專利名稱：SiGe監(jiān)控片的制備方法及采用該片進(jìn)行監(jiān)控的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SiGe監(jiān)控片的制備方法。本發(fā)明還涉及一種監(jiān)控SiGe薄膜的方法。
背景技術(shù)：
Si是目前大規(guī)模生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件最主要的材料之一，它具有原材料制備簡(jiǎn)便， 自然界含量豐富，具有半導(dǎo)體特性等基本特性而被用于制備半導(dǎo)體器件。但是對(duì)于高頻高速應(yīng)用，Si的禁帶寬度較寬，載流子的遷移速度受到制約。因此人們通常引入一些其它元素形成Si的合金來(lái)減低禁帶寬度，提高載流子的遷移速度，Ge是其中最重要和主要的材料之一。Ge具有和Si類似的晶體結(jié)構(gòu)，與Si形成合金工藝容易實(shí)現(xiàn)且匹配性高。同時(shí)Ge的引入可以有效地降低禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)高速器件的應(yīng)用，SiGe的合金器件很容易和常規(guī)的Si器件進(jìn)行工藝整合，因此SiGe器件是很常用的一種應(yīng)用于高速和高頻通信的器件。工藝上SiGe薄膜主要通過(guò)外延生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)，表征SiGe薄膜的參數(shù)主要有薄膜厚度， Ge含量，Ge分布等。SiGe薄膜生長(zhǎng)前，通常需要在吐的鈍化環(huán)境下對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)處理，使表面的自然氧化層去除并得到干凈的硅單晶表面，此過(guò)程稱為預(yù)烘烤(pre-bake)工藝。Pre-bake工藝的好壞會(huì)直接影響形成的SiGe薄膜與Si襯底的界面，如果有自然氧化層殘留就有缺陷不能長(zhǎng)成單晶，表面Si晶格存在缺陷就很容易形成晶格失配而產(chǎn)生應(yīng)力釋放導(dǎo)致無(wú)法形成完美的應(yīng)變單晶SiGe薄膜，薄膜的電學(xué)特性會(huì)大幅度減弱。但如何表征Pre-bake工藝的好壞，目前業(yè)界通常只能通過(guò)監(jiān)控缺陷和最后產(chǎn)品的性能進(jìn)行判斷，同時(shí)在線監(jiān)控只能監(jiān)控設(shè)備的參數(shù)不使之波動(dòng)，無(wú)法監(jiān)控最終形成的 SiGe薄膜的特性變化。而缺陷檢測(cè)通常需要使用低倍放大鏡作光學(xué)檢測(cè)，用人眼檢測(cè)是否具有規(guī)則形狀的的黑點(diǎn)(比如100面為三角形，111面為矩形)。這種方法只能抽檢然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法來(lái)推測(cè)實(shí)際缺陷數(shù)，依賴于做檢測(cè)的工程師或操作工的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)客觀的檢測(cè)，不具備可生產(chǎn)性。Pre-bake工藝的好壞對(duì)SiGe薄膜的光學(xué)性能也會(huì)有影響，光學(xué)性能會(huì)因?yàn)榫Ц衿ヅ浜蛻?yīng)變改變而變化，光子在不同pre-bake工藝產(chǎn)生的不同界面晶格處的碰撞和散射會(huì)發(fā)生變化。但通常這種變化非常微弱，無(wú)法通過(guò)平面薄膜直接表征。而拉曼光譜等方法雖然可以通過(guò)光子和晶格的碰撞散射來(lái)探測(cè)到晶格的變化情況，但是測(cè)量設(shè)備成本很高，而且需要測(cè)量人員具有很強(qiáng)的光學(xué)和固體學(xué)技術(shù)和理論知識(shí)，進(jìn)行模型建立和校準(zhǔn)，另外需要很強(qiáng)的數(shù)學(xué)分析能力對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行以及解讀拉曼光譜的能力，而這種專業(yè)技術(shù)人員非常少，因此此種方法通常只適合在一些大的科研院所和高校進(jìn)行科研，并不適合進(jìn)行生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種SiGe監(jiān)控片的制備方法，所提供的SiGe監(jiān)控片能對(duì)SiGe薄膜生長(zhǎng)之前Pre-bake工藝的結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片的制備方法，包括如下步驟1)至少設(shè)計(jì)一組光柵圖形；2)將步驟一的光柵圖形定義在襯底上，并刻蝕所述襯底形成由多個(gè)規(guī)則排列的溝槽構(gòu)成的光柵圖形；3)在襯底上淀積具有特定含量的SiGe薄膜，形成SiGe薄膜光柵圖形；4)采用光刻工藝，在所述SiGe薄膜光柵圖形中溝槽底部中間保留光刻膠，形成光刻膠光柵圖形。