專利名稱：鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法及采用該片進行監(jiān)控的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法。本發(fā)明還涉及一種采用該片進行監(jiān)控的方法。
背景技術：
硅是目前大規(guī)模生產(chǎn)的半導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，具有半導體特性等基本特性而被用于制備半導體器件。但是對于高頻高速應用，硅的禁帶寬度較寬，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硅的合金來減低禁帶寬度，提高載流子的遷移速度。鍺就是其中最重要材料之一。鍺具有和硅類似的晶體結構，與硅形成合金工藝容易實現(xiàn)且匹配性·高，同時鍺的引入可以有效地降低禁帶寬度，實現(xiàn)高速器件的應用，同時鍺硅的合金器件很容易和常規(guī)的硅器件進行工藝整合，因此鍺硅器件是很常用的一種應用于高速和高頻通信的器件。同時鍺硅為本征半導體，為了實際器件應用，還會進行摻雜形成η型導電或P型導電。另外為了調整薄膜的應力，還會摻雜中性粒子如碳原子。工藝上鍺硅主要通過外延生長實現(xiàn)，其主要的表征參數(shù)有厚度，元素含量，元素分布等。他們直接決定了鍺硅材料的禁帶寬度，摻雜濃度，應力等，都是非常重要的工藝參數(shù)。對于鍺硅中各元素含量的測量，通常有兩類方法，一種是通過各種射線或粒子對膜層進行轟擊，然后測量濺射物的組分進行分析，比如次級離子質譜法SIMS等(見圖I)。此種方法精度很高，但是成本也很高，無論樣品的制備還是測量都無法大規(guī)模實現(xiàn)高產(chǎn)量的生產(chǎn)，因此通常作為一種科研手段被廣泛使用。第二類方法是通過測量鍺硅薄膜的光學性質進行表征(見圖2)，比如拉曼譜，反射透射譜，傅氏轉換紅外線光譜分析儀FTIR等。通過標定各元素對應的特征波長，然后通過數(shù)值擬合進行解譜得到各成分對應的特征波長出的強度，然后標定各元素的含量。其好處是價格低廉，樣品制備容易，很容易實現(xiàn)大規(guī)模高產(chǎn)量。但是其缺陷也很明顯，首先，解譜通常不唯一，有多種可能性，因此極度依賴于解譜工程師的個人經(jīng)驗，誤差很大；其次，鍺硅具有很強的吸收系數(shù)，性噪比很差，因此其平面的光譜的穩(wěn)定度不好，同時因為強吸收特性，對于不同厚度的鍺硅薄膜，不具有通用性，而且誤差隨膜厚的變化很難控制。因此此類方法通常只作為參考使用，不作為直接判斷的標準。應用到實際生產(chǎn)中時，對于每種鍺硅薄膜都需要進行標定，解譜分析，因此實際效果很不理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，其能用于在線監(jiān)控鍺硅薄膜。為解決上述技術問題，本發(fā)明的鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，包括步驟一，將一組具有尺寸變化的測量圖形，形成在光刻掩膜版中；步驟二，在襯底上淀積鍺硅薄膜；
步驟三，在所述襯底上涂光刻膠，并用步驟一中所述的光刻掩膜版進行曝光，顯影后在所述鍺硅薄膜上形成測量圖形，即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。本發(fā)明還提供一種采用如上所述的鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法，包括步驟一，制備一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標準含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片，并測量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線；步驟二，使用所述特征尺寸曲線作為標準判斷，來監(jiān)控所生成的鍺硅薄膜的含量是否符合要求。本發(fā)明的鍺硅薄膜監(jiān)控片，其制備方法簡單，制造成本低。采用該監(jiān)控片進行鍺硅薄膜的監(jiān)控，簡單易操作。且所采用的測試圖形特征尺寸信息，能反應出鍺硅薄膜中含量的細微變化，敏感性好。優(yōu)選的，所述測量圖形為矩形孔，所述一組測量圖形中的一個測量圖形為由·多個尺寸相同的測量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測量圖形為有具有相同寬度，相同空間周期和不同長度的矩形孔陣列組成。優(yōu)選的，所述測量圖形為矩形孔，所述一組測量圖形中的一個測量圖形為由多個尺寸相同的測量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測量圖形為有具有相同寬度，相同長度和不同空間周期的矩形孔陣列組成。優(yōu)選的，所述步驟二中所淀積的鍺硅薄膜的含量通過次級離子質譜法標定。