專利名稱：外延缺陷分析結(jié)構(gòu)及制造方法和外延缺陷的分析方法
外延缺陷分析結(jié)構(gòu)及制造方法和外延缺陷的分析方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)、外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法以及利用外延缺陷分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行外延缺陷的分析方法。
背景技術(shù)：
集成電路制造中外延工藝是在具有一定晶向的襯底上，在一定的條件下采用化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)等方法，沿著襯底原來(lái)的結(jié)晶軸方向，生長(zhǎng)出導(dǎo)電類型、電阻率、厚度、晶格結(jié)構(gòu)、完整性等參數(shù)都符合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求的新單晶體層的過(guò)程，這層單晶層叫做外延層。
外延淀積過(guò)程中，受襯底和外延工藝的影響，在外延層中會(huì)出現(xiàn)外延缺陷 (Epitaxy Defect)。從外延缺陷在外延中的位置可分為兩大類一類是在表面的外延缺陷， 一般都可以通過(guò)金相顯微鏡可以觀察到，如角體錐，圓錐體、月牙、魚(yú)尾、橘皮，云霧狀表面等；另一類是存在外延層內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)缺陷，如層錯(cuò)、滑移位錯(cuò)、析出雜質(zhì)等。外延缺陷的存在，使嚴(yán)格按晶體排列規(guī)律結(jié)合的單晶體發(fā)生改變，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制作在具有缺陷的硅片上會(huì)出現(xiàn)漏電、良率失效、功能失效等異常。
外延缺陷產(chǎn)生的原因，一般都是由襯底材料、襯底表面、外延前工藝、外延生長(zhǎng)過(guò)程中引入的。在實(shí)際中，有些外延缺陷起源于外延層內(nèi)部，而有些外延缺陷卻起源于襯底內(nèi)部甚至襯底表面，但由外延生長(zhǎng)規(guī)律和特性，在非晶體鍵位銜接的位置不會(huì)生長(zhǎng)晶體，起源于襯底內(nèi)部甚至襯底表面的缺陷進(jìn)行外延后會(huì)被放大延伸到外延表面，更復(fù)雜的情況還有可能在襯底和外延層中都會(huì)引起相同的缺陷，因此在實(shí)際的生產(chǎn)中，如何判定外延缺陷是從襯底引入的還是從外延加工過(guò)程中導(dǎo)致的是我們所要解決的問(wèn)題。圖I所示為常見(jiàn)的外延缺陷示意圖。其中10為襯底，11為外延層。圖I所示的襯底10中，會(huì)存在不同種類和程度的缺陷，如IOa為襯底中的月牙或魚(yú)尾狀的堆垛層錯(cuò)導(dǎo)致的缺陷，這類缺陷表現(xiàn)為從一端開(kāi)始并沿著一定方向伸長(zhǎng)的凹坑；10b為常見(jiàn)的氧化誘生缺陷，通常表現(xiàn)為桿狀，但一般都會(huì)和IOa的同時(shí)出現(xiàn)。同時(shí)，在所述外延層11中，Ila為較為常見(jiàn)的堆垛層錯(cuò)，一般由所述襯底10析出物或表面殘留的氧化層、碳?xì)湮飳?dǎo)致；llb為存在所述襯底10中并連續(xù)延伸到所述外延層11中的線位錯(cuò)；llc為表面工藝相關(guān)的錐體缺陷，在所述外延層11中表現(xiàn)為小尖峰突起，如角錐體、圓丘體等其他生長(zhǎng)體，外延工藝中溫度較低、源氣體濃度太高、生長(zhǎng)系統(tǒng)氣氛沾污，以及襯底表面質(zhì)量差、襯底晶向異常等都會(huì)導(dǎo)致椎體缺陷；lld為外延工藝中引起的外延析出物質(zhì)；lle為所述襯底10或襯底表面大面積堆垛延伸到所述外延層11 形成的堆垛層錯(cuò)。從以上示例中可以看出，當(dāng)所述襯底10的缺陷靠近所述外延層11時(shí)，所述襯底10的缺陷會(huì)在外延過(guò)程中變成源頭，外延后缺陷會(huì)被放大。所以在所述襯底10加工過(guò)程中，除了非常嚴(yán)格的單晶制備流程外，還有一步吸雜的過(guò)程，使這些缺陷的誘因如氧離子、金屬離子等遠(yuǎn)離硅片正面，遠(yuǎn)離外延層，形成稱為“安全區(qū)”或“過(guò)渡區(qū)”層次，所述“安全區(qū)”或“過(guò)渡區(qū)”的厚度H通常為50um左右。
