CN105280513B - 乙硼烷质量检测结构及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种乙硼烷质量检测结构及检测方法，在介质层上淀积BPSG并回流，再检测BPSG中是否存在缺陷进而判断B2H6质量，可用于对B2H6来料及保质期的检测，步骤简单，成本较低；并且，该检测方法可以采用与正式产品的半导体制程一致的流程，将B2H6对产品结构的影响体现的更加准确，不受GC或FTIR采样及分析误差影响；此外，利用所述乙硼烷质量检测结构进行检测后，还可将掺硼的磷硅玻璃以及介质层去除掉，使得该半导体衬底可以重复利用，以进一步降低成本。

Description

乙硼烷质量检测结构及检测方法
技术领域
本发明属于半导体制造工艺技术领域，特别涉及一种半导体制造中乙硼烷质量检测结构及检测方法。
背景技术
磷硅玻璃(PSG)由于具有良好的阻挡湿气和碱性离子等作用，普遍用于半导体制造过程中的介电隔离层和钝化层工艺中。但是，磷硅玻璃在集成电路中的台阶覆盖能力有限，特别是在作为介质隔离层使用时，通常需要通过高温回流的方式使其平坦化达到较佳水平，回流最佳温度在1000～1200℃之间，此温度对于整个产品制造工艺来说偏高，会改变器件结构特征尺寸。为了达到更好的平坦化效果，降低回流温度，在先进工艺中开发出掺硼的磷硅玻璃(BPSG)。与不掺硼的磷硅玻璃相比，掺硼的磷硅玻璃可以使回流温度降低100～200℃，并且，掺硼的磷硅玻璃防止离子沾污能力增强，同时在进行等离子刻蚀时具有更佳的刻蚀选择比。
掺硼的磷硅玻璃(BPSG)通常采用化学汽相淀积(CVD)工艺生长，采用主要成分为硅烷(SiH4)、乙硼烷(B2H6)、磷烷(PH3)的气体氧化淀积形成。发明人发现，乙硼烷是一种极不稳定的特气，必须在严格的储存条件下保存，即便在室温的情况下，瓶装的纯乙硼烷每月要分解10～20％，一旦温度高于室温达到40℃以上，乙硼烷会分解成丁硼烷(B4H10)、戊硼烷(B5H9)、已硼烷(B6H10)等高价硼烷。
对于乙硼烷的质量，通常是利用气相色谱法(Gas Chromatography，简称GC)或傅氏转换红外线光谱分析仪(Fourier Transform infrared spectroscopy，简称FTIR)来检测乙硼烷的化学分子，从而判断乙硼烷的含量和分解情况，以此判断乙硼烷质量是否符合工艺要求。但此检测方法费用昂贵，时间较长，无法形成长期高频的监控手段。如何结合半导体制 程，使乙硼烷的检测成本更低、监控效果更佳是本行业技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乙硼烷质量检测结构，以解决现有的检测方法费用昂贵，时间较长的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种乙硼烷质量检测方法，包括：
提供一半导体衬底；
在所述半导体衬底上形成一介质层；
采用包含乙硼烷的材料在所述介质层上形成一掺硼的磷硅玻璃；
进行回流工艺，形成一乙硼烷质量检测结构；
检测所述乙硼烷质量检测结构中是否出现缺陷，以判断乙硼烷的质量是否符合要求。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，采用显微镜检测所述乙硼烷质量检测结构正面是否出现空洞，如果出现空洞则推测所述乙硼烷质量检测结构中出现分层。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，如果所述乙硼烷质量检测结构正面出现空洞，再对所述乙硼烷质量检测结构进行断面分析，以进一步确定所述乙硼烷质量检测结构中是否出现分层。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，如果所述乙硼烷质量检测结构中出现分层，再采用气相色谱法或傅氏转换红外线光谱分析仪检测所述乙硼烷的成分。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，所述半导体衬底是颗粒样片或陪片。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，所述介质层是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多晶硅中的一种或其任意组合。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，通过化学气相淀积工艺在所述介质层上形成掺硼的磷硅玻璃。