本發(fā)明涉及外延soi(silicononinsulator，絕緣體上硅)的外延層電阻率的測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種非接觸無損傷的測量外延soi外延層電阻率的方法。
背景技術(shù)：
：tm-soi是一種基于離子注入剝離法(smart-cut法)的soi技術(shù)，“tm-soi智能切割法”在中國申報了發(fā)明專利，申請?zhí)?00310123080.1，并獲得中國專利局發(fā)明專利授權(quán)。具體方法：在兩硅片之中，至少在其中一方形成氧化膜，并利用離子注入法，以于其中一方的硅片薄膜內(nèi)形成一層離子分離層，使該已注入離子的面隔著氧化膜在室溫下貼合另一方硅片，形成鍵合體。接著加以退火，使鍵合面牢固。然后升高溫度至轉(zhuǎn)變溫度點以上，待溫度平衡穩(wěn)定后，激活高頻交替電場或磁場照射該薄膜，使該離子分離層中的注入離子聚合為氣體分子，形成一層分離膜，分離該薄膜，完成薄膜剝離，形成soi。外延soi即以tm-soi為襯底層，在襯底層上沿原來的晶向再生長一層硅單晶膜(外延層)的工藝。其優(yōu)勢在于，在cmos-ic芯片中，既可以滿足減弱或者避免閂鎖效應(yīng)，抑制短溝道效應(yīng)。同時也可以降低導(dǎo)通壓降與功耗，有時也是為了滿足隔離的需要。因此，外延soi得到了廣泛地應(yīng)用。衡量外延soi外延層品質(zhì)的三項重要參數(shù)，分別是厚度、電阻率、表面缺陷，其中厚度和電阻率直接決定了終端產(chǎn)品的電性。目前被業(yè)界廣泛使用的是四探針電阻率測試儀，簡稱4pp。而這種測量方式具有局限性。其要求所測量的外延層與襯底soi反型，即襯底為n型、外延層為p型，或者襯底為p型、外延層為n型的外延soi。其測量原理是將位于同一直線上的4個探針置于一平坦的樣品上，并對外側(cè)靈根探針施加直流電流i，然后中間兩根探針用電壓表測量電壓v，則測量位置的電阻率ρohm.cm，ρ＝c*v/i。c為系數(shù)，大小取決于樣品的寬度、樣品的厚度和探針的間距。由于對只可以測量反型樣品，因此具有很大的局限性。另一種測量方法為汞探針電阻率測試儀。簡稱hg-cv。其原理為：用電容-電壓(c-v)法測量外延層摻雜濃度和電阻率。在測試時，汞探針與硅片表面相接觸，形成一個金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的肖特基結(jié)。汞探針和n型硅外延層相接觸時，在n型硅外延層一側(cè)形成勢壘。在汞金屬和硅外延層之間加一直流反向偏壓時，肖特基勢壘寬度向外延層中擴展。如果在直流偏壓上疊加一個高頻小信號電壓，其勢壘電容隨外加電壓的變化而變化，可起到電容的作用。通過電容-電壓變化關(guān)系，便可找到金屬-半導(dǎo)體肖特基勢壘在硅外延層一側(cè)的摻雜濃度分布。有時為了防止漏電導(dǎo)致測試不出結(jié)果，會在金屬-半導(dǎo)體接觸面生長一層薄氧化層。氧化層厚度必須很薄，以至于mos電容遠大于肖特基勢壘電容時，以上模型中的mos電容可以忽略不計。然而，hg-cv為接觸時測量，屬于破壞性測量，在實際生產(chǎn)中，測量后產(chǎn)品必須報廢。并且hg為金屬污染物，一旦污染車間，將造成不可逆的嚴重后果。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種非接觸無損傷的測量外延soi外延層電阻率的方法，該方法為非接觸式測量，具有非破壞性、無損傷性、可重復(fù)利用等優(yōu)點。