在傳統(tǒng)的外延缺陷分析方法中，通常是對(duì)外延后有異常的硅片進(jìn)行顯微鏡觀察， 確認(rèn)外延表面情況后，再通過(guò)對(duì)缺陷位置的正面或側(cè)面的鉻酸腐蝕后確認(rèn)所述外延層11、襯底10、襯底到外延這一過(guò)渡區(qū)的缺陷種類、數(shù)量、密度、形狀、大小、距離等數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)如外延溫度、氣體流量、生長(zhǎng)速率、腔體壓力、爐體完好程度檢查等內(nèi)容，綜合判定外延缺陷的原因，然而這種方法過(guò)程復(fù)雜，通常都需要找相關(guān)的未做外延的襯底做模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)懷疑襯底問(wèn)題時(shí)，更需要做足夠的實(shí)驗(yàn)以提供更多數(shù)據(jù)，造成物料、產(chǎn)能、人力的浪費(fèi)，由于形成有一外延層11的襯底10與用于進(jìn)行缺陷分析對(duì)比的未做外延的襯底容易在材料選取和外延加工過(guò)程中存在不完全一致，特別對(duì)于外延工藝能力有限、工藝波動(dòng)較大的生產(chǎn)加工企業(yè)，往往異常的重復(fù)性無(wú)法保證再次重現(xiàn)，從而使外延缺陷的調(diào)查分析存在很多變數(shù)。
因此，本發(fā)明需要提供一種外延結(jié)構(gòu)，可以避免形成有外延的襯底與用于找尋相關(guān)數(shù)據(jù)的未做外延的襯底在材料選取和外延加工過(guò)程中存在不完全一致的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)及制造方法和外延缺陷的分析方法，使外延后在同一襯底上具有生長(zhǎng)外延和不生長(zhǎng)外延的圖形，通過(guò)對(duì)比生長(zhǎng)有外延的襯底和未生長(zhǎng)外延的襯底的缺陷相關(guān)性，分析判斷外延缺陷來(lái)自于外延工藝、外延前半導(dǎo)體制造工藝還是半導(dǎo)體襯底。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，包括
一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底的一部分表面形成有一外延生長(zhǎng)區(qū)域，暴露出一阻擋層保護(hù)區(qū)域保護(hù)的所述半導(dǎo)體襯底的另一部分表面；
一外延層，形成于所述外延生長(zhǎng)區(qū)域上。
進(jìn)一步的，外延缺陷分析結(jié)構(gòu)還包括一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別形成于所述外延生長(zhǎng)區(qū)域中以及部分所述阻擋層保護(hù)區(qū)域中。
進(jìn)一步的，對(duì)于雙極型電路所用的半導(dǎo)體襯底為〈111〉晶向的P型半導(dǎo)體襯底。
進(jìn)一步的,所述外延層的厚度為I lOOum。
進(jìn)一步的，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域的圖形的橫向和縱向的最小尺寸均大于外延層厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟
提供一半導(dǎo)體襯底；
在所述半導(dǎo)體襯底上形成一阻擋層；
去除部分阻擋層，形成一阻擋層保護(hù)區(qū)域以及在暴露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成一外延生長(zhǎng)區(qū)域；
進(jìn)行外延工藝，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域上不生長(zhǎng)外延，所述外延生長(zhǎng)區(qū)域生長(zhǎng)外延， 形成一外延層；
去除所述阻擋層，形成一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的，去除部分阻擋層采用干法或濕法刻蝕，且過(guò)刻控制在10%以內(nèi)。
進(jìn)一步的，所述阻擋層的厚度為3000A 10000A。
進(jìn)一步的，所述阻擋層使用的材料為二氧化硅或氮化硅或多晶硅。
進(jìn)一步的,所述外延層的厚度為I lOOum。
進(jìn)一步的，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域的圖形的橫向和縱向的最小尺寸均大于外延層厚度。
進(jìn)一步的，所述外延工藝采用的參數(shù)為外延氣體為二氯硅烷，摻雜氣體為磷烷， 淀積溫度為1050 1200°C，淀積速率為O. 35um O. 45um/min。
進(jìn)一步的，進(jìn)行外延工藝步驟前，在所述外延生長(zhǎng)區(qū)域中制作一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；去除所述阻擋層步驟后，在部分所述阻擋層保護(hù)區(qū)域中制作所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種外延缺陷的分析方法，包括如下步驟
提供一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)；
對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)處理；