優(yōu)選的，所述步驟二中在襯底上淀積鍺硅薄膜后，還在所述鍺硅薄膜上淀積氧化硅、多晶硅、氮化硅和氮氧化硅中的一種或任意組合。一種采用所述的鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法，其特征在于，包括步驟一，取一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標準含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片，步驟二，測量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線；步驟三，使用所述特征尺寸曲線作為標準判斷，來監(jiān)控所生成的鍺硅薄膜的含量是否符合要求。


下面結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I為一具體的鍺硅薄膜進行SMS測量后的結果示意圖；圖2為具體的鍺硅薄膜進行平面光譜測量后的結果示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備流程示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的鍺硅薄膜監(jiān)控方法的流程示意圖；圖5為使用本發(fā)明的監(jiān)控方法一具體實例中測量圖形特征尺寸關系示意圖。
具體實施例方式在光刻工藝中，由于二維圖形對于襯底反射率非常敏感，如圖6所示，對于給定長度，寬度與空間周期的矩形孔，隨襯底反射率變化時，其一維方向的寬度與長度變化均為近似線性變化，但是其圖形的長寬比為二次曲線變化。而且對不同長度，寬度與空間周期其趨勢均不同。因此對于寬度，長度，空間周期三個參量中固定任何兩個參量的測量圖形，比如寬度和空間周期，在相同的曝光能量下，測量圖形的其中一個參量如寬度的尺寸隨另一個可變參量的變化趨勢與襯底反射率息息相關，任意微小的反射率變化，就會引起其趨勢發(fā)生變化。因為在光刻工藝中，測量圖形的空間周期和寬度固定，寬度隨長度的變化趨勢，和測量圖形的寬度和長度固定，寬度隨空間周期的變化趨勢和襯底反射率是一一對應的。因此當鍺硅薄膜發(fā)生變化引起襯底反射率的變化時，測量圖形中的特征尺寸的曲線必然發(fā)生變化，因此可以通過測量圖形的特征尺寸變化來監(jiān)控鍺硅薄膜的含量。在一具體實施例中，鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法(見圖3)，首先設計一組具有尺寸變化的測量圖形，將該組測量圖形制備在光刻掩膜版 上。這里的測量圖形可為包含兩維尺寸變化的矩陣，即矩形孔。在一個具體實施例中，一組測量圖形中的一個測量圖形為由多個矩形孔組成的矩形孔陣列，多個寬度相同和空間周期相同，長度變化的矩形孔陣列組成一組測量圖形。在另一個變形例中，一組測量圖形由多個寬度和長度相同，空間周期變化的矩形孔陣列組成?？梢詫⑺械臏y量圖形制備在一個光刻掩膜版上，也可以制備在多個光刻掩膜版上。上述的矩形孔，寬度可設為O. 01 μ m 10 μ m,優(yōu)選為O. 05 μ m I μ m,其最小尺寸最好與設計規(guī)則中最小發(fā)射極窗口尺寸相同；長度為O. 05μηι ΙΟΟμπι,優(yōu)選為
O.I μ m 10 μ m,其最小尺寸最好與工藝中與設計規(guī)則中最小發(fā)射極窗口尺寸相同；一個測量圖形中矩形孔的空間周期為O. Iym ΙΟμπι。在制備光刻掩膜版之間，可以先對測量圖形進行光學臨近修改(0PC修正)，例如可在測量圖形的四角加上附加圖形進行OPC修改。以100GHZ的鍺硅異質結雙極型晶體管HBT工藝為例，可以采用O. 13*0. 5μπι的矩形孔，其寬度固定為O. 13 μ m,長度為O. 5 μ m 10 μ m,矩形孔的空間周期為I : I I 10。之后，在襯底上淀積鍺硅薄膜。這里的襯底通常為硅單晶襯底。所淀積的鍺硅薄膜中各組分的含量可通過SMS等方法進行標定。之后還可以在鍺硅薄膜上再沉積SiO2、多晶硅、SiN和SiON中的一層膜或任意組合的多層膜。其他膜層的厚度可為10埃 I μ m，優(yōu)選為100 1000埃。與實際工藝中發(fā)射極窗口與基區(qū)襯底的絕緣介質層相同為佳。在淀積完成后的襯底上涂光刻膠，并使用測量圖形的光刻掩膜版嗎，采用與實際產(chǎn)品工藝的發(fā)射極窗口工藝相同的光刻工藝進行曝光在襯底上形成測量圖形，該片即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。上述相同的光刻工藝指光刻膠種類和光刻條件均相同。采用上述鍺硅薄膜監(jiān)控片進行監(jiān)控鍺硅薄膜的方法(見圖4)，為先取一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標準含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片。即至少一片規(guī)定含量標準監(jiān)控片、允許的上限含量監(jiān)控片和下限含量的監(jiān)控片。