在實際生產(chǎn)中，被測外延soi仍然可以使用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種非接觸無損傷的測量外延soi外延層電阻率的方法，所述外延層為p型或n型，測試過程包括如下步驟：(1)將外延soi產(chǎn)品放入反應(yīng)室；(2)反應(yīng)室中通入臭氧或者同時通入臭氧和水蒸氣，通入時間為3-10秒，以使反應(yīng)室內(nèi)成為臭氧或者臭氧和水蒸氣的環(huán)境；(3)反應(yīng)室中通入氣體的同時加熱至200-400℃；(4)在200-400℃條件下，氣體通入時間保持100-300秒，用于在外延soi表面產(chǎn)生一層很薄的自然氧化層(通入水蒸氣的作用是產(chǎn)生負電荷，將si層下的負離子向下排空形成耗盡層)；該步驟相關(guān)反應(yīng)式為：3si+2o3—>3sio2；(5)反應(yīng)室加熱至400-600℃，在400-600℃條件下，氣體通入時間保持100-500秒，用于使步驟(4)產(chǎn)生的氧化層更加致密；(6)反應(yīng)室中通入氮氣，降溫至室溫；氮氣用于冷卻樣品；(7)取出外延soi放入測試臺上，同時施加主電壓和偏移電壓；主電壓范圍為1-3v，偏移電壓小于4v；(8)通過a-cv法測量得到外延soi外延層電阻率值。本發(fā)明方法中，所述外延層為p型時，反應(yīng)室內(nèi)通入的氣體為臭氧，臭氧的流速為1-5升/分鐘；所述外延層為n型時，反應(yīng)室內(nèi)通入的氣體為臭氧和水蒸氣，其中臭氧的流速為1-5升/分鐘，水蒸氣的流速為1-5升/分鐘。該方法測量位置的電阻率范圍為1-100ohm.cm。該方法中，外延soi的外延層厚度應(yīng)在1-100μm。本發(fā)明設(shè)計原理如下：本發(fā)明方法針對利用tm-soi制備的soi硅片為襯底生長的外延soi。所述tm-soi工藝是在要成為支撐襯底的基底硅片和要成為soi層的結(jié)合硅片至少其中之一的表面形成氧化膜，然后將氫離子從上述其中之一的硅片表面注入，形成離子注入層，然后隔著上述氧化膜使兩片硅片貼合，并加以退火使貼合面牢固，然后施加微波處理使上述離子注入層進行裂片，形成soi層。但soi層因離子注入而造成損傷層，且表面粗糙，只經(jīng)過cmp處理后，存在均勻性和膜厚不足的缺點，為解決此問題本發(fā)明采用硅的氣相外延的化學(xué)氣相淀積(cvd)工藝，對雜質(zhì)濃度有良好的控制以及能獲得晶體的完整性。硅外延除可以生長一層純凈度很高，缺陷密度低的本征硅外，還可以根據(jù)需求加入摻雜源對外延膜進行摻雜，從而達到控制外延層的導(dǎo)電類型和載流子濃度(電阻率)的目的?，F(xiàn)在業(yè)界廣泛使用的4pp以及hg-cv存在很多局限和不足。本發(fā)明為非接觸式的測量外延soi的方法，簡稱a-cv法。cv是capacitance-voltage的縮寫。如圖1、圖2，針對理想的被測量樣品，在p型摻雜表面加上正壓(在n型摻雜表面加上負壓)，其內(nèi)部多數(shù)載流子會被向下排空形成耗盡層，電壓越大形成的耗盡層深度越深，反應(yīng)在電極與耗盡層之間的電容就越小。通過加上不同的電壓得出不同的電容，得出電壓電容曲線，這條曲線可以表征出摻雜濃度、電阻率等一系列參數(shù)特征。偏壓通常是在一定范圍內(nèi)逐步增加，測得不同偏壓下對應(yīng)的電容，就可以得到電容電壓曲線。由不同偏壓下測得的電容，可以知道此時的耗盡層深度及對應(yīng)的摻雜濃度。得出被測量樣品表面的摻雜濃度隨深度的變化曲線。最終將摻雜濃度隨深度的變化曲線轉(zhuǎn)換成電阻率隨深度的變化曲線。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明方法針對測量外延soi外延層電阻率的測量，為了達到測量精準的效果，首先對外延soi表面進行特定的預(yù)處理，使表面的缺陷及電學(xué)參數(shù)達到所需要求。再施加特定電壓，根據(jù)c-v曲線算出電阻率。最終結(jié)果誤差小于0.1％。2、本發(fā)明為非接觸式測量，具有非破壞性、無損傷性、可重復(fù)利用等優(yōu)點。在實際生產(chǎn)中，被測外延soi仍然可以使用。大大的提高了產(chǎn)品良率，節(jié)約了成本。3、被測量的外延soi可以重復(fù)測量，在實際生產(chǎn)中，可以用于監(jiān)控測量機臺的重復(fù)性。附圖說明圖1為p型摻雜表面加上正壓，多數(shù)載流子流向示意圖。圖2為n型摻雜表面加上負壓，多數(shù)載流子流向示意圖。圖3為a-cv方法測量樣品，使用光學(xué)顯微鏡觀察截圖。圖4為4pp方法測量樣品，使用光學(xué)顯微鏡觀察截圖。圖5為利用a-cv方法測量電阻率示意圖，圖中：01-電極；02-耗盡區(qū)；03-p型外延層。