對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)中的阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底和外延生長(zhǎng)區(qū)域中形成的外延層進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比；
判斷形成所述外延層中的外延缺陷來(lái)自于外延工藝、外延前半導(dǎo)體制造工藝、還是半導(dǎo)體襯底。
進(jìn)一步的，所述技術(shù)處理為顯微鏡檢查或掃描電鏡技術(shù)，當(dāng)采用所述顯微鏡檢查時(shí)，采用金相顯微鏡或具有分辨臺(tái)階形貌的顯微鏡。
進(jìn)一步的，所述技術(shù)處理為鉻酸腐蝕工藝時(shí)，所述鉻酸腐蝕工藝采用鉻酸腐蝕液， 腐蝕時(shí)間為10秒 5分鐘。
進(jìn)一步的，缺陷相關(guān)性分析對(duì)比過(guò)程中，對(duì)缺陷點(diǎn)的特征采用正面和側(cè)面結(jié)合的方式進(jìn)行分析確認(rèn)。
進(jìn)一步的，進(jìn)行所述技術(shù)處理步驟后，對(duì)分別形成在所述外延層以及形成在所述阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底上的缺陷種類、數(shù)量、密度、形狀、大小和距離進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比。
由上述技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，包括一半導(dǎo)體襯底和外延層，所述半導(dǎo)體襯底的一部分表面形成有一外延生長(zhǎng)區(qū)域，暴露出一阻擋層保護(hù)區(qū)域保護(hù)的所述半導(dǎo)體襯底的另一部分表面；所述外延層形成于所述外延生長(zhǎng)區(qū)域上。本發(fā)明還提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法，利用在具有阻擋層的半導(dǎo)體襯底上不生長(zhǎng)外延的特性，使外延后在同一半導(dǎo)體襯底上具有生長(zhǎng)形成的外延層和不生長(zhǎng)外延的區(qū)域，去除阻擋層后，在不生長(zhǎng)外延的區(qū)域暴露出半導(dǎo)體襯底。本發(fā)明又提供一種外延缺陷的分析方法，通過(guò)去除阻擋層后，具有阻擋層保護(hù)區(qū)域保護(hù)的半導(dǎo)體襯底由于不生長(zhǎng)外延可以作為半導(dǎo)體襯底的模型，不具有阻擋層的區(qū)域生長(zhǎng)的外延層作為外延生長(zhǎng)的模型，通過(guò)顯微鏡檢查、鉻酸腐蝕工藝、SEM(掃描電鏡)等技術(shù)處理后分析對(duì)比這兩個(gè)區(qū)域的缺陷相關(guān)性，從而分析判斷外延缺陷來(lái)自于外延工藝還是半導(dǎo)體襯底。和現(xiàn)有的外延缺陷分析方法相比， 本發(fā)明的外延缺陷的分析方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.在同一個(gè)樣品上制作外延并保留半導(dǎo)體襯底的一致性，將半導(dǎo)體襯底材料的差異、外延工藝的波動(dòng)以及設(shè)備爐次間的差異等因素規(guī)避；
2.外延缺陷分析采樣過(guò)程中可以對(duì)同一樣品上制作的半導(dǎo)體襯底和外延層一次性完成或取樣個(gè)數(shù)較少，排除了進(jìn)行鉻酸腐蝕工藝時(shí)，由于鉻酸腐蝕液濃度、腐蝕時(shí)間等因素對(duì)不在同一樣品上制造的半導(dǎo)體襯底和外延層造成的波動(dòng)，保證外延缺陷分析的準(zhǔn)確
3.采樣時(shí)使用半導(dǎo)體襯底數(shù)量、產(chǎn)能占用、人力時(shí)間成本明顯低于現(xiàn)有的方法；
4.方法簡(jiǎn)單快捷，具備很強(qiáng)的操作性，可以用于監(jiān)控樣片，甚至還可作為正常的產(chǎn)品片進(jìn)行后續(xù)工藝加工，形成新的產(chǎn)品。


圖I是傳統(tǒng)常見(jiàn)的外延缺陷示意圖2是本發(fā)明外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖3a至圖3e是本發(fā)明外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法示意圖4是本發(fā)明外延缺陷的分析方法的流程示意圖5a是本發(fā)明外延缺陷的分析方法中外延缺陷的側(cè)面示意圖5b是本發(fā)明外延缺陷的分析方法中外延缺陷的正面示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法流程為
SlO :提供一半導(dǎo)體襯底；
Sll :在所述半導(dǎo)體襯底上形成一阻擋層；
