征在于，所述步骤4)中，挑选外延层电阻率为Y_a±1％Y_a范围内的外延片作为标准片。

6.校正汞探针电阻率量测仪的方法，其特征在于，首先按照权利要求1-5任一权利要求所述的方法确定标准片；再使用待校汞探针电阻率量测仪测量标准片的电阻率；并设定一个可允许的比例范围，如该汞探针电阻率量测仪测量的标准片外延层电阻率未超过该比例范围，则该汞探针电阻率量测仪无需校正；如超过该比例范围，则调整使其测量值位于该比例范围内。

7.根据权利要求6所述的校正汞探针电阻率量测仪的方法，其特征在于，所述比例范围为±10％。

8.根据权利要求6所述的校正汞探针电阻率量测仪的方法，其特征在于，所述比例范围为±1.5％。

9.根据权利要求8所述的校正汞探针电阻率量测仪的方法，其特征在于，所述比例范围为±1％。