电阻率测量用外延晶片的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及对其表面上具有ｎ－型或ｐ－型外延层的硅晶片进行评价的方法，在第一实施例中，通过在有氧条件下把晶片暴露于紫外线，在ｎ－型外延晶片表面上形成氧化层。然后对晶片进行电容－电压测量，评价外延层性能。在第二实施例中，通过在晶片表面上经过包含惰性载体气体和氢氟酸蒸汽的气态混合物，从ｐ－型外延晶片表面溶解氧化层。然后对晶片进行电容－电压测量，评价外延层性能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及分析用外延晶片的制备工艺，特别是涉及用于电容-电压测量的p-型或n-型外延半导体晶片表面的制备工艺。适用于制造集成电路的半导体晶片是通过从单晶硅锭切割薄晶片来制造的。切割之后，对晶片进行研磨处理，使其具有均匀的厚度。然后腐蚀晶片去除损伤，制造平滑表面。传统的晶片整形工艺中的最终工序是抛光工序，制成至少在晶片一面为高反射和无损伤的表面。在这种抛光表面上制造电器件。通过外延淀积可以提高由硅晶片制造的电器件的性能。外延淀积是在结晶衬底上生长薄结晶层的工艺。例如，可以在重掺杂硅衬底晶片上生长轻掺杂硅外延层。这种结构可以在中等电流下获得高的器件工作速度。外延的其他优点包括对掺杂剂浓度分布的精确控制和杂质自由度。把衬底晶片放入外延反应器，然后把载体气体引入反应器，例如氢气、多种硅基化合物之一，包括SiCl4、SiHCl3或SiH2Cl3，由此淀积外延层。一旦达到了要求的操作条件，硅基化合物与氢气载体气体之间的反应产生盐酸和纯硅，结果发生硅淀积。产生的硅被淀积在衬底晶片表面。持续淀积直至外延层生长到要求的厚度。完成外延层淀积之后，在晶片的预定器件区域或其附近，评价晶片的某些典型性能。外延层性能，例如掺杂剂浓度分布、电阻率、斜率、平面区域等是表示层质量的因素。这些外延层性能大多数是通过电容-电压(“CV”)技术测量的，该技术首先涉及制备肖特基二极管。肖特基二极管的制备涉及利用与待测材料表面接触的两个触点，形成电路。一般，肖特基二极管包括用外延层侧上的液态汞柱和非外延侧上的金属片例如钢片与硅晶片接触。可以采用传统的仪器和方法形成这些接触，包括“前侧下(front side down)”方法(例如MSI仪器，由MSI市售的)，和“后侧下(back side down)”方法(例如SSM仪器，由Solid State Measurement市售的)。电容-电压测量是通过连续改变施加于晶片表面的电位来进行的。实验表明，待测晶片表面状态可以强烈影响用于CV测量的肖特基二极管的性能。这种影响主要是起因于如下因素，晶片存在的多数载流子可能流过或迁移穿过二极管的汞-硅界面形成的结。结果，可能损害测量的可靠性。为了防止发生这种迁移，结必须保持在整流状态。一般，通过采用已有技术的方式对晶片化学处理，实现这种整流状态(例如可见ASTM Recommendation F1392)。采用的化学处理方法取决于待处理晶片的类型。例如，对于n-型晶片，化学处理一般包括在晶片表面上形成或生长薄氧化层。氧化层生长一般是通过在含氧化剂的溶液中浸渍晶片几分钟来实现的，氧化剂例如是硝酸、热过氧化氢或臭氧水。然后在去离子水中清洗晶片约10分钟，在氮气气氛中离心干燥。对于p-型晶片，化学处理一般包括在HF浓溶液中处理晶片约30秒，或者在稀释HF溶液中处理晶片约5分钟(例如10份水中含1份HF的溶液)。然后用去离子水清洗晶片约10分钟，在氮气气氛中离心干燥。这些制备n-型或p-型外延晶片表面的现行方法存在几种原因的问题。第一，使用强酸溶液给生产环境造成安全危害，加热这种溶液所产生的蒸汽对周围设备有害。第二，由于这些方法耗时，所以生产率降低，主要是由于这些是“湿法作业”方法，在能够进行下一步处理之前需要干燥晶片。第三，处理这种溶液获得足够的表面制备需要昂贵的设备。最后，在制备n-型晶片的情形，消耗大量的氢氟酸，明显增加了工艺花费。从上述来看，仍旧需要一种制备n-型或p-型晶片表面的有效和成本经济的方法，以便能够获得精确可靠的CV测量。按连续方式精确有效地监视外延反应器性能的能力，对于外延晶片的生产是关键的，因为如果生产的晶片具有不可接受的掺杂剂浓度分布，外延反应器可以进行调节，防止再产生这种不可接受的晶片。因此，本专利技术的目的在于，提供一种对其表面上具有n-型或p-型外延层的硅晶片性能进行评价的改进方法；提供一种待评价晶片表面不被弄湿的方法；提供一种用于电容-电压测量的n-型或p-型外延晶片的制备方法，可以提高安全性、有效性和成本效益。概括地讲，本专利技术提供一种对其表面上具有n-型或p-型外延层的硅晶片进行评价的方法。在第一实施例中，在有氧条件下使晶片暴露在紫外线中，由此在n-型外延晶片上形成氧化层。