S12:去除部分阻擋層，形成一阻擋層保護(hù)區(qū)域以及在暴露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成一外延生長(zhǎng)區(qū)域；
S13 :進(jìn)行外延工藝，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域上不生長(zhǎng)外延，所述外延生長(zhǎng)區(qū)域生長(zhǎng)外延，形成一外延層；
S14 :去除所述阻擋層，形成一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。
以圖2所示的方法流程為例，結(jié)合附圖3a至3e，對(duì)一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
SlO :提供一半導(dǎo)體襯底。
參見(jiàn)圖3a，提供一半導(dǎo)體襯底31，所述半導(dǎo)體襯底31可以是硅襯底、鍺硅襯底、 III-V族元素化合物襯底或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本實(shí)施例中采用的是硅襯底。更具體地，本實(shí)施例中采用的硅襯底可以形成有MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管等半導(dǎo)體器件。對(duì)于雙極型電路所用的半導(dǎo)體襯底以〈111〉晶向的P型半導(dǎo)體襯底為主。
Sll :在所述半導(dǎo)體襯底上形成一阻擋層。
參見(jiàn)圖3b，在所述半導(dǎo)體襯底31上形成一阻擋層32。所述阻擋層32可以一次生長(zhǎng)而成，也可以結(jié)合具體流程多道工序累積得到。7
具體的，所述阻擋層使用的材料可以為二氧化硅或氮化硅或多晶硅；所述阻擋層的厚度可以為3000人 10000A。因?yàn)閷?duì)于后續(xù)工藝制作質(zhì)量要求很高的外延層時(shí)，通常在外延前會(huì)安排HCL (氯化氫)氣體拋光,HCL氣體拋光的目的是為了將所述半導(dǎo)體襯底31表面隱含的雜質(zhì)和損傷層腐蝕掉，釋放表面應(yīng)力，改善所述半導(dǎo)體襯底31表面的平滑度等來(lái)優(yōu)化所述半導(dǎo)體襯底31的質(zhì)量，如果所述阻擋層32的厚度偏薄，在HCL拋光的過(guò)程中所述阻擋層32被腐蝕光，達(dá)不到阻擋的效果，或是如果HCL氣體拋光時(shí)間長(zhǎng)，也會(huì)增加圖形畸變和降低摻雜濃度。因此，本實(shí)施例中為了驗(yàn)證外延缺陷是否是所述半導(dǎo)體襯底31的原因， 可以不做HCL氣體拋光。
S12:去除部分阻擋層，形成一阻擋層保護(hù)區(qū)域以及在暴露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成一外延生長(zhǎng)區(qū)域。
參見(jiàn)圖3c，在所述阻擋層32上進(jìn)行勻膠、曝光、顯影、刻蝕和去膠等工藝，選擇性地去除部分阻擋層，使剩余的部分阻擋層32形成一阻擋層保護(hù)區(qū)域33a，用以保護(hù)阻擋層保護(hù)區(qū)域33a覆蓋的半導(dǎo)體襯底31，在暴露出的所述半導(dǎo)體襯底31上形成一外延生長(zhǎng)區(qū)域 33b。所述刻蝕可以采用干法或濕法刻蝕，但過(guò)刻控制在10%以內(nèi)，過(guò)刻太多會(huì)使所述半導(dǎo)體襯底31的表面出現(xiàn)損傷。
更進(jìn)一步的，本實(shí)施例中采用濕法刻蝕，可保證所述阻擋層去除區(qū)域暴露出的外延生長(zhǎng)區(qū)域33b的表面較完好的保留住原有半導(dǎo)體襯底31的狀態(tài)。所述阻擋層32使用的材料為二氧化硅時(shí)，濕法刻蝕去除部分阻擋層32采用的是HF(氫氟酸)溶液，不能用緩沖氧化硅腐蝕(buffered oxide etch, B0E)溶液，因?yàn)锽OE溶液在硅片具有損傷、沾污、缺陷時(shí)容易出現(xiàn)腐蝕硅。
更進(jìn)一步的，去除部分阻擋層后，在實(shí)際后續(xù)外延工藝過(guò)程中，因?yàn)樵谑Ｓ嗟乃鲎钃鯇?2到外延生長(zhǎng)區(qū)域33b的邊沿會(huì)生成多晶，聚集的多晶會(huì)積累并從外延邊界往阻擋層上延伸，因此所述阻擋層保護(hù)區(qū)33a的圖形的橫向X和縱向Y(未標(biāo)示)的最小尺寸均大于后續(xù)工藝制作的外延層的厚度，可以保證所述阻擋層保護(hù)區(qū)33a的圖形不會(huì)被聚集的多晶掩蓋。
S13 :進(jìn)行外延工藝，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域上不生長(zhǎng)外延，所述外延生長(zhǎng)區(qū)域生長(zhǎng)外延，形成一外延層。