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，通过等离子体增强化学气 相淀积工艺在所述介质层上形成掺硼的磷硅玻璃。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，所述等离子体增强化学气相淀积工艺采用的化学气相源包含硅烷、乙硼烷和磷烷。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，所述乙硼烷质量检测结构中掺硼的磷硅玻璃的厚度为所述乙硼烷用于制作的产品片中掺硼的磷硅玻璃的厚度的1.5～3倍。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测方法中，所述掺硼的磷硅玻璃的厚度为
本发明还提供一种乙硼烷质量检测结构，包括：半导体衬底、介质层以及采用包含乙硼烷的材料形成并经过回流的掺硼的磷硅玻璃，所述介质层形成于所述半导体衬底上，所述掺硼的磷硅玻璃形成于所述介质层上。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测结构中，所述半导体衬底是颗粒样片或陪片。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测结构中，所述介质层是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多晶硅中的一种或其任意组合。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测结构中，所述乙硼烷质量检测结构中掺硼的磷硅玻璃的厚度为所述乙硼烷用于制作的产品片中掺硼的磷硅玻璃的厚度的1.5～3倍。
可选的，在所述的乙硼烷质量检测结构中，所述掺硼的磷硅玻璃的厚度为
与现有技术相比，本发明的乙硼烷质量检测结构及检测方法，在介质层上淀积BPSG并回流，再检测BPSG中是否存在缺陷进而判断B2H6质量，可用于对B2H6来料及保质期的检测，步骤简单，成本较低；并且，该检测方法可以采用与正式产品的半导体制程一致的流程，将B2H6对产品结构的影响体现的更加准确，不受GC或FTIR采样及分析误差影响；此外，利用所述乙硼烷质量检测结构进行检测后，还可将掺硼的磷硅玻璃以及介质层去除掉，使得该半导体衬底可以重复利用，以进一步降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例的乙硼烷质量的检测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中半导体衬底的剖面图；
图3是本发明实施例中形成介质层后的剖面图；
图4是本发明实施例中形成掺硼的磷硅玻璃后未出现缺陷的剖面图；
图5是本发明实施例中形成掺硼的磷硅玻璃后出现缺陷的俯视图；
图6是本发明实施例中形成掺硼的磷硅玻璃后出现缺陷的剖面图。
具体实施方式
在背景技术中已经提及，乙硼烷(B2H6)是一种极不稳定的特气，一旦温度达到40℃以上，其会分解成丁硼烷(B4H10)、戊硼烷(B5H9)、已硼烷(B6H10)等高价硼烷。发明人进一步发现，采用这些质量不佳的乙硼烷形成掺硼的磷硅玻璃(BPSG)时，这些高价硼烷在CVD过程中会出现分子聚集，与衬底的接触不佳，高温回流后容易出现分层现象，使器件参数失效，影响器件可靠性。
为此，本发明结合半导体制程的特点，提供一种乙硼烷质量检测结构及检测方法，使乙硼烷的检测成本更低、监控效果更佳。
参见图1所示，本实施例提供的乙硼烷质量的检测方法，包括：
S11：提供一半导体衬底；
S12：在所述半导体衬底上形成一介质层；
S13：采用包含乙硼烷(B2H6)的材料在所述介质层上形成一掺硼的磷硅玻璃(BPSG)；
S14：进行回流工艺，形成一乙硼烷质量检测结构；
S15：检测所述乙硼烷质量检测结构中是否出现缺陷，以判断乙硼烷的质量是否符合要求。
参见图4所示，本实施例提供的乙硼烷质量检测结构，包括：半导体衬底100、介质层110以及采用包含乙硼烷的材料形成的掺硼的磷硅玻璃120，所述介质层110形成于所述半导体衬底100上，所述掺硼的磷硅玻璃120形成于所述介质层110上。
以下对本发明提出的乙硼烷质量检测结构及检测方法作进一步详细说 明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