具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明詳細說明。(1)將外延soi產(chǎn)品放入反應(yīng)室；(2)反應(yīng)室中通入臭氧(或臭氧與水蒸氣)，氣體流速1-5升/分鐘。通入時間在3-10秒。使反應(yīng)室內(nèi)充分成為ozone的環(huán)境。(3)反應(yīng)室中通入臭氧(或臭氧與水蒸氣)的同時迅速加熱至200-400℃。(4)反應(yīng)室中通入臭氧(或臭氧與水蒸氣)，保持200-400℃，時間100-300秒。用于在外延soi表面產(chǎn)生一層很薄的自然氧化層。相關(guān)反應(yīng)式為：3si+2o3—>3sio2(5)反應(yīng)室中通入臭氧(或臭氧與水蒸氣)，在200-400℃基礎(chǔ)上迅速加熱至400-600℃。保持100-500秒。用于使氧化層更加致密。(6)反應(yīng)室中通入氮氣，使反應(yīng)室迅速降溫至室溫。氮氣用于冷卻樣品。取出外延soi放入測試臺上，加主電壓，范圍在1-3v；加偏移電壓，小于4v。如圖3所示。(7)利用a-cv方法最終計算出電阻率數(shù)值，圖5為利用a-cv方法測量電阻率示意圖，測量過程為：將一個傳感器電極放置靠近外延soi的表面；在傳感器電極上施加電壓，導(dǎo)致多數(shù)載流子從外延層表面移動；做出電容和電壓對應(yīng)的函數(shù)曲線；從c-v曲線中計算出摻雜(或電阻率)分布。實施例1原始硅片為8寸，p型，晶格方向(100)，電阻值為8.5-11.5ohm/cm，表面覆蓋二氧化硅(sio2)，單面拋光，經(jīng)過劑量為4.0×1016/cm2，注入能量為200kev，氫分子離子(h2+)注入。襯底硅片為p型，晶格方向(100)，電阻率為8.5-11.5ohm-cm，單面拋光硅晶圓片。兩硅晶圓片于室溫經(jīng)等離子體加強鍵合法鍵合為鍵合結(jié)構(gòu)體，置于商用可調(diào)溫度微波爐內(nèi)，以轉(zhuǎn)變溫度設(shè)定為200℃退火處理15分鐘，然后緊接在此溫度下以2.45ghz頻率，1000w輸出功率，15分鐘的微波輻射后，平均厚度為0.6452μm的薄膜剝離出來，經(jīng)過cmp處理后形成頂層soi晶圓材料。在soi頂層再外延一層p型外延層，厚度4μm，電阻率范圍為6-9ohm.cm。在實際測量中，可以利用a-cv電阻率測試儀來實現(xiàn)，簡稱epimet。取上述制備的外延soi10片。放入epimet的預(yù)處理腔體(pre-treatmentchamber)中。通入1l/min的臭氧，通入時間3s。使反應(yīng)室內(nèi)充分成為ozone的環(huán)境。迅速加熱到280℃，保持120s。在280℃基礎(chǔ)上迅速加熱至480℃，保持80s。使氧化層更加致密。停止通入臭氧，同時沖入氮氣，吹走臭氧，并將外延soi迅速降為室溫。取出外延soi放入測量臺上。施加主電壓2.5v，偏移電壓1.5v，探針距離外延soi表面10pf。每片測9點，9點的x/y坐標(biāo)為：(0,0),(0，45)，(45,0)，(0，-45)，(-45,0)，(0,90)，(90,0)，(0，-90)，(-90,0)。10片外延soi電阻率數(shù)值如表1所示：表1point1point2point3point4point5point6point7point8point91#7.3267.4387.5047.5727.6217.3497.5417.4897.0712#7.2667.4257.4517.5027.637.3297.5437.4617.0843#7.2837.4117.4857.5627.6357.3547.5437.567.1324#7.3097.4567.5277.5927.6537.3917.557.6037.1445#7.2877.4667.5247.627.6517.3767.5827.6527.146#7.357.5217.5297.6447.6437.3657.5797.5787.1167#7.3537.5137.4817.6597.6687.397.6197.5677.1138