參見(jiàn)圖3d，進(jìn)行外延工藝，利用在具有所述阻擋層32的半導(dǎo)體襯底31上不生長(zhǎng)外延的特性，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域33a上不生長(zhǎng)外延，而所述外延生長(zhǎng)區(qū)域33b生長(zhǎng)外延，形成一外延層34。因此，使具有所述阻擋層保護(hù)區(qū)域33a上不生長(zhǎng)外延區(qū)34a對(duì)應(yīng)步驟S12 的所述阻擋層保護(hù)區(qū)域33a，其余區(qū)域生長(zhǎng)外延區(qū)34b對(duì)應(yīng)步驟S12的所述外延生長(zhǎng)區(qū)域 33b。
具體的，所述外延工藝采用的參數(shù)為外延氣體為二氯硅烷(SiH2CL2),摻雜氣體為磷烷(PH3)，淀積溫度為1050 1200°C，淀積速率為O. 35um O. 45um/min。利用所述外延工藝形成的外延層的厚度為I lOOum。
更進(jìn)一步的，進(jìn)行外延工藝步驟前，在所述外延生長(zhǎng)區(qū)域33b對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體襯底 31中制作一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以是通過(guò)制作N型埋層和/或P型隔離形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，也可以是通過(guò)制作N阱和P阱而形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，或是通過(guò)制作N型埋層和 /或P型隔離、N阱和P阱而形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
S14 :去除所述阻擋層，形成一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。
參見(jiàn)圖3e，去除所述阻擋層32，形成一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。所述去除所述阻擋層 32的工藝參見(jiàn)步驟S12，在此不再一一贅述?？梢?jiàn)，所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)包括所述半導(dǎo)體襯底31和外延層34，所述半導(dǎo)體襯底31的一部分表面形成有所述外延生長(zhǎng)區(qū)域33b，并暴露出所述阻擋層保護(hù)區(qū)域33a所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底的另一部分表面，所述外延層34形成于所述外延生長(zhǎng)區(qū)域33b上。并且，由于所述阻擋層保護(hù)區(qū)33a的圖形的橫向X和縱向Y(未標(biāo)示)的最小尺寸均大于后續(xù)工藝制作的外延層的厚度，所以，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域33a暴露出的半導(dǎo)體襯底31的圖形的橫向X和縱向Y的最小尺寸也大于外延層的厚度。
更進(jìn)一步的，在所述外延生長(zhǎng)區(qū)域33b對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體襯底31中通過(guò)進(jìn)行N型和/ 或P型摻雜制作的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，除圖形上的區(qū)別外，在后續(xù)的高溫修復(fù)、外延生長(zhǎng)過(guò)程中， 出現(xiàn)的缺陷也是不相同的，所以在去除所述阻擋層步驟后，也可以在所述阻擋層保護(hù)區(qū)域 33a所要保護(hù)的部分半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行相應(yīng)的N型、P型摻雜和/或非摻雜圖形制作所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，后續(xù)可用來(lái)對(duì)比外延后的缺陷情況，這對(duì)分析不同摻雜種類、濃度在外延中的缺陷等具有重要的意義。
根據(jù)提供的所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，參加圖4，本發(fā)明還提供一種外延缺陷的分析方法的流程為
S20 :提供一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)；
S21 :對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)處理；
S22:對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)中的阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底和外延生長(zhǎng)區(qū)域中形成的外延層進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比；
