專利名稱：一種測量籽硅層厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量籽硅層厚度的方法，具體涉及在非選擇性鍺硅外延工藝中籽硅層厚度的測量，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，諸如數(shù)字無線手機(jī)等低價(jià)、輕便、個(gè)人化的通訊器材以及數(shù)字機(jī)頂盒、衛(wèi)星直播、汽車防撞系統(tǒng)、PDA等娛樂信息科技產(chǎn)品迅猛發(fā)展，使高速低噪聲的射頻器件成為無線通信市場中IC制造商競爭的目標(biāo)。鍺硅薄膜材料是一種新的能帶工程技術(shù)，是新一代的硅基材料，其散熱性能優(yōu)于砷化鎵，微波性能與砷化鎵相近，而且在工藝上與硅元件制造工藝兼容。因此，鍺硅材料在制作微電子及光電子器件方面具有很廣闊的應(yīng)用前景。在制作異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(Hetero-junctionBipolar Transistor, HBT)的基區(qū)時(shí)，需要在單晶硅區(qū)生成單晶鍺硅層，與單晶硅的基區(qū)相比，鍺硅降低帶隙寬度，增大晶體管的特征截止頻率。同時(shí)，還需要在單晶硅區(qū)兩側(cè)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)上需要生長多晶鍺硅層，該多晶鍺硅層用于將單晶鍺硅層引出，因此，在制作HBT的基區(qū)時(shí)需要通過非選擇性外延工藝制造。在公開號(hào)為CN1017M896的專利中提出了一種非選擇性生長鍺硅外延的方法，參考圖ι所示結(jié)構(gòu)，包括以下步驟在具有單晶硅區(qū)101與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)102的晶圓上， 先沉積籽硅層103，再沉積鍺硅層104與硅覆蓋層105，避免了由于單晶硅區(qū)與淺溝槽隔離區(qū)由于連續(xù)性差而導(dǎo)致的凹槽結(jié)構(gòu)。但是，若籽硅層太薄，則不能改善單晶硅區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)生成單晶鍺硅層和多晶鍺硅層之間的連續(xù)性，導(dǎo)致硅化的失敗，也會(huì)產(chǎn)生器件邊緣問題；若籽硅層太厚，不僅浪費(fèi)原材料，降低生產(chǎn)能力，也會(huì)對(duì)形成基極集電極結(jié)的集電極區(qū)摻雜注入增加阻礙。因此，在鍺硅外延工藝中需要測量籽硅層的厚度，使之不影響器件性能，也滿足單晶硅區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)生成單晶鍺硅層和多晶鍺硅層之間的連續(xù)性要求?，F(xiàn)有技術(shù)中一般使用二次離子質(zhì)譜法(Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS)測量厚度，但是使用SIMS測量厚度時(shí)，需要使用聚焦的離子束對(duì)材料進(jìn)行轟擊，離子與材料將發(fā)生碰撞、散射等運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生二次粒子(包括原子、分子、原子團(tuán))，并對(duì)二次粒子按質(zhì)荷比實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜分離，再收集經(jīng)過質(zhì)譜分離的二次離子，則可得出材料的厚度。現(xiàn)有技術(shù)中也有使用傅里葉變換紅外光譜法(Fourier-Transform Infrared Spectroscopy, FTIR) 進(jìn)行測量將一束不同波長的紅外射線照射到材料的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。由于每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對(duì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定，從而也可以得出材料的厚度。此外，也有使用失效分析法進(jìn)行測量，如掃描電子顯微鏡法Scanning Electron Microscopy, SEM) 與透射電子顯微鏡法transmission Electron Microscopy，TEM)，但是分別需要電子束與電磁場入射到材料上，再用電子顯微鏡展示材料的內(nèi)部。