结合图1和图2所示，首先，提供一半导体衬底100。所述半导体衬底100可以是硅衬底，进一步的，其可以是N型掺杂的硅衬底，也可以是P型掺杂的硅衬底。为降低生产成本，可以采用颗粒样片(检测颗粒的样片)或陪片(挡片)作为所述半导体衬底100，只要没有沾污和缺陷即可满足检测要求。
结合图1和图3所示，接着，在所述半导体衬底100上形成一介质层110。优选方案中，所述介质层110与BPSG具有较佳的应力匹配效果。更优选的，所述介质层110的厚度与所述乙硼烷实际生产中用于制作的产品的制程要求一致。具体的，所述介质层110可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多晶硅中的一种或其任意组合，所述介质层110厚度例如是在之间。
结合图1和图4所示，接着，采用包含乙硼烷的材料在所述介质层110上形成一掺硼的磷硅玻璃120。可通过化学气相淀积(CVD)在所述介质层110上形成掺硼的磷硅玻璃120。
本实施例中，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)工艺形成掺硼的磷硅玻璃120。所采用化学气相源包含硅烷(SiH4)、乙硼烷(B2H6)和磷烷(PH3)。其中，SiH4主要提供BPSG中的SiO2；B2H6主要提供BPSG中的硼(B)成分，以B2O3形式存在；PH3主要提供BPSG中的磷(P)成分，以P2O5形式存在。进一步的，所述BPSG中SiO2、B2O3、P2O5形成三元氧化系统，形成具有良好台阶覆盖能力，低温回流、吸杂吸潮作用的氧化保护层。其中，BPSG流动依赖膜的组份、流动温度、流动时间和流动气氛，BPSG中硼质量浓度增加1％，所需的回流温度降低40℃左右，并且，BPSG中硼质量百分比超过5％后膜变得非常有吸湿性、不稳定，因而较佳方案中，所述BPSG中硼的质量百分比为1～5％。另外，BPSG中P的含量越高，其回流后的平坦化效果更佳；并且，BPSG中P的含量越高，吸潮效果更佳，但吸潮会形成磷酸，会对后续的金属进行腐蚀，所以磷的含量 不超过6％为宜。本实施例中，所述BPSG中P的质量百分比为2～6％。
发明人发现，如果乙硼烷(B2H6)已经出现了分解，所述掺硼的磷硅玻璃120越厚，越容易出现分层等缺陷。因而，所述BPSG优选为产品标准厚度的1.5～3倍，即，该检测结构的厚度为乙硼烷实际用于生产的产品中BPSG厚度的1.5～3倍，使分层等缺陷更容易体现出来。具体的，所述掺硼的磷硅玻璃120的厚度为
接下来，进行回流工艺，从而形成一乙硼烷质量检测结构。所述回流工艺可采用快速退火炉或者扩散退火炉，回流温度例如为700～950℃。可以理解，BPSG中B的含量越高，回流所需温度越低。
结合图4所示，如果观察乙硼烷质量检测结构中没有出现任何分层等缺陷，则可以认为B2H6的成分没有高价硼烷，B2H6纯度合格，质量较佳。通常，可采用显微镜等工具观察所述乙硼烷质量检测结构，以检查半导体衬底中有无出现分层的现象，实现减低成本的长期高频B2H6质量检测，不受GC或FTIR采样及分析误差影响。
优选实施例中，可通过光学显微镜观察乙硼烷质量检测结构的正面，如果乙硼烷质量检测结构中出现类似图5中23a的空洞，则可以推断其在介质层110和掺硼的磷硅玻璃120之间出现了如图6所示的分层23b，说明掺硼的磷硅玻璃120与介质层110粘合不佳，进而判断B2H6中存在高价硼烷。为了获得更准确的结果，如出现空洞23a，还可对所述乙硼烷质量检测结构的断面进行分析，以进一步确定是否出现了如图6所示的分层23b。更进一步的，还可结合气相色谱法(Gas Chromatography，简称GC)或傅氏转换红外线光谱分析仪(FourierTransform infrared spectroscopy，简称FTIR)等其他分析手段进一步确认B2H6的成分。
相应的，本发明还提供一种乙硼烷质量检测结构，包括：半导体衬底100、介质层110以及采用包含乙硼烷(B2H6)的材料形成并经过回流的掺硼的磷硅玻璃(BPSG)120，所述介质层110形成于所述半导体衬底100上，所述掺硼的磷硅玻璃(BPSG)120形成于所述介质层110。
以上介绍了乙硼烷质量检测结构的制作及检测过程，可以理解的是，该检测结构和方法可以运用于CMOS、Bipolar、BCD、STI、功率 MOSFET、大功率晶体管、IGBT和MEMS等产品的制作过程中。
综上所述，本发明的乙硼烷质量检测结构及方法，具有如下优点：
1、本发明在介质层上淀积BPSG并回流，再检测BPSG中是否存在缺陷进而判断B2H6质量，可用于对B2H6来料及保质期的检测，该方法步骤简单，成本较低；