#7.3097.4867.5087.6487.6737.3927.617.637.1279#7.3487.5457.5427.6957.7427.4277.6247.6317.15710#7.3447.547.5447.7327.717.4097.6067.6497.177std0.0315150.048250.0298340.0677890.0377920.0295550.0336590.0654470.031932avg7.31757.48017.50957.62267.66267.37827.57977.5827.1261repeatability0.43％0.65％0.40％0.89％0.49％0.40％0.44％0.86％0.45％1#外延soi重復(fù)測量10次的電阻率數(shù)值如表2所示：表2實施例2原始硅片為8寸，n型，晶格方向(100)，電阻值為8.5-11.5ohm/cm，表面覆蓋二氧化硅(sio2)，單面拋光，經(jīng)過劑量為4.0×1016/cm2，注入能量為200kev，氫分子離子(h2+)注入。襯底硅片為n型，晶格方向(100)，電阻率為8.5-11.5ohm-cm，單面拋光硅晶圓片。兩硅晶圓片于室溫經(jīng)等離子體加強鍵合法鍵合為鍵合結(jié)構(gòu)體，置于商用可調(diào)溫度微波爐內(nèi)，以轉(zhuǎn)變溫度設(shè)定為200℃退火處理15分鐘，然后緊接在此溫度下以2.45ghz頻率，1000w輸出功率，15分鐘的微波輻射后，平均厚度為0.6452μm的薄膜剝離出來，經(jīng)過cmp處理后形成頂層soi晶圓材料。在soi頂層再外延一層n型外延層，厚度4μm，電阻率范圍為6-9ohm.cm。取上述制備的外延soi10片。放入epimet的預(yù)處理腔體(pre-treatmentchamber)中。通入1l/min的臭氧，同時通入1l/min水蒸氣，通入時間3s。使反應(yīng)室內(nèi)充分成為ozone及水蒸氣的環(huán)境。迅速加熱到300℃，保持60s。在300℃基礎(chǔ)上迅速加熱至500℃，保持80s。使氧化層更加致密。停止通入臭氧，同時沖入氮氣，吹走臭氧，并將外延soi迅速降為室溫。取出外延soi放入測量臺上。施加主電壓2v，偏移電壓1.5v，探針距離外延soi表面10pf。每片測9點，9點的x/y坐標(biāo)為：(0,0),(0，45)，(45,0)，(0，-45)，(-45,0)，(0,90)，(90,0)，(0，-90)，(-90,0)。10片外延soi電阻率數(shù)值如表3所示：表311#外延soi重復(fù)測量10次的電阻率數(shù)值如表4所示：表4對比例1原始硅片為8寸，n型，晶格方向(100)，電阻值為8.5-11.5ohm/cm，表面覆蓋二氧化硅(sio2)，單面拋光，經(jīng)過劑量為4.0×1016/cm2，注入能量為200kev，氫分子離子(h2+)注入。襯底硅片為n型，晶格方向(100)，電阻率為8.5-11.5ohm-cm，單面拋光硅晶圓片。兩硅晶圓片于室溫經(jīng)等離子體加強鍵合法鍵合為鍵合結(jié)構(gòu)體，置于商用可調(diào)溫度微波爐內(nèi)，以轉(zhuǎn)變溫度設(shè)定為200℃退火處理15分鐘，然后緊接在此溫度下以2.45ghz頻率，1000w輸出功率，15分鐘的微波輻射后，平均厚度為0.6452μm的薄膜剝離出來，經(jīng)過cmp處理后形成頂層soi晶圓材料。在soi頂層再外延一層p型外延層，厚度4μm，電阻率范圍為6-9ohm.cm。使用常規(guī)方法4pp測量，電阻率數(shù)值如表5所示：表5point1point2point3point4point5point6point7point8point921#6.8217.1197.1217.0817.0526.8517.186.9537.08122#6.7526.9727.0357.0696.9836.8627.1647.0337.08123#6.7566.987.0547.1146.9516.8377.1797.0347.04324#6.827.0127.0687.1666.946.8297.1767.1057.03125#6.847.