S23 :判斷形成所述外延層中的外延缺陷來(lái)自于外延工藝、外延前半導(dǎo)體制造工藝、還是半導(dǎo)體襯底。
以圖4所示的方法流程為例，結(jié)合附圖3e、附圖5a和附圖5b，對(duì)一種外延缺陷的分析方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
S20 :提供一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。
參見(jiàn)圖3e，提供所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供的外延缺陷分析結(jié)構(gòu)在同一個(gè)樣品上制造獲得，因此，在同一樣品上制作外延并保留了半導(dǎo)體襯底的一致性，將半導(dǎo)體襯底材料的差異、外延工藝的波動(dòng)以及設(shè)備爐次間的差異等因素規(guī)避。
S21 :對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)處理。
對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行顯微鏡檢查、鉻酸腐蝕工藝或掃描電鏡(SEM) 技術(shù)處理。當(dāng)所述技術(shù)處理為顯微鏡檢查時(shí)，所述顯微鏡為金相顯微鏡或具有分辨臺(tái)階形貌的顯微鏡；當(dāng)所述技術(shù)處理為鉻酸腐蝕工藝時(shí)，所述鉻酸腐蝕工藝的參數(shù)為采用三氧化鉻水溶液和氫氟酸的體積比為I : I的鉻酸腐蝕液，所述三氧化鉻水溶液為水和三氧化鉻的體積比為67 33的混合液，腐蝕時(shí)間為10秒 5分鐘。
S22:對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)中的阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底和外延生長(zhǎng)區(qū)域中形成的外延層進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比。
在經(jīng)過(guò)上述技術(shù)處理后，分別在所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)中的阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底和外延生長(zhǎng)區(qū)域中形成的外延層上形成各種類型、數(shù)量、密度、形狀、大小和距離的缺陷點(diǎn)，對(duì)分別形成在所述外延層以及形成在所述阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底上的缺陷種類、數(shù)量、密度、形狀、大小和距離采樣進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比。
由于外延缺陷分析結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)技術(shù)處理后的采樣過(guò)程中，可以對(duì)同一樣品上制作的半導(dǎo)體襯底和外延層一次性完成或取樣個(gè)數(shù)較少，排除了進(jìn)行鉻酸腐蝕工藝時(shí)，由于鉻酸腐蝕液濃度、腐蝕時(shí)間等因素對(duì)不在同一樣品上制造的半導(dǎo)體襯底和外延層造成的波動(dòng)，保證外延缺陷分析的準(zhǔn)確性。
此外，對(duì)同一樣品上的半導(dǎo)體襯底和外延層進(jìn)行采樣和對(duì)不在同一樣品上的半導(dǎo)體襯底和外延層進(jìn)行采樣時(shí)，使用的半導(dǎo)體襯底數(shù)量、產(chǎn)能占用、人力時(shí)間成本明顯低于現(xiàn)有的方法。
S23 :判斷形成所述外延層中的外延缺陷來(lái)自于外延工藝、外延前半導(dǎo)體制造工藝、還是半導(dǎo)體襯底。
在所述缺陷相關(guān)性分析對(duì)比過(guò)程中，可以對(duì)缺陷點(diǎn)的特征采用正面和側(cè)面結(jié)合的方式進(jìn)行分析確認(rèn)，從而判斷形成在所述外延層中的外延缺陷來(lái)自于外延工藝或半導(dǎo)體襯。
具體的,在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖5a所示的缺陷側(cè)面示意圖和圖5b所示的正面示意圖，其中圖5a中的35A為襯底堆垛層錯(cuò)、35B為襯底表面纖維顆粒沾污、35C為外延中發(fā)現(xiàn)堆垛層錯(cuò)、3 為外延中發(fā)現(xiàn)由于纖維顆粒沾污導(dǎo)致的堆垛層錯(cuò)、35E為外延中發(fā)現(xiàn)的角錐體缺陷和35F為外延中發(fā)現(xiàn)的堆垛層錯(cuò)分別對(duì)應(yīng)圖5b中的缺陷點(diǎn)35a、缺陷點(diǎn)35b、缺陷點(diǎn) 35c、缺陷點(diǎn)35d、缺陷點(diǎn)35e和缺陷點(diǎn)35f。