本發(fā)明還公開(kāi)了一種SiGe薄膜監(jiān)控的方法，包括如下步驟1)取至少一具標(biāo)準(zhǔn)含量的SiGe監(jiān)控片、一具標(biāo)準(zhǔn)含量上限的SiGe監(jiān)控片和一具標(biāo)準(zhǔn)含量下限的SiGe監(jiān)控片；2)測(cè)量光線分別照射步驟一中SiGe監(jiān)控片的光柵圖形區(qū)，獲得反射與衍射光譜， 分別得到三種含量SiGe監(jiān)控片的反射與衍射強(qiáng)度；3)以步驟二中得到的反射與衍射強(qiáng)度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控所生成的具有光柵圖形的SiGe薄膜。本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片的制備方法中，通過(guò)對(duì)稱底刻蝕形成光柵，然后進(jìn)行SiGe薄膜的沉積，然后再進(jìn)行光刻，通過(guò)在SiGe光柵中再形成光刻膠的光柵，通過(guò)測(cè)量衍射光譜和反射光譜，可以得到性噪比較平面薄膜高的多的對(duì)比度。可以精確監(jiān)控到相同Ge含量， 濃度分布，厚度，只有pre-bake工藝變化的SiGe薄膜的差別。此方法不受SiGe薄膜成長(zhǎng)方式的影響，對(duì)pre-bake引起的晶格失配而造成的光學(xué)特性變化有很高的敏感度，可以準(zhǔn)確而方便的監(jiān)控pre-bake工藝的變化。同時(shí)制備和測(cè)量方法都比較簡(jiǎn)便，可以大幅度降低半導(dǎo)體廠商對(duì)SiGe工藝的監(jiān)控成本，提高工藝控制能力。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片制備流程示意圖；圖2為本發(fā)明的監(jiān)控方法流程示意圖；圖3為本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片制備流程中形成光柵圖形后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片制備流程中淀積SiGe薄膜后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為采用本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片制備方法所制備的一具體SiGe監(jiān)控片結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例結(jié)構(gòu)示意圖和反射譜示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的SiGe監(jiān)控片的制備方法，該SiGe監(jiān)控片用于監(jiān)控SiGe薄膜的含量，包括如下步驟(見(jiàn)圖1)1)至少設(shè)計(jì)一組光柵圖形；該光刻圖形可為規(guī)則排列的線條圖形，也可為規(guī)則排列的方框狀點(diǎn)陣圖形。光柵圖形的空間周期為0. 1 100微米，優(yōu)選為1 20微米。2)將步驟一的光柵圖形定義在襯底(可為硅襯底)上，并刻蝕襯底形成具有臺(tái)階差的光柵圖形(見(jiàn)圖3)；即為形成由多個(gè)規(guī)則排列的溝槽構(gòu)成的光柵圖形。
3)在襯底上淀積具有特定含量的SiGe薄膜，形成SiGe薄膜光柵圖形；4)采用光刻工藝，在所述SiGe薄膜光柵圖形中溝槽底部的中間保留光刻膠，形成光刻膠光柵圖形(見(jiàn)圖4)。光刻膠的寬度可為溝槽底部寬度的1/3至2/3左右。上述步驟中，步驟二之前還可先在襯底上淀積介質(zhì)層，在刻蝕工藝中依次刻蝕介質(zhì)層和襯底；在刻蝕完成后可以不去除介質(zhì)層，也可以去除介質(zhì)層。如不去除介質(zhì)層，可直接采用選擇性生長(zhǎng)工藝或非選擇性生長(zhǎng)工藝淀積SiGe薄膜。圖5為帶介質(zhì)層的襯底上采用選擇性生長(zhǎng)工藝淀積SiGe薄膜的SiGe監(jiān)控片結(jié)構(gòu)示意圖。介質(zhì)層選用常見(jiàn)的材料，如氧化硅、氮化硅或含Si，0，N, C等的化合物，可以是一層，也可以是多層。介質(zhì)層的厚度為 10埃 1微米。步驟二中襯底的刻蝕深度可為50埃 10微米，優(yōu)選為2000 5000埃。采用上述方法所制備的監(jiān)控片進(jìn)行監(jiān)控的方法，包括如下步驟(見(jiàn)圖2)1)取至少一具標(biāo)準(zhǔn)含量的SiGe監(jiān)控片、一具標(biāo)準(zhǔn)含量上限的SiGe監(jiān)控片和一具標(biāo)準(zhǔn)含量下限的SiGe監(jiān)控片；2)探測(cè)光線分別照射步驟一中三種SiGe監(jiān)控片的光柵圖形區(qū)，獲得反射與衍射光譜，分別得到三種含量SiGe監(jiān)控片的反射與衍射強(qiáng)度。探測(cè)光波長(zhǎng)為100 10000納米， 優(yōu)選為350 1000納米。探測(cè)衍射光級(jí)數(shù)為1級(jí)以上，優(yōu)選為5級(jí)以上。探測(cè)光波長(zhǎng)大于光柵圖形的空間周期。3)以步驟二中得到的反射與衍射強(qiáng)度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控所生產(chǎn)的具有臺(tái)階差的 SiGe薄膜。