由此看出，以上方法測量厚度時(shí)需要特殊的工藝步驟，且這些步驟將會(huì)對(duì)材料結(jié)構(gòu)、特性產(chǎn)生影響，從而影響器件性能，并且做完測量后的材料不能重復(fù)使用，導(dǎo)致了材料的浪費(fèi)，并且，用掃描電子顯微鏡法或透射電子顯微鏡法進(jìn)行測量時(shí)，測量的精度受到電子顯微鏡分辨率的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在非選擇性生長鍺硅外延工藝中，針對(duì)在沉積鍺硅工藝之前在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)沉積一層薄的籽硅層，測量所述籽硅層的厚度。由于不能在器件中直接測量所述籽硅層的厚度，因此只可間接測量，得出生長所需籽硅層厚度的工藝參數(shù)，再按照這些工藝參數(shù)在器件中生長籽硅層，從而使籽硅層的厚度滿足單晶硅區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)生成單晶鍺硅層和多晶鍺硅層之間的連續(xù)性要求。本發(fā)明提供一種測量籽硅層厚度的方法，包括以下步驟(1)在單晶硅襯底上生長一鍺硅層；( 在所述鍺硅層上生長一硅覆蓋層，并測量硅覆蓋層的厚度；C3)在所述硅覆蓋層上生長一籽硅層；(4)測量所述硅覆蓋層與所述籽硅層的總厚度，再減去步驟(2)中所述硅覆蓋層的厚度，即所述籽硅層的厚度。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，步驟(1)包括，用化學(xué)氣相沉積工藝在所述單晶硅襯底上生長所述鍺硅層。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟(1)中化學(xué)氣相沉積工藝采用氣態(tài)鍺源和氣態(tài)硅源，所述氣態(tài)鍺源為氣態(tài)鍺烷，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，步驟( 包括，用化學(xué)氣相沉積工藝在所述鍺硅層上生長所述硅覆蓋層。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟O)中化學(xué)氣相沉積工藝采用氣態(tài)硅源，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟O)中，所述硅覆蓋層的厚度為2000
埃至4000埃。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，步驟C3)包括，用化學(xué)氣相沉積工藝在所述硅覆蓋層上生長所述籽硅層。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟(3)中化學(xué)氣相沉積工藝采用氣態(tài)硅源，，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟(1)至C3)中，用化學(xué)氣相沉積工藝的溫度為600至750攝氏度。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟(1)至C3)中，用化學(xué)氣相沉積工藝的壓強(qiáng)為2千帕至14千帕。在上述的測量籽硅層厚度的方法中，在步驟( 和/或(4)中，采用普通光譜型橢偏方法測量厚度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中為了測量籽硅層的厚度，考慮到鍺硅與硅的晶格結(jié)構(gòu)的相似性，使用鍺硅層作為測量的標(biāo)記，使測量更加方便，測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。其次，籽硅層與硅覆蓋層材料相同，且無其他材料的引入，因此保證了在測量中籽硅層的結(jié)構(gòu)不會(huì)改變，有利于測量精度的提高。再次，本發(fā)明中采用了普通光譜型橢偏方法(Spectroscopic Ellipsometry, SE)測量籽硅層與硅覆蓋層的總厚度，與籽硅層無直接接觸，對(duì)籽硅層結(jié)構(gòu)與特性不產(chǎn)生破壞。與現(xiàn)有技術(shù)中使用的SIMS、FI1R、SEM與TEM相比，簡化了步驟，節(jié)省了時(shí)間，且測量方法不會(huì)影響材料的結(jié)構(gòu)與特性，并提高了測量精度。