一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法技术

本发明专利技术公开了一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法，该方法针对外延SOI外延层进行电阻率的测量，为了达到测量精准的效果，首先对外延SOI表面进行特定的预处理，使表面的缺陷及电学参数达到所需要求。再施加特定电压，根据C-V曲线算出电阻率。最终结果误差小于0.1％。本发明专利技术为非接触式测量，具有非破坏性、无损伤性、可重复利用等优点。在实际生产中，被测外延SOI仍然可以使用。大大的提高了产品良率，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法
本专利技术涉及外延SOI(SilicononInsulator，绝缘体上硅)的外延层电阻率的测量
，具体涉及一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法。
技术介绍
TM-SOI是一种基于离子注入剥离法(smart-cut法)的SOI技术，“TM-SOI智能切割法”在中国申报了专利技术专利，申请号200310123080.1，并获得中国专利局专利技术专利授权。具体方法：在两硅片之中，至少在其中一方形成氧化膜，并利用离子注入法，以于其中一方的硅片薄膜内形成一层离子分离层，使该已注入离子的面隔着氧化膜在室温下贴合另一方硅片，形成键合体。接着加以退火，使键合面牢固。然后升高温度至转变温度点以上，待温度平衡稳定后，激活高频交替电场或磁场照射该薄膜，使该离子分离层中的注入离子聚合为气体分子，形成一层分离膜，分离该薄膜，完成薄膜剥离，形成SOI。外延SOI即以TM-SOI为衬底层，在衬底层上沿原来的晶向再生长一层硅单晶膜(外延层)的工艺。其优势在于，在CMOS-IC芯片中，既可以满足减弱或者避免闩锁效应，抑制短沟道效应。同时也可以降低导通压降与功耗，有时也是为了满足隔离的需要。因此，外延SOI得到了广泛地应用。衡量外延SOI外延层品质的三项重要参数，分别是厚度、电阻率、表面缺陷，其中厚度和电阻率直接决定了终端产品的电性。目前被业界广泛使用的是四探针电阻率测试仪，简称4PP。而这种测量方式具有局限性。其要求所测量的外延层与衬底SOI反型，即衬底为N型、外延层为P型，或者衬底为P型、外延层为N型的外延SOI。其测量原理是将位于同一直线上的4个探针置于一平坦的样品上，并对外侧灵根探针施加直流电流I，然后中间两根探针用电压表测量电压V，则测量位置的电阻率ρohm.cm，ρ＝C*V/I。C为系数，大小取决于样品的宽度、样品的厚度和探针的间距。由于对只可以测量反型样品，因此具有很大的局限性。另一种测量方法为汞探针电阻率测试仪。简称Hg-CV。其原理为：用电容-电压(C-V)法测量外延层掺杂浓度和电阻率。在测试时，汞探针与硅片表面相接触，形成一个金属-半导体结构的肖特基结。汞探针和N型硅外延层相接触时，在N型硅外延层一侧形成势垒。在汞金属和硅外延层之间加一直流反向偏压时，肖特基势垒宽度向外延层中扩展。如果在直流偏压上叠加一个高频小信号电压，其势垒电容随外加电压的变化而变化，可起到电容的作用。通过电容-电压变化关系，便可找到金属-半导体肖特基势垒在硅外延层一侧的掺杂浓度分布。有时为了防止漏电导致测试不出结果，会在金属-半导体接触面生长一层薄氧化层。氧化层厚度必须很薄，以至于MOS电容远大于肖特基势垒电容时，以上模型中的MOS电容可以忽略不计。然而，Hg-CV为接触时测量，属于破坏性测量，在实际生产中，测量后产品必须报废。并且Hg为金属污染物，一旦污染车间，将造成不可逆的严重后果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法，该方法为非接触式测量，具有非破坏性、无损伤性、可重复利用等优点。在实际生产中，被测外延SOI仍然可以使用。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法，所述外延层为P型或N型，测试过程包括如下步骤：(1)将外延SOI产品放入反应室；(2)反应室中通入臭氧或者同时通入臭氧和水蒸气，通入时间为3-10秒，以使反应室内成为臭氧或者臭氧和水蒸气的环境；(3)反应室中通入气体的同时加热至200-400℃；(4)在200-400℃条件下，气体通入时间保持100-300秒，用于在外延SOI表面产生一层很薄的自然氧化层(通入水蒸气的作用是产生负电荷，将Si层下的负离子向下排空形成耗尽层)；该步骤相关反应式为：3Si+2O3—>3SiO2；(5)反应室加热至400-600℃，在400-600℃条件下，气体通入时间保持100-500秒，用于使步骤(4)产生的氧化层更加致密；(6)反应室中通入氮气，降温至室温；氮气用于冷却样品；(7)取出外延SOI放入测试台上，同时施加主电压和偏移电压；主电压范围为1-3V，偏移电压小于4V；(8)通过A-CV法测量得到外延SOI外延层电阻率值。