CN111312609A - 硅衬底上硅外延层厚度的测量方法 - Google Patents

硅衬底上硅外延层厚度的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，制备晶片样品的横截面和利用染色技术对硅衬底染色来区分硅衬底本体和硅外延层；所述染色技术应用的染色溶液由质量浓度为69％的硝酸与质量浓度为49％的氢氟酸按体积比为20:1配置而成和染色的时间为3‑5秒。本发明提供的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，为了在晶片样品的横截面上把硅外延层和硅衬底本体明显区分，使用本发明提供的化学染色技术对样品进行染色，达到了检测硅外延层厚度的目的。

Description

硅衬底上硅外延层厚度的测量方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及硅衬底上硅外延层厚度的测量方法。
背景技术
在半导体晶圆制造中，必须准确控制和测量硅衬底上硅外延层(Epi)的厚度。目前硅衬底上硅外延层(Epi)的厚度是使用红外光谱(FTIR)或分布电阻曲线(SRP)进行测量和监控的。但是，其周转时间长且分析成本高。
发明内容
本发明提供硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，用于晶片制造中硅衬底上硅外延层厚度的快速而准确的测量，可以减少分析周期和成本。
具体地，本发明提供了硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，利用染色溶液对硅衬底染色来区分硅衬底本体和硅外延层；
所述染色溶液由质量浓度为69％的硝酸与质量浓度为49％的氢氟酸按体积比为20:1配置而成。
本发明提供的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，为了在晶片样品的横截面上把硅外延层和硅衬底本体明显区分，使用本发明提供的化学染色溶液和染色时间对样品进行染色，达到了检测硅外延层厚度的目的。
在一些可能的实施方式中，所述硅衬底在染色前要进行切割和抛光。
在一些可能的实施方式中，所述抛光后的硅衬底用去离子水清洗，然后干燥。
在一些可能的实施方式中，所述硅衬底用去离子水清洗后使用压缩空气高压枪干燥。
在一些可能的实施方式中，所述染色溶液的染色时间为3-5秒。
在一些可能的实施方式中，所述染色溶液对硅衬底染色后，经清洗和干燥后，进行检测。
在一些可能的实施方式中，染色后用去离子水冲洗，然后干燥。
在一些可能的实施方式中，所述染色后，用去离子水冲洗30±5秒。
在一些可能的实施方式中，染色后用去离子水冲洗，然后使用压缩空气高压枪干燥。
在一些可能的实施方式中，所述检测前还溅射惰性金属膜。
在一些可能的实施方式中，所述惰性金属为铂或金。
在一些可能的实施方式中，所述惰性金属膜的厚度为
Figure BDA0002398856530000021
在一些可能的实施方式中，所述检测采用扫描电子显微镜进行。
本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，通过采用特定的染色溶液和染色时间对晶片样品染色，把硅外延层和硅衬底本体明显区分，进而达到检测硅外延层厚度的目的。
(2)本发明提供的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，用于晶片制造中硅衬底上硅外延层厚度的快速而准确的测量。
(3)本发明提供的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法可以减少分析周期和成本。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本发明实施例1提供的未做化学染色的晶片样品的扫描电镜图，结果显示硅衬底本体和硅外延层之间没有明显边界，不能测量硅外延层的厚度；
图2示出了本发明实施例1提供的经过化学染色的晶片样品的扫描电镜图，结果显示硅衬底本体和硅外延层之间有明显的边界，可以测量硅外延层的厚度。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
具体地，本发明提供了硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，利用染色溶液对硅衬底染色来区分硅衬底本体和硅外延层；
所述染色溶液由质量浓度为69％的硝酸与质量浓度为49％的氢氟酸按体积比为20:1配置而成。
本发明提供的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，使用本发明提供的染色溶液和染色时间对样品进行染色，在晶片样品的横截面上把硅外延层和硅衬底本体明显区分，达到了检测硅外延层厚度的目的。
其中，染色溶液对硅衬底染色采用浸泡的方式进行，染色溶液可以对硅衬底样品整体浸泡，也可以只对其某一侧面浸泡。
本发明中，硝酸的质量浓度为69％，通过市售购买得到；同样地，质量浓度为49％的氢氟酸通过市售购买得到。
本发明中，染色溶液由一定浓度的硝酸和一定浓度的氢氟酸按一定的比例混合而成，即本发明的染色溶液含有一定浓度的硝酸和一定浓度的氢氟酸，其溶剂为水。也就是说，本发明的染色溶液并不限于本发明提供的特定浓度的硝酸和特定浓度的氢氟酸按特定的比例混合制得染色溶液，只要其得到的溶液与本发明的染色溶液相同或类似即在本发明的保护范围内。
另外，本领域技术人员可以理解的是，本发明提供的染色溶液中各组分的数值还包括各数值在误差范围内变动的数值，即各组分的数值的误差范围内的数值也在本发明的保护范围内。
另外，需要说明的是，在本发明未见特殊说明的情况下，溶液中的溶剂视为水。
在一些可能的实施方式中，所述硅衬底在染色前还进行切割和抛光。
切割和抛光的目的是为了更方便和更准确地准备一个横截面，以便用染色溶液来染色，将硅外延层和硅衬底本体区分以达到能准确测量硅外延层。
抛光采用现有的技术进行，如在一些实施例中，抛光可采用抛光布上加入氧化铝粉抛光液进行研磨抛光，至无划痕。
具体地，抛光可采用抛光布上加入0.3±0.1μm氧化铝粉抛光液，以研磨转速为150-200rpm，抛光，至无划痕。