實(shí)際試驗(yàn)可知，以圖6所示的結(jié)構(gòu)的SiGe監(jiān)控片為例，Per-bake工藝的溫度不同， 反射和衍射光譜中Rl至R5段的反射強(qiáng)度和衍射強(qiáng)度就會(huì)有明顯的起伏。以13% Ge含量，800A厚度，Ge濃度分布為矩形的Si/Ge薄膜，基準(zhǔn)pre-bake溫度下缺陷數(shù)約為數(shù)千個(gè)/硅片，而改變100度左右可以使缺陷減少到數(shù)百個(gè)，此時(shí)反射譜中 R1、R2、R3、R4和R5的比值有超過(guò)20%的變化，而傳統(tǒng)的平面光譜或拉曼譜測(cè)不出此變化。采用本發(fā)明的方法所制備的SiGe監(jiān)控片，具有相同Ge含量，濃度分布，薄膜厚度的SiGe薄膜，采用不同(主要為溫度和氣體不同)的Per-bake工藝處理的，具有不同的反射強(qiáng)度和衍射強(qiáng)度，因此，可以直觀的通過(guò)測(cè)量薄膜的反射光譜和衍射光譜監(jiān)控Per-bake 工藝。能達(dá)到與拉曼光譜檢測(cè)結(jié)果相同或更準(zhǔn)確效果。
權(quán)利要求
1.一種SiGe監(jiān)控片的制備方法，所述監(jiān)控片用于監(jiān)控所述SiGe薄膜的含量，其特征在于，包括如下步驟1)至少設(shè)計(jì)一組光柵圖形；2)將步驟一所述的光柵圖形定義在襯底上，并刻蝕所述襯底形成由多個(gè)規(guī)則排列的溝槽構(gòu)成的光柵圖形；3)在所述襯底上淀積具有特定含量的SiGe薄膜，形成具有光柵圖形的SiGe薄膜；4)采用光刻工藝，在所述SiGe薄膜光柵圖形的溝槽底部中間保留光刻膠，形成光刻膠光柵圖形。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述襯底為硅襯底，步驟2)之前先在襯底上淀積介質(zhì)層，而在刻蝕中依次刻蝕介質(zhì)層和襯底；在步驟三中采用選擇性生長(zhǎng)工藝或非選擇性生長(zhǎng)工藝淀積SiGe薄膜。
3.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟2)的刻蝕完成后去除所述介質(zhì)層。
4.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述襯底為硅襯底，所述介質(zhì)層為氧化硅或氮化硅，所述介質(zhì)層的厚度為10埃 1微米。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于步驟2)中襯底的刻蝕深度為50埃 10微米。
6.按照權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟2)中襯底的刻蝕深度為2000 5000 埃。
7.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于所述步驟1) 中所設(shè)計(jì)的光柵圖形的空間周期為0.1 100微米。
8.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于所述步驟4) 中，所保留的光刻膠寬度為溝槽底部寬度的1/3至2/3。
9.一種采用權(quán)利要求1制備的監(jiān)控片進(jìn)行監(jiān)控的方法，其特征在于，包括如下步驟1)取至少一具標(biāo)準(zhǔn)含量的SiGe監(jiān)控片、一具標(biāo)準(zhǔn)含量上限的SiGe監(jiān)控片和一具標(biāo)準(zhǔn)含量下限的SiGe監(jiān)控片；2)探測(cè)光線分別照射步驟一中SiGe監(jiān)控片的光柵圖形區(qū)，獲得反射與衍射光譜，分別得到三種含量SiGe監(jiān)控片的反射與衍射強(qiáng)度；3)以步驟二中得到的反射與衍射強(qiáng)度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控所生成的具有光柵圖形的 SiGe薄膜。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟2)探測(cè)光線的波長(zhǎng)為100 10000納米，所述探測(cè)衍射光級(jí)數(shù)為1級(jí)以上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種SiGe監(jiān)控片的制備方法，包括如下步驟1)至少設(shè)計(jì)一組光柵圖形；2)將步驟一所述的光柵圖形定義在襯底上，并刻蝕所述襯底形成由多個(gè)規(guī)則排列的溝槽構(gòu)成的光柵圖形；3)在所述襯底上淀積具有特定含量的SiGe薄膜，形成具有光柵圖形的SiGe薄膜；4)采用光刻工藝，在所述SiGe薄膜光柵圖形的溝槽底部中間保留光刻膠，形成光刻膠光柵圖形。采用本發(fā)明的方法所制成的鍺硅監(jiān)控片，對(duì)pre-bake引起的晶格失配而造成的光學(xué)特性變化有很高的敏感度，可以準(zhǔn)確而方便的監(jiān)控pre-bake工藝的變化。本發(fā)明還公開(kāi)了一種鍺硅薄膜的監(jiān)控方法。
文檔編號(hào)G01N21/25GK102456539SQ20101051139
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者孟鴻林, 王雷 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司