具體的，外延缺陷分析中，如果在本發(fā)明外延缺陷分析結(jié)構(gòu)上，通過(guò)技術(shù)處理后分析對(duì)比，如上所述的堆垛層錯(cuò)缺陷中，相同的腐蝕條件下，缺陷點(diǎn)35a、缺陷點(diǎn)35c、缺陷點(diǎn) 35f同時(shí)出現(xiàn)，且缺陷點(diǎn)35c的圖形大于缺陷點(diǎn)35a的圖形，同時(shí)缺陷點(diǎn)35c的圖形大于缺陷點(diǎn)35f，側(cè)面觀察35C的延伸線很長(zhǎng)直到所述半導(dǎo)體襯底31，但35F延伸有限且較遠(yuǎn)離所述半導(dǎo)體襯底31，這樣就可以判斷所述半導(dǎo)體襯底31本身存在缺陷點(diǎn)35a，且缺陷點(diǎn)35c 的缺陷由所述半導(dǎo)體襯底31引起，而35F的缺陷很大程度上可排除是由所述半導(dǎo)體襯底31 引入的，缺陷點(diǎn)35f可認(rèn)為和半導(dǎo)體流程中外延前摻雜濃度、退火修復(fù)、清洗、機(jī)械損傷及外延工藝相關(guān)，并且和外延工藝相關(guān)性最大；
具體的，外延缺陷分析中，如果在本發(fā)明外延缺陷分析結(jié)構(gòu)上，通過(guò)技術(shù)處理后分析對(duì)比，相同的腐蝕條件下，缺陷點(diǎn)35b和缺陷點(diǎn)35d同時(shí)出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)相同和類似，側(cè)面再次觀察35B和35D的界限從所述半導(dǎo)體襯底31表面開(kāi)始，可以認(rèn)為所述缺陷點(diǎn)35b和缺陷點(diǎn) 35d不是外延導(dǎo)致，基本和外延前半導(dǎo)體清洗工藝相關(guān)；
具體的，外延缺陷分析中，在本發(fā)明外延缺陷分析結(jié)構(gòu)上，通過(guò)技術(shù)處理后分析對(duì)比，相同的腐蝕條件下，如果所述半導(dǎo)體襯底31上不能腐蝕出但是外延上腐蝕出缺陷，同時(shí)缺陷從側(cè)面也不能發(fā)現(xiàn)有向所述半導(dǎo)體襯底31的延伸，且增加腐蝕時(shí)間后無(wú)沿所述半導(dǎo)體襯底31方向變大的趨勢(shì)，這樣基本可以認(rèn)為缺陷時(shí)外延工藝中導(dǎo)致。如圖5b中所示的角錐體缺陷35e，側(cè)面腐蝕35E也沒(méi)有惡化嚴(yán)重的趨勢(shì)只是一種突起，懷疑的重點(diǎn)應(yīng)該放在在外延工藝條件上，溫度較低、源濃度太濃、生長(zhǎng)速率過(guò)快都會(huì)導(dǎo)致此類缺陷。可見(jiàn)，本發(fā)明外延缺陷的分析方法簡(jiǎn)單快捷，具備很強(qiáng)的操作性。
本實(shí)施例中所列舉的缺陷分析例只是為了使本發(fā)明外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，但不局限于所列舉的缺陷種類和分析的內(nèi)容，具體的外延缺陷種類、構(gòu)造、成因、生成條件、生成位置等非常復(fù)雜，過(guò)程分析需要一系列的分析驗(yàn)證，實(shí)際中對(duì)于缺陷的分析極為復(fù)雜，對(duì)抑制缺陷的研究更是經(jīng)歷長(zhǎng)期的工藝方法、設(shè)備改進(jìn)才達(dá)到目前的外延質(zhì)量水平。
此外，本實(shí)施例中所指出的利用所述阻擋層上不長(zhǎng)外延的特性，而形成的所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)還可以被利用進(jìn)行外延厚度、對(duì)位標(biāo)記、外延畸變量和外延漂移量的測(cè)試方法，用以監(jiān)控樣品。
需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中形成的所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)和外延缺陷的分析方法可作為外延檢測(cè)樣片和測(cè)試外延質(zhì)量的方法，甚至可作為產(chǎn)品片進(jìn)行加工，且本發(fā)明適用于半導(dǎo)體制造中常見(jiàn)的外延生長(zhǎng)工藝，包括硅，鍺等的外延生長(zhǎng)。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底的一部分表面形成有一外延生長(zhǎng)區(qū)域，暴露出一阻擋層保護(hù)區(qū)域保護(hù)的所述半導(dǎo)體襯底的另一部分表面； 一外延層，形成于所述外延生長(zhǎng)區(qū)域上。
2.如權(quán)利要求I所述的外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別形成于所述外延生長(zhǎng)區(qū)域中以及部分所述阻擋層保護(hù)區(qū)域中。
3.如權(quán)利要求I所述的外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，對(duì)于雙極型電路所用的半導(dǎo)體襯底為〈111〉晶向的P型半導(dǎo)體襯底。
