CN111766215A - 氧含量检测设备的校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧含量检测设备的校准方法及装置，属于半导体技术领域。氧含量检测设备的校准方法，用于对第一测量设备进行校准，所述方法包括：对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果；利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。本发明能够有效提高氧含量检测设备的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种氧含量检测设备的校准方法及装置。
背景技术
硅晶圆是当前大规模硅半导体集成电路制作用途最广的基底，为了解决集成电路密度增加带来的问题，如互补金属氧化物半导体(CMOS)电路中的闩锁效应，在重掺杂硅衬底上沉积轻掺杂外延层的外延片得到广泛的采用。集成度的提高对硅单晶中的缺陷控制提出了更高的要求，衬底硅片中氧的本征吸除则是解决该问题的有效途径，所以对硅晶圆中氧的准确测定尤为重要。
傅里叶红外吸收(FTIR)法作为一种非破坏性、准确的间隙氧测量技术得到广泛应用，FTIR通过测量室温下Si-O键的非对称振动红外吸收峰强度得到间隙氧含量，但对于重掺杂的低电阻率的硅，红外吸收谱线基线因自由载流子对红外线的吸收出现漂移且间隙氧吸收峰的信噪比降低，即重掺硅无法采用FTIR法测定氧含量，重掺杂硅氧含量的测定一般采用气体熔融分析(GFA)法。
GFA法以脉冲电极炉作为热源，高温下样品在惰性气氛的石墨坩埚中熔融，气体元素的化合物被还原分解，样品中氧以CO的形式释放并经过红外检测器，CO再通过氧化铜炉转化为CO2经过红外检测器，即双重检测确定氧含量，GFA法测定的是样品中的所有氧成分。
GFA法中测试前需要拿已知氧含量的标样对设备进行定标，校准设备所采用的标样一般为金属或气体标样，此类标样中氧的存在方式与硅材料中的氧存在差异，影响了间隙氧含量的检测结果的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种氧含量检测设备的校准方法及装置，能够有效提高氧含量检测设备的准确性。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种氧含量检测设备的校准方法，用于对第一测量设备进行校准，包括：
对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果；
利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；
利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。
一些实施例中，所述方法还包括：
建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
一些实施例中，所述建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线包括：
选取多个不同阻值的单晶硅测试样品；
采用第一测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第一测试值；
采用第二测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第二测试值；
将所述多个第一测试值作为横坐标，所述多个第二测试值作为纵坐标，生成所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
一些实施例中，所述多个不同阻值的单晶硅测试样品包括：P-型硅晶圆和P型晶圆。
一些实施例中，单晶硅测试样品的数量大于等于3。
一些实施例中，所述第二测量设备为傅里叶红外吸收FTIR设备，所述第一测量设备为气体熔融分析GFA设备。
一些实施例中，所述对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测之前，所述方法还包括：
采用氧含量已知的金属标样或气体标样对所述GFA设备进行校准。
本发明的实施例还提供了一种氧含量检测设备的校准装置，用于对第一测量设备进行校准，包括：
检测模块，用于对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果；
转换模块，用于利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；
校准模块，用于利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。
一些实施例中，所述装置还包括：
建立模块，用于建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
一些实施例中，所述建立模块包括：
选取单元，用于选取多个不同阻值的单晶硅测试样品；
第一检测单元，用于采用第一测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第一测试值；
第二检测单元，用于采用第二测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第二测试值；
生成单元，用于将所述多个第一测试值作为横坐标，所述多个第二测试值作为纵坐标，生成所述第一测量设备和第二测量设备的相关性曲线。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在采用第二测量设备对单晶硅样品进行氧含量检测，得到第二测定结果之后，利用第二测定结果结合第一测量设备和第二测量设备的相关性曲线得到第二预测结果，并利用第二预测结果对第一测量设备进行校准，能够提高第一测量设备的检测准确性。
附图说明
图1为本发明实施例氧含量检测设备的校准方法的流程示意图；
图2为本发明具体实施例氧含量检测设备的校准方法的流程示意图；