之后，測量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線；如對空間周期和寬度固定、長度變化的測試圖形，測量測量圖形的寬度，在一個矩形孔陣列中，可取位于中間的哪個矩形孔的寬度數(shù)值(為特征尺寸數(shù)值)。通過對所有測量圖形的測試，分別得到標準含量以及上下控制范圍對應的CD曲線。接著在生產(chǎn)中淀積鍺硅薄膜后，與標準結果對比，所有圖形CD變化<給定的標準則為合格(比如< 5nm),或者所有點的標準方差<給定的標準為合格(比如< 5nm)。在實際生產(chǎn)中，需要定期產(chǎn)生鍺硅薄膜監(jiān)控樣片，并量測測量圖形中的特征圖形的特征CD尺寸。如圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一具體實例繪制的測量圖形特征尺寸的變化曲線，可知在線生產(chǎn)的鍺硅薄膜中特征尺寸的變化與監(jiān)控片中特征尺寸的變化吻合較好，故可知在線淀積的鍺硅薄膜已經(jīng)符合生產(chǎn)要求。
本發(fā)明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術方案?；诒景l(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為落入本發(fā)明的保護范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實施方法，以使得本領域的普通技術人員能夠應用本發(fā)明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發(fā)明的目的。
權利要求
1.一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，其特征在于，包括 步驟一，將一組具有尺寸變化的測量圖形，形成在光刻掩膜版中； 步驟二，在襯底上淀積鍺硅薄膜；步驟三，在所述襯底上涂光刻膠，并用步驟一中所述的光刻掩膜版進行曝光，顯影后在所述鍺硅薄膜上形成測量圖形，即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。
2.如權利要求I所述的制備方法，特征在于所述測量圖形為矩形孔，所述一組測量圖形中的一個測量圖形為由多個尺寸相同的測量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測量圖形為有具有相同寬度，相同空間周期和不同長度的矩形孔陣列組成。
3.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述測量圖形為矩形孔，所述一組測量圖形中的一個測量圖形為由多個尺寸相同的測量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測量圖形為有具有相同寬度，相同長度和不同空間周期的矩形孔陣列組成。
4.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟二中所淀積的鍺硅薄膜的含量通過次級離子質譜法標定。
5.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟二中在襯底上淀積鍺硅薄膜后，還在所述鍺硅薄膜上淀積氧化硅、多晶硅、氮化硅和氮氧化硅中的一種或任意組合。
6.一種采用如權利要求I所述的鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法，其特征在于，包括 步驟一，取一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標準含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片， 步驟二，測量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線； 步驟三，使用所述特征尺寸曲線作為標準判斷，來監(jiān)控所生成的鍺硅薄膜的含量是否符合要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，包括步驟一，將一組具有尺寸變化的測量圖形，形成在光刻掩膜版中；步驟二，在襯底上淀積鍺硅薄膜；步驟三，在所述襯底上涂光刻膠，并用步驟一中所述的光刻掩膜版進行曝光，顯影后在所述鍺硅薄膜上形成測量圖形，即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。該制備方法簡單，制造成本低。本發(fā)明還公開了一種采用鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法。
文檔編號G01N33/00GK102954903SQ20111024091
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權日2011年8月22日
發(fā)明者王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司