4.如權(quán)利要求I所述的外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外延層的厚度為I lOOum。
5.如權(quán)利要求I所述的外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域的圖形的橫向和縱向的最小尺寸均大于外延層厚度。
6.一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟 提供一半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一阻擋層； 去除部分阻擋層，形成一阻擋層保護(hù)區(qū)域以及在暴露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成一外延生長(zhǎng)區(qū)域； 進(jìn)行外延工藝，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域上不生長(zhǎng)外延，所述外延生長(zhǎng)區(qū)域生長(zhǎng)外延，形成一外延層； 去除所述阻擋層，形成一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，去除部分阻擋層采用干法或濕法刻蝕，且過(guò)刻控制在10%以內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述阻擋層的厚度為3000人 IOOOOL
9.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述阻擋層使用的材料為二氧化硅或氮化硅或多晶硅。
10.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述外延層的厚度為I lOOum。
11.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述阻擋層保護(hù)區(qū)域的圖形的橫向和縱向的最小尺寸均大于外延層厚度。
12.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述外延工藝采用的參數(shù)為外延氣體為二氯硅烷，摻雜氣體為磷烷，淀積溫度為1050 1200°C，淀積速率為O. 35um O.45um/min。
13.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，進(jìn)行外延工藝步驟前，在所述外延生長(zhǎng)區(qū)域中制作一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；去除所述阻擋層步驟后，在部分所述阻擋層保護(hù)區(qū)域中制作所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
14.一種外延缺陷的分析方法,包括如下步驟 提供一外延缺陷分析結(jié)構(gòu)； 對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)處理； 對(duì)所述外延缺陷分析結(jié)構(gòu)中的阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底和外延生長(zhǎng)區(qū)域中形成的外延層進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比；判斷形成所述外延層中的外延缺陷來(lái)自于外延工藝、外延前半導(dǎo)體制造工藝、還是半導(dǎo)體襯底。
15.如權(quán)利要求14所述的外延缺陷的分析方法，其特征在于，所述技術(shù)處理為顯微鏡檢查或掃描電鏡技術(shù)，當(dāng)采用所述顯微鏡檢查時(shí)，采用金相顯微鏡或具有分辨臺(tái)階形貌的顯微鏡。
16.如權(quán)利要求14所述的外延缺陷的分析方法，其特征在于，所述技術(shù)處理為鉻酸腐蝕工藝時(shí),所述鉻酸腐蝕工藝采用鉻酸腐蝕液,腐蝕時(shí)間為10秒 5分鐘。
17.如權(quán)利要求15至16中任意一項(xiàng)所述的外延缺陷的分析方法，其特征在于，缺陷相關(guān)性分析對(duì)比過(guò)程中，對(duì)缺陷點(diǎn)的特征采用正面和側(cè)面結(jié)合的方式進(jìn)行分析確認(rèn)。
18.如權(quán)利要求15至16中任意一項(xiàng)所述的外延缺陷的分析方法，其特征在于，進(jìn)行所述技術(shù)處理步驟后，對(duì)分別形成在所述外延層以及形成在所述阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底上的缺陷種類、數(shù)量、密度、形狀、大小和距離進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比。
全文摘要