專利名稱：SiGe監(jiān)控片的制備方法及采用該片進行監(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現(xiàn)且匹配性高。同時Ge的引入可以有效地降低禁帶寬度，實現(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薄膜主要通過外延生長實現(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薄膜生長前，通常需要在吐的鈍化環(huán)境下對硅片進行預(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，此過程稱為預(yù)烘烤(pre-bake)工藝。Pre-bake工藝的好壞會直接影響形成的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)致無法形成完美的應(yīng)變單晶SiGe薄膜，薄膜的電學(xué)特性會大幅度減弱。但如何表征Pre-bake工藝的好壞，目前業(yè)界通常只能通過監(jiān)控缺陷和最后產(chǎn)品的性能進行判斷，同時在線監(jiān)控只能監(jiān)控設(shè)備的參數(shù)不使之波動，無法監(jiān)控最終形成的 SiGe薄膜的特性變化。而缺陷檢測通常需要使用低倍放大鏡作光學(xué)檢測，用人眼檢測是否具有規(guī)則形狀的的黑點(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統(tǒng)計方法來推測實際缺陷數(shù)，依賴于做檢測的工程師或操作工的個人經(jīng)驗，無法實現(xiàn)自動客觀的檢測，不具備可生產(chǎn)性。Pre-bake工藝的好壞對SiGe薄膜的光學(xué)性能也會有影響，光學(xué)性能會因為晶格匹配和應(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發(fā)生變化。但通常這種變化非常微弱，無法通過平面薄膜直接表征。而拉曼光譜等方法雖然可以通過光子和晶格的碰撞散射來探測到晶格的變化情況，但是測量設(shè)備成本很高，而且需要測量人員具有很強的光學(xué)和固體學(xué)技術(shù)和理論知識，進行模型建立和校準(zhǔn)，另外需要很強的數(shù)學(xué)分析能力對測量數(shù)據(jù)進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行科研，并不適合進行生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種SiGe監(jiān)控片的制備方法，所提供的SiGe監(jiān)控片能對SiGe薄膜生長之前Pre-bake工藝的結(jié)果進行監(jiān)控。
為解決上述技術(shù)問題，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度；3)以步驟二中得到的反射與衍射強度作為監(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，通過對稱底刻蝕形成光柵，然后進行SiGe薄膜的沉積，然后再進行光刻，通過在SiGe光柵中再形成光刻膠的光柵，通過測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比度?？梢跃_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薄膜成長方式的影響，對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。同時制備和測量方法都比較簡便，可以大幅度降低半導(dǎo)體廠商對SiGe工藝的監(jiān)控成本，提高工藝控制能力。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖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)明的一個實例結(jié)構(gòu)示意圖和反射譜示意圖。
具體實施例方式本發(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(見圖1)1)至少設(shè)計一組光柵圖形；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階差的光柵圖形(見圖3)；即為形成由多個規(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工藝或非選擇性生長工藝淀積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)控片進行監(jiān)控的方法，包括如下步驟(見圖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度。探測光波長為100 10000納米， 優(yōu)選為350 1000納米。探測衍射光級數(shù)為1級以上，優(yōu)選為5級以上。探測光波長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度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控所生產(chǎn)的具有臺階差的 SiGe薄膜。實際試驗可知，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段的反射強度和衍射強度就會有明顯的起伏。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/硅片，而改變100度左右可以使缺陷減少到數(shù)百個，此時反射譜中 R1、R2、R3、R4和R5的比值有超過20%的變化，而傳統(tǒng)的平面光譜或拉曼譜測不出此變化。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，具有不同的反射強度和衍射強度，因此，可以直觀的通過測量薄膜的反射光譜和衍射光譜監(jiān)控Per-bake 工藝。能達到與拉曼光譜檢測結(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工藝或非選擇性生長工藝淀積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度；3)以步驟二中得到的反射與衍射強度作為監(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)探測光線的波長為100 10000納米，所述探測衍射光級數(shù)為1級以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種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)明還公開了一種鍺硅薄膜的監(jiān)控方法。
文檔編號G01N21/25GK102456539SQ20101051139
公開日2012年5月16日 申請日期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 申請人:上海華虹Nec電子有限公司