然后对晶片进行电容-电压测量，评价外延层的性能。本专利技术还提供一种对其表面上具有n-型外延层的硅晶片表面性能进行评价的方法。通过用紫外线照射含氧气氛，形成臭氧和原子氧，紫外线的波长约为185nm和254nm。n-型外延晶片暴露在臭氧和原子氧中，以在晶片表面形成氧化硅层。然后对晶片进行电容-电压测量，评价外延层的性能。本专利技术还提供一种对其表面上具有n-型外延层的硅晶片表面性能进行评价的方法。该方法包括在有氧条件下把晶片暴露于紫外线中，在外延层上部形成氧化硅层，紫外线的波长约为185nm和254nm。然后通过制备肖特基二极管评价表面性能，其中形成氧化硅与汞之间的第一接触、和金属与晶片非外延侧之间的第二接触。本专利技术在第二实施例中还提供一种对其表面上具有p-型外延层的硅晶片进行评价的方法。该方法包括将晶片放入处理室。惰性载体气体通过含氢氟酸水溶液的酸阱起泡，使载体气体富集氢氟酸蒸汽，形成包含载体气体和氢氟酸的气态混合物。把气态混合物输送到处理室，与晶片表面接触以溶解氧化硅层。然后对晶片进行电容-电压测量，评价外延层的性能。以下将部分指出并明了本专利技术的其他目的和特征。附图说明图1是不同n-型外延硅晶片的接触角变化与处理时间的曲线图，晶片表面生长有实施例1所述的氧化层。图2展示了如实施例2所述的三种不同p-型外延硅晶片的频率分散曲线。图3是展示如实施例2所述的两种不同p-型外延硅晶片的肖特基二极管击穿电压结果的曲线。根据本专利技术的方法，制备n-型或p-型外延单晶硅晶片，用于通过电容-电压(CV)测量来评价外延层性能。应该知道，这里所用的术语“p-型”是指空穴为主要载流子的半导体。同样，术语“n-型”是指电子为主要载流子的半导体。外延层性能一般包括掺杂剂浓度分布、电阻率、斜率和平面区域，所有这些均代表层的质量。这些外延层性能大多数是采用制备了肖特基二极管的电容-电压(“CV”)技术测量的。在本专利技术的第一实施例中，通过在晶片表面上生长氧化层来制备用于评价的n-型外延晶片。在本专利技术的第二实施例中，通过从晶片表面溶解氧化层来制备用于评价的p-型外延晶片。在第一实施例中，通过在含氧气氛中把晶片暴露在紫外线(UV)下以使晶片表面氧化，制备用于电容-电压(CV)测量的n-型外延晶片。无需任何特殊的理论即可确信，在暴露于UV光的条件下，通过吸收波长约为185nm的UV光，氧(O2)反应生成臭氧(O3)和原子氧(O)。一旦形成了臭氧，则通过吸收波长约为254nm的UV光，进一步分解形成额外的原子氧。产生的原子氧起到特别强的氧化剂的作用。原子氧和臭氧两者可以与晶片表面上的硅反应以形成氧化层。在n-型晶片表面上形成氧化层的速率至少部分是晶片表面与UV光源之间距离的函数，该速率随该距离的减小而提高。无需任何特殊的理论即可确信，这主要是由于初始形成氧基团，与原子氧或臭氧相比其更易于反应。如果UV光源与晶片表面的距离最小，则基团的电子可能在激发能级保持足以与晶片表面反应的时间，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对其表面上具有ｎ－型外延层的硅晶片进行评价的方法，该方法包括：通过在含氧气氛中把晶片暴露于紫外线，氧化晶片表面；以及对氧化的晶片进行电容－电压测量以评价ｎ－型外延层。

【技术特征摘要】
US 1998-5-21 09/082,9331．一种对其表面上具有n-型外延层的硅晶片进行评价的方法，该方法包括通过在含氧气氛中把晶片暴露于紫外线，氧化晶片表面；以及对氧化的晶片进行电容-电压测量以评价n-型外延层。2．根据权利要求1的方法，其中，通过用紫外线照射含氧气氛，形成臭氧和原子氧。3．根据权利要求2的方法，其中，紫外线的波长约为185nm和约为254nm。4．根据权利要求1的方法，其中，对晶片进行所述电容-电压测量以评价n-型外延层的性能，性能选自基本上包含电阻率、掺杂剂浓度、斜率和平坦区域的组。5．根据权利要求1的方法，其中，通过把晶片定位在距紫外线光源约2mm-5mm，使晶片暴露在臭氧和原子氧中。6．根据权利要求1的方法，其中，紫外线光源在约185nm波长发射其能量的约65％，在约254nm波长发射其能量的约35％。7．一种通过电容-电压测量对n-型外延硅晶片表面性能进行评价的方法，该晶片具有外延侧和非外延侧，该方法包括通过在有氧条件下把晶片暴露于紫外线而在晶片外延层上形成氧化层；以及通过形成氧化层与汞柱之间的第一接触、和金属与晶片非外延侧之间的第二接触，制备肖特基二极管。8．根据权利要求7的方法，其中，通过用紫外线照射含氧气氛，形成臭氧和原子氧。9．根据权利要求7的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉奥瓦尼瓦卡里，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]