图3为本发明实施例氧含量检测设备的校准装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在利用GFA法对单晶硅样品进行氧含量检测之前，需要拿已知氧含量的标样对GFA设备进行校准，GFA法中校准设备所采用的标样一般为金属或气体标样，此类标样尺寸及形态与硅材料差别过大，而且此中氧的存在方式与硅材料中的氧存在差异，此种校准方法仅适合作为粗略校准，不可作为精确校准，且金属标样与气体标样属于消耗品，每次校准都消耗标样。
本发明实施例提供一种氧含量检测设备的校准方法及装置，能够有效提高第一测量设备的检测准确性。
本发明实施例提供一种氧含量检测设备的校准方法，用于对第一测量设备进行校准，如图1所示，包括：
步骤101：对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果；
其中，第一测量设备与第二测量设备不同。
步骤102：利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；
步骤103：利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。
本实施例中，在采用第二测量设备对单晶硅样品进行氧含量检测，得到第二测定结果之后，利用第二测定结果结合第一测量设备和第二测量设备的相关性曲线得到第二预测结果，并利用第二预测结果对第一测量设备进行校准，能够提高第一测量设备的检测准确性。
之后，可以利用第一测量设备对单晶硅进行氧含量检测，通过本实施例的技术方案能够结合第一测量设备和第二测量设备的测定结果确定单晶硅的氧含量，提高单晶硅氧含量检测的准确性。
一些实施例中，所述第二测量设备可以为傅里叶红外吸收FTIR设备，所述第一测量设备可以为气体熔融分析GFA设备，这样利用FTIR设备可以给GFA设备提供氧含量已知的硅材料标样，相对于金属或气体标样，校准精度更高。并且本实施例利用现有硅材料进行校准，无需消耗过多的金属或气体标样。
一些实施例中，所述方法还包括：
建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。为了提高检测结果的准确性，对于不同类型的掺杂硅材料可以建立不同的相关性曲线。
一些实施例中，所述建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线包括：
选取多个不同阻值的单晶硅测试样品；
采用第一测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第一测试值；
采用第二测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第二测试值；
将所述多个第一测试值作为横坐标，所述多个第二测试值作为纵坐标，生成所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
其中，选取的多个不同阻值的单晶硅测试样品可以包括高阻值(>15Ohm·cm)的单晶硅测试样品、中阻值(1-15Ohm·cm)的单晶硅测试样品以及低阻值(0.1-1Ohm·cm)的单晶硅测试样品，选取的单晶硅测试样品可以大于等于3，或者每种阻值范围的单晶硅测试样品的数量均大于等于3，选取的单晶硅测试样品的数量越多，则建立的相关性曲线的精度越佳。
另外，为了进一步提高氧含量的检测结果的准确性，所述对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测之前，所述方法还包括：
采用氧含量已知的金属标样或气体标样对所述GFA设备进行校准。
一具体实施例中，在第二测量设备为FTIR设备，第一测量设备为GFA设备，单晶硅样品为晶圆时，如图2所示，氧含量检测设备的校准方法包括以下步骤：
步骤201：同类型掺杂晶圆中选用高阻值、中阻值和低阻值的样品进行FTIR测定氧含量；
为了保证氧含量的检测结果的准确性，对于不同类型掺杂硅材料建立不同的相关性曲线。在建立每种类型掺杂晶圆的相关性曲线，比如建立硼掺杂晶圆的相关性曲线时，分别选用高阻值、中阻值和低阻值的样品(即硼掺杂晶圆)进行FTIR测定氧含量，高阻值样品可选用轻掺硅材料如P-型硅晶圆，中阻值样品可采用P型晶圆，选样标准为阻值范围大且数量不低于3个为宜；
步骤202：将高阻值、中阻值和低阻值的样品进行GFA测定氧含量；
之后，将不同阻值的样品经HF浸泡去除氧化膜后投入熔融分析仪进行GFA测定；
步骤203：建立GFA和FTIR测定结果的相关性曲线；
将FTIR测定结果作为纵坐标，GFA测定结果作为横坐标，将测定结果按线性关系拟合，得到相关性曲线，并可以给出相关性公式：y＝ax+b，其中，y为FTIR测定结果，x为GFA测定结果，a、b为常数；
步骤204：使用金属或气体标样对GFA进行预校准；
在对待测晶圆进行氧含量测定之前，使用已知氧含量的金属或气体标样对GFA设备进行一次校准；
步骤205：选用已经利用FTIR测定氧含量为y1的样品进行GFA测定；
即先利用FTIR设备对待测晶圆的氧含量进行测定，得到待测晶圆的氧含量为y1，再利用GFA设备对待测晶圆的氧含量进行测定。
步骤206：将FTIR测定结果y1利用相关性曲线转换为GFA预测结果x1；
利用步骤203建立的相关性曲线或相关性公式将FTIR测定结果y1转换为GFA预测结果x1；
步骤207：利用GFA预测结果x1对GFA设备进行二次校准。
利用GFA预测结果x1对GFA设备进行二次校准，能够提高GFA设备的测定结果的准确度。
在实际应用中，可以在每个维护周期(约一月)对GFA设备进行一次校准和二次校准；在每日开机时，可以使用准备好的氧含量已知(FTIR测得)的硅材料直接进行二次校准，无需消耗金属或气体标样。
本发明的实施例还提供了一种氧含量检测设备的校准装置，用于对第一测量设备进行校准，如图3所示，包括：
检测模块31，用于对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果，第一测量设备与第二测量设备不同；
转换模块32，用于利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；
校准模块33，用于利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。
本实施例中，在采用第二测量设备对单晶硅样品进行氧含量检测，得到第二测定结果之后，利用第二测定结果结合第一测量设备和第二测量设备的相关性曲线得到第二预测结果，并利用第二预测结果对第一测量设备进行校准，能够提高第一测量设备的检测准确性。