本专利技术方法中，所述外延层为P型时，反应室内通入的气体为臭氧，臭氧的流速为1-5升/分钟；所述外延层为N型时，反应室内通入的气体为臭氧和水蒸气，其中臭氧的流速为1-5升/分钟，水蒸气的流速为1-5升/分钟。该方法测量位置的电阻率范围为1-100ohm.cm。该方法中，外延SOI的外延层厚度应在1-100μm。本专利技术设计原理如下：本专利技术方法针对利用TM-SOI制备的SOI硅片为衬底生长的外延SOI。所述TM-SOI工艺是在要成为支撑衬底的基底硅片和要成为SOI层的结合硅片至少其中之一的表面形成氧化膜，然后将氢离子从上述其中之一的硅片表面注入，形成离子注入层，然后隔着上述氧化膜使两片硅片贴合，并加以退火使贴合面牢固，然后施加微波处理使上述离子注入层进行裂片，形成SOI层。但SOI层因离子注入而造成损伤层，且表面粗糙，只经过CMP处理后，存在均匀性和膜厚不足的缺点，为解决此问题本专利技术采用硅的气相外延的化学气相淀积(CVD)工艺，对杂质浓度有良好的控制以及能获得晶体的完整性。硅外延除可以生长一层纯净度很高，缺陷密度低的本征硅外，还可以根据需求加入掺杂源对外延膜进行掺杂，从而达到控制外延层的导电类型和载流子浓度(电阻率)的目的。现在业界广泛使用的4PP以及Hg-CV存在很多局限和不足。本专利技术为非接触式的测量外延SOI的方法，简称A-CV法。CV是Capacitance-Voltage的缩写。如图1、图2，针对理想的被测量样品，在P型掺杂表面加上正压(在N型掺杂表面加上负压)，其内部多数载流子会被向下排空形成耗尽层，电压越大形成的耗尽层深度越深，反应在电极与耗尽层之间的电容就越小。通过加上不同的电压得出不同的电容，得出电压电容曲线，这条曲线可以表征出掺杂浓度、电阻率等一系列参数特征。偏压通常是在一定范围内逐步增加，测得不同偏压下对应的电容，就可以得到电容电压曲线。由不同偏压下测得的电容，可以知道此时的耗尽层深度及对应的掺杂浓度。得出被测量样品表面的掺杂浓度随深度的变化曲线。最终将掺杂浓度随深度的变化曲线转换成电阻率随深度的变化曲线。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术方法针对测量外延SOI外延层电阻率的测量，为了达到测量精准的效果，首先对外延SOI表面进行特定的预处理，使表面的缺陷及电学参数达到所需要求。再施加特定电压，根据C-V曲线算出电阻率。最终结果误差小于0.1％。2、本专利技术为非接触式测量，具有非破坏性、无损伤性、可重复利用等优点。在实际生产中，被测外延SOI仍然可以使用。大大的提高了产品良率，节约了成本。3、被测量的外延SOI可以重复测量，在实际生产中，可以用于监控测量机台的重复性。附图说明图1为P型掺杂表面加上正压，多数载流子流向示意图。图2为N型掺杂表面加上负压，多数载流子流向示意图。图3为A-CV方法测量样品，使用光学显微镜观察截图。图4为4PP方法测量样品，使用光学显微镜观察截图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法，其特征在于：所述外延层为P型或N型，测试过程包括如下步骤：(1)将外延SOI产品放入反应室；(2)反应室中通入臭氧或者同时通入臭氧和水蒸气，通入时间为3‑10秒，以使反应室内成为臭氧或者臭氧和水蒸气的环境；(3)反应室中通入气体的同时加热至200‑400℃；(4)在200‑400℃条件下，气体通入时间保持100‑300秒，用于在外延SOI表面产生一层自然氧化层；(5)反应室加热至400‑600℃，在400‑600℃条件下，气体通入时间保持100‑500秒，用于使步骤(4)产生的氧化层更加致密；(6)反应室中通入氮气，使反应室降温至室温；(7)取出外延SOI放入测试台上，同时施加主电压和偏移电压；主电压范围为1‑3V，偏移电压小于4V；(8)通过A‑CV法测量得到外延SOI外延层电阻率值。

【技术特征摘要】
1.一种非接触无损伤的测量外延SOI外延层电阻率的方法，其特征在于：所述外延层为P型或N型，测试过程包括如下步骤：(1)将外延SOI产品放入反应室；(2)反应室中通入臭氧或者同时通入臭氧和水蒸气，通入时间为3-10秒，以使反应室内成为臭氧或者臭氧和水蒸气的环境；(3)反应室中通入气体的同时加热至200-400℃；(4)在200-400℃条件下，气体通入时间保持100-300秒，用于在外延SOI表面产生一层自然氧化层；(5)反应室加热至400-600℃，在400-600℃条件下，气体通入时间保持100-500秒，用于使步骤(4)产生的氧化层更加致密；(6)反应室中通入氮气，使反应室降温至室温；(7)取出外延SOI放入测试台上，同时施加主电压和偏移电压；主电压范围为1-3V，偏移电压小于4V；(8)通过A-CV法测量得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：付超凡，柳清超，高文琳，
申请(专利权)人：沈阳硅基科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21