0417.0937.1857.0296.8767.1967.1037.08126#6.8697.1047.1267.1717.1116.837.2216.9957.07827#6.8477.067.1497.1687.1266.8677.2126.9537.16428#6.8717.0897.177.2037.1616.8497.2246.9597.1629#6.8957.1267.1857.2067.1546.8647.2527.0057.1730#6.927.1427.2137.2287.1146.8837.2586.9667.179std0.0545980.0614130.0589220.0538150.0830670.0187840.0326150.0577930.055729avg6.83917.06457.12147.15917.06216.85487.20627.01067.1068repeatability0.80％0.87％0.83％0.75％1.18％0.27％0.45％0.82％0.78％21#外延soi重復(fù)測量10次的電阻率數(shù)值如表6所示：表6point1point2point3point4point5point6point7point8point921#6.8217.1197.1217.0817.0526.8517.186.9537.08121#6.8287.1327.1467.1027.0596.8637.2147.0027.09321#6.8367.1467.1697.1927.0646.8697.3447.0637.10721#6.8477.1597.1947.2277.0996.8747.4587.1067.19521#6.8667.1737.2097.2357.1036.8977.4657.1127.26421#6.8737.1897.2387.2967.1376.927.4737.1467.27321#6.8897.2047.2837.3047.1596.9887.4917.1947.30621#6.8957.2427.3277.3227.1867.0127.5017.2077.3521#6.9237.2677.3727.3757.2077.2117.5267.2587.36121#7.0457.317.3937.3997.2157.37.5387.337.342std0.0656440.0620510.0949270.1067270.0617480.1567740.12860.1151150.110399avg6.88237.19417.24527.25337.12816.97857.4197.13717.2372repeatability0.95％0.86％1.31％1.47％0.87％2.25％1.73％1.61％1.53％測量1#-10#,21#-30#外延soi，所測試的顆粒情況如表7所示：表71#與21#測量10次后，用顯微鏡觀察，如圖3、圖4所示：由表1與表5對比、表3與表5對比，可以看出，a-cv方法測量的片間的重復(fù)性為0.2％以下，而4pp方法測量的片間重復(fù)性1％左右。a-cv方法更優(yōu)。由表2與表6對比、表4與表6對比，可以看出，同一片測量10次，a-cv方法測量的重復(fù)性為0.2％以下，而4pp方法測量的重復(fù)性2％左右。并且，由于重復(fù)測量破壞外延soi表面電性，導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)上升趨勢。由表7可以看出，a-cv方法測量顆粒增長遠小于4pp方法測量。由圖3、圖4可以看出4pp方法測量的外延soi表面有針孔似的缺陷，而a-cv方法測量的外延soi表面完好無損。以上所述僅為說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非用以限定本發(fā)明的保護范圍；凡其它未脫離發(fā)明所公開的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在所述的專利申請和權(quán)利要求范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12