之后，可以利用第一测量设备对单晶硅进行氧含量检测，通过本实施例的技术方案能够结合第一测量设备和第二测量设备的测定结果确定单晶硅的氧含量，提高单晶硅氧含量检测的准确性。
一些实施例中，所述第二测量设备可以为傅里叶红外吸收FTIR设备，所述第一测量设备可以为气体熔融分析GFA设备，这样利用FTIR设备可以给GFA设备提供氧含量已知的硅材料标样，相对于金属或气体标样，校准精度更高。并且本实施例利用现有硅材料进行校准，无需消耗过多的金属或气体标样。
一些实施例中，所述装置还包括：
建立模块，用于建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。为了提高检测结果的准确性，对于不同类型的掺杂硅材料可以建立不同的相关性曲线。
一些实施例中，所述建立模块包括：
选取单元，用于选取多个不同阻值的单晶硅测试样品；
第一检测单元，用于采用第一测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第一测试值；
第二检测单元，用于采用第二测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第二测试值；
生成单元，用于将所述多个第一测试值作为横坐标，所述多个第二测试值作为纵坐标，生成所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
其中，选取的多个不同阻值的单晶硅测试样品可以包括高阻值(>15Ohm·cm)的单晶硅测试样品、中阻值(1-15Ohm·cm)的单晶硅测试样品以及低阻值(0.1-1Ohm·cm)的单晶硅测试样品，选取的单晶硅测试样品可以大于等于3，或者每种阻值范围的单晶硅测试样品的数量均大于等于3，选取的单晶硅测试样品的数量越多，则建立的相关性曲线的精度越佳。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者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，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，用于对第一测量设备进行校准，所述方法包括：
对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果；
利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；
利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。
2.根据权利要求1所述的氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：
建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
3.根据权利要求2所述的氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，所述建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线包括：
选取多个不同阻值的单晶硅测试样品；
采用第一测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第一测试值；
采用第二测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第二测试值；
将所述多个第一测试值作为横坐标，所述多个第二测试值作为纵坐标，生成所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
4.根据权利要求3所述的氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，所述多个不同阻值的单晶硅测试样品包括：P-型硅晶圆和P型晶圆。
5.根据权利要求3所述的氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，单晶硅测试样品的数量大于等于3。
6.根据权利要求1所述的氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，所述第二测量设备为傅里叶红外吸收FTIR设备，所述第一测量设备为气体熔融分析GFA设备。
7.根据权利要求6所述的氧含量检测设备的校准方法，其特征在于，所述对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测之前，所述方法还包括：
采用氧含量已知的金属标样或气体标样对所述GFA设备进行校准。
8.一种氧含量检测设备的校准装置，其特征在于，用于对第一测量设备进行校准，所述装置包括：
检测模块，用于对单晶硅样品采用第二测量设备进行氧含量检测，得到第二测定结果；
转换模块，用于利用所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线将所述第二测定结果转换为第二预测结果；
校准模块，用于利用所述第二预测结果对所述第一测量设备进行校准。
9.根据权利要求8所述的氧含量检测设备的校准装置，其特征在于，所述装置还包括：
建立模块，用于建立所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
10.根据权利要求9所述的氧含量检测设备的校准装置，其特征在于，所述建立模块包括：
选取单元，用于选取多个不同阻值的单晶硅测试样品；
第一检测单元，用于采用第一测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第一测试值；
第二检测单元，用于采用第二测量设备对所述多个不同阻值的单晶硅测试样品进行氧含量检测，得到多个第二测试值；
生成单元，用于将所述多个第一测试值作为横坐标，所述多个第二测试值作为纵坐标，生成所述第一测量设备和所述第二测量设备的相关性曲线。
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