此外，采用SE方法，可使測量精度提高至0. Olum,與SEM與TEM方法的精度相比，有了較大的提高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中非選擇性生長鍺硅外延后的晶圓橫截面結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明提供的測量籽硅層厚度方法流程圖；圖3為本發(fā)明提供的測量籽硅層厚度方法中使用的晶圓橫截面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖2為發(fā)明提供的測量籽硅層厚度方法流程圖。如圖2所述，本發(fā)明提供的測量籽硅層厚度的方法包括以下步驟步驟S201，提供表面裸露的單晶硅襯底。步驟S202，在單晶硅襯底上生成鍺硅層。具體可通入氣態(tài)硅源與氣態(tài)鍺源，采用化學(xué)氣相沉積工藝生長鍺硅層。本具體實(shí)施方式
中，化學(xué)氣相沉積工藝的溫度范圍為600至750攝氏度，壓強(qiáng)范圍為2千帕至14千帕。作為較佳實(shí)施方式，氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷，氣態(tài)鍺源為氣態(tài)鍺烷。步驟S203，在鍺硅層上生成硅覆蓋層，并測量硅覆蓋層的厚度。具體可通入氣態(tài)硅源，采用化學(xué)氣相沉積工藝生長硅覆蓋層?；瘜W(xué)氣相沉積工藝的溫度范圍為600至750攝氏度，壓強(qiáng)范圍為2千帕至14千帕。作為較佳實(shí)施方式，氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。步驟S204，在硅覆蓋層上生成籽硅層。具體可通入氣態(tài)硅源，采用化學(xué)氣相沉積工藝生長籽硅層。所述化學(xué)氣相沉積工藝為減壓化學(xué)氣相沉積。所述化學(xué)氣相沉積工藝的溫度范圍為600至750攝氏度，壓強(qiáng)范圍為2千帕至14千帕。作為較佳實(shí)施方式，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。步驟S205，以籽硅層與鍺硅層為標(biāo)記，測量鍺硅層上籽硅層與硅覆蓋層的厚度，再減去覆蓋層的厚度，則得到籽硅層的厚度。作為較佳實(shí)施方式，采用SE方法測量硅覆蓋層或/和籽硅層與硅覆蓋層的總厚度。最為最佳實(shí)施例，在步驟S202中，通入氣態(tài)鍺源與氣態(tài)硅源，采用化學(xué)氣相沉積工藝在硅襯底表面生長鍺硅層，且氣態(tài)鍺源為鍺烷，氣態(tài)硅源為硅烷，化學(xué)氣相沉積工藝的溫度為680攝氏度，壓強(qiáng)為10千帕。在步驟S203及步驟S204中，通入氣態(tài)硅源，采用化學(xué)氣相沉積工藝在鍺硅層上生長硅覆蓋層，且氣態(tài)硅源為硅烷，硅覆蓋層的厚度為3000埃， 化學(xué)氣相沉積工藝的溫度為650攝氏度，壓強(qiáng)為10千帕。在步驟S203與S205中，采用SE 方法測量厚度。圖3為本發(fā)明提供的測量籽硅層厚度方法中使用的晶圓橫截面結(jié)構(gòu)圖。
如圖3所示，在硅襯底301上，用化學(xué)氣相沉積工藝在晶圓表面依次生長鍺硅層 302與硅覆蓋層303，測量硅覆蓋層的厚度hl，再用化學(xué)氣相沉積工藝沉積一層籽硅層304， 以鍺硅層302為標(biāo)記，測量籽硅層304與硅覆蓋層303的總厚度h2，減去硅覆蓋層厚度hi 后，就得到了籽硅層的厚度。本具體實(shí)施方式
提出在外延生長非選擇性鍺硅的工藝中，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)先生長一層籽硅層，減小了鍺硅層與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中氧化硅層之間的界面缺陷，提高了單晶硅區(qū)與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)的單晶鍺硅與多晶鍺硅的連續(xù)性，改善了晶圓表面結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了保證器件性能，需要嚴(yán)格控制該籽硅層的厚度，因此提出了測量該籽硅層的方法在硅襯底上，用化學(xué)氣相沉積工藝依次生長鍺硅層與硅覆蓋層，并測量硅覆蓋層的厚度，再用化學(xué)氣相沉積工藝沉積一層籽硅層，以鍺硅層作為標(biāo)記，測量籽硅層與硅覆蓋層的總厚度，減去硅覆蓋層的厚度后，就得到了籽硅層的厚度。本具體實(shí)施方式