2、该检测方法可以采用与正式产品的半导体制程一致的流程，将B2H6对产品结构的影响体现的更加准确，不受GC或FTIR采样及分析误差影响；
3利用所述乙硼烷质量检测结构进行检测后，还可将掺硼的磷硅玻璃以及介质层去除掉，使得该半导体衬底可以重复利用，以进一步降低成本。
本发明实施例虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种乙硼烷质量检测方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底；
在所述半导体衬底上形成一介质层；
采用包含乙硼烷的材料在所述介质层上形成一掺硼的磷硅玻璃；
进行回流工艺，形成一乙硼烷质量检测结构；
检测所述乙硼烷质量检测结构中是否出现缺陷，以判断乙硼烷的质量是否符合要求；
其中，所述缺陷是指分层；如果所述乙硼烷质量检测结构中未出现分层，则判断乙硼烷的质量符合要求；如果所述乙硼烷质量检测结构中出现分层，则判断乙硼烷的质量不符合要求。
2.如权利要求1所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，采用显微镜检测所述乙硼烷质量检测结构正面是否出现空洞，如果出现空洞则推测所述乙硼烷质量检测结构中出现分层。
3.如权利要求2所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，如果所述乙硼烷质量检测结构正面出现空洞，再对所述乙硼烷质量检测结构进行断面分析，以进一步确定所述乙硼烷质量检测结构中是否出现分层。
4.如权利要求2所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，如果所述乙硼烷质量检测结构中出现分层，再采用气相色谱法或傅氏转换红外线光谱分析仪检测所述乙硼烷的成分。
5.如权利要求1所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，所述半导体衬底是颗粒样片或陪片。
6.如权利要求1所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，所述介质层是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多晶硅中的一种或其任意组合。
7.如权利要求1所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，通过化学气相淀积工艺在所述介质层上形成掺硼的磷硅玻璃。
8.如权利要求7所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，通过等离子体增强化学气相淀积工艺形成所述掺硼的磷硅玻璃，所述等离子体增强化学气相淀积工艺采用的化学气相源包含硅烷、乙硼烷和磷烷。
9.如权利要求1所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，所述乙硼烷质量检测结构中掺硼的磷硅玻璃的厚度为所述乙硼烷用于制作的产品片中掺硼的磷硅玻璃的厚度的1.5～3倍。
10.如权利要求9所述的乙硼烷质量检测方法，其特征在于，所述掺硼的磷硅玻璃的厚度为
11.一种乙硼烷质量检测结构，其特征在于，包括：半导体衬底、介质层以及采用包含乙硼烷的材料形成并经过回流的掺硼的磷硅玻璃，所述介质层形成于半导体衬底上，所述掺硼的磷硅玻璃形成于介质层上；通过检测所述乙硼烷质量检测结构中是否出现缺陷以判断乙硼烷的质量是否符合要求，所述缺陷是指分层；如果所述乙硼烷质量检测结构中未出现分层，则判断乙硼烷的质量符合要求；如果所述乙硼烷质量检测结构中出现分层，则判断乙硼烷的质量不符合要求。
12.如权利要求11所述的乙硼烷质量检测结构，其特征在于，所述半导体衬底是颗粒样片或陪片。
13.如权利要求11所述的乙硼烷质量检测结构，其特征在于，所述介质层是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多晶硅中的一种或其任意组合。
14.如权利要求11所述的乙硼烷质量检测结构，其特征在于，所述乙硼烷质量检测结构中掺硼的磷硅玻璃的厚度为所述乙硼烷用于制作的产品片中掺硼的磷硅玻璃的厚度的1.5～3倍。
15.如权利要求14所述的乙硼烷质量检测结构，其特征在于，所述掺硼的磷硅玻璃的厚度为
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