一般抛光3-8分钟即可。
如在不同实施例中，可以为抛光布上加入0.3±0.1μm氧化铝粉抛光液，以研磨转速为150rpm，抛光，至无划痕；也可以为抛光布上加入0.3±0.1μm氧化铝粉抛光液，以研磨转速为180rpm，抛光，至无划痕；也可以为抛光布上加入0.3±0.1μm氧化铝粉抛光液，以研磨转速为200rpm，抛光，至无划痕；等等。
在一些可能的实施方式中，所述抛光后的硅衬底用去离子水清洗，然后干燥。
采用去离子水清洗去除杂物。
在一些可能的实施方式中，所述硅衬底用去离子水清洗后使用压缩空气高压枪干燥。
压缩空气高压枪对清洗后的硅衬底干燥，操作方便，且干燥效果好。
为了在晶片样品的横截面上把硅外延层和硅衬底本体明显区分开来，通过优化，使用化学染色溶液对样品进行3-5秒钟的化学染色。
在一些可能的实施方式中，所述染色时间为3-5秒。
对于不同的样品，染色时间可以选择3-5秒钟。
在一些可能的实施方式中，所述染色溶液对硅衬底染色后，经清洗和干燥后，进行检测。
染色后，清洗去除染色溶液，经干燥后进行检测。
在一些可能的实施方式中，染色后用去离子水冲洗，然后干燥。
采用去离子水清洗，既去除杂物，也不会引入新的杂质。
在一些可能的实施方式中，所述染色后，用去离子水冲洗30±5秒。
用化学染色溶液对样品化学染色后，样品立刻用去离子水冲洗一段时间，以将化学染色溶液去除。
在一些可能的实施方式中，染色后用去离子水冲洗，然后使用压缩空气高压枪干燥。
压缩空气高压枪对清洗后的硅衬底干燥，操作方便，且干燥效果好。
为了防止在检测时样品有充电效应而影响照片质量，在一些可能的实施方式中，作为优选，所述检测前还溅射惰性金属膜。
在一些可能的实施方式中，所述惰性金属为铂或金。
在一些可能的实施方式中，作为优选，所述惰性金属膜的厚度为
Figure BDA0002398856530000061
Figure BDA0002398856530000062
在一些可能的实施方式中，所述检测采用扫描电子显微镜进行。
本发明提出的一种快速而准确的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，具体测量方法的流程如下：
准备化学染色溶液→晶片横截面样品切割和抛光→样品化学染色→清洗和干燥横截面样品→样品溅射涂金或铂→扫描电子显微镜检测硅衬底上硅外延层的厚度。
以下，列举具体的实施例来详细说明。
实施例1
1、准备化学染色溶液
化学染色溶液按照如下化学配方配制：
质量分数浓度69％硝酸：质量分数浓度49％氢氟酸＝20：1(体积比)。
2、准备晶片横截面样品
切割晶片横截面样品，然后对晶片横截面样品进行抛光，然后使用去离子水清洗样品30秒钟，压缩空气高压枪干燥晶片横截面样品。
3、用化学染色溶液对横截面样品化学染色
为了在晶片样品的横截面上把硅外延层和硅衬底本体明显区分开来，通过优化，使用化学染色溶液对样品进行3秒钟的化学染色。
4、清洗和干燥横截面样品
用化学染色溶液对样品化学染色后，样品应立刻用去离子水冲洗30秒钟，并使用压缩空气高压枪干燥横截面样品。
5、样品溅射涂金
为了防止在扫描电镜检测时样品有充电效应，影响照片质量，样品应该进行溅射涂
Figure BDA0002398856530000071
的金(Au)。
6、扫描电子显微镜检测硅衬底上硅外延层的厚度
样品溅射涂金后应该马上放入扫描电子显微镜检测硅衬底上硅外延层的厚度。
扫描电镜检测结果显示，没有做化学染色硅衬底本体和硅外延层没有边界，看不见硅外延层，从而不能测量硅外延层的厚度(图1)；而样品做了化学染色后，硅衬底本体和硅外延层之间有明显的边界，可以看到硅外延层，能够测量硅外延层的厚度(图2)。
在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一些可能的实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的技术和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，利用染色溶液对硅衬底染色来区分硅衬底本体和硅外延层；
所述染色溶液由质量浓度为69％的硝酸与质量浓度为49％的氢氟酸按体积比为20:1配置而成。
2.根据权利要求1所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述硅衬底在染色前还进行切割和抛光。
3.根据权利要求2所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述抛光后的硅衬底用去离子水清洗，然后干燥；
进一步地，所述硅衬底用去离子水清洗后使用压缩空气高压枪干燥。
4.根据权利要求2所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，用所述染色溶液的染色时间为3-5秒。
5.根据权利要求4所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，用所述染色溶液对硅衬底染色后，经清洗和干燥后，进行检测；
进一步地，染色后用去离子水冲洗，然后干燥；
进一步地，所述染色后，用去离子水冲洗30±5秒。
6.根据权利要求5所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述染色后用去离子水冲洗，然后使用压缩空气高压枪干燥。
7.根据权利要求5或6所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述检测前还溅射惰性金属膜。
8.根据权利要求7所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述惰性金属为铂或金。
9.根据权利要求7所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述惰性金属膜的厚度为
Figure FDA0002398856520000011
10.根据权利要求7所述的硅衬底上硅外延层厚度的测量方法，其特征在于，所述检测采用扫描电子显微镜进行。
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