中，由于鍺硅與硅的晶格結(jié)構(gòu)相似，將鍺硅層作為測量的標(biāo)記，提高測量的準(zhǔn)確性。其次，籽硅層與硅覆蓋層材料相同，且無其他材料的引入，因此保證了在測量中籽硅層的結(jié)構(gòu)不會(huì)改變，有利于測量精度的提高。再采用SE方法測量包含未摻雜的籽硅層在內(nèi)的覆蓋層厚度，與籽硅層無直接接觸，對(duì)籽硅層結(jié)構(gòu)與特性不產(chǎn)生破壞，簡化了測量步驟，并可使測量精度提高到0. Olum。與現(xiàn)有技術(shù)中使用的SIMS、FI1R、SEM與TEM相比，簡化了步驟，節(jié)省了時(shí)間，且測量方法不會(huì)影響材料的結(jié)構(gòu)與特性。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在單晶硅襯底上生長一鍺硅層；( 在所述鍺硅層上生長一硅覆蓋層，并測量硅覆蓋層的厚度；C3)在所述硅覆蓋層上生長一籽硅層；(4)測量所述硅覆蓋層與所述籽硅層的總厚度，再減去步驟( 中所述硅覆蓋層的厚度，即得到所述籽硅層的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，步驟(1)包括，用化學(xué)氣相沉積工藝在所述單晶硅襯底上生長所述鍺硅層。
3.如權(quán)利要求2所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，在步驟(1)中化學(xué)氣相沉積工藝采用氣態(tài)鍺源和氣態(tài)硅源，所述氣態(tài)鍺源為氣態(tài)鍺烷，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。
4.如權(quán)利要求1所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，步驟(2)包括，用化學(xué)氣相沉積工藝在所述鍺硅層上生長所述硅覆蓋層。
5.如權(quán)利要求4所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，在步驟(2)中化學(xué)氣相沉積工藝采用氣態(tài)硅源，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。
6.如權(quán)利要求4所述的測量籽硅層厚度的方法中，其特征在于，在步驟O)中，所述硅覆蓋層的厚度為2000埃至4000埃。
7.如權(quán)利要求1所述的測量籽硅層厚度的方法中，其特征在于，步驟(3)包括，用化學(xué)氣相沉積工藝在所述硅覆蓋層上生長所述籽硅層。
8.如權(quán)利要求7所述的測量籽硅層厚度的方法中，其特征在于，在步驟(3)中化學(xué)氣相沉積工藝采用氣態(tài)硅源，所述氣態(tài)硅源為氣態(tài)硅烷。
9.如權(quán)利要求2至8所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積工藝的溫度均為600至750攝氏度。
10.如權(quán)利要求2至8所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積工藝的壓強(qiáng)為2千帕至14千帕。
11.如權(quán)利要求1所述的測量籽硅層厚度的方法，其特征在于，在步驟(2)和/或中，采用普通光譜型橢偏方法測量介質(zhì)層厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測量籽硅層厚度的方法，包括以下步驟(1)在單晶硅襯底上生長一鍺硅層；(2)在所述鍺硅層上生長一硅覆蓋層，并測量硅覆蓋層厚度；(3)在所述硅覆蓋層上生長一籽硅層；(4)測量所述硅覆蓋層與所述籽硅層的總厚度，再減去步驟(2)中所述硅覆蓋層的厚度，則得到所述籽硅層的厚度。本發(fā)明在非選擇性鍺硅外延生長工藝中測量在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)上沉積的籽硅層厚度，使厚度滿足單晶硅區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)區(qū)生成單晶鍺硅層和多晶鍺硅層之間的連續(xù)性要求。同時(shí)，在保證測量精確性的基礎(chǔ)上，簡化了工藝步驟，不影響材料結(jié)構(gòu)與特性，從而不影響器件性能。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102456593SQ20101052748
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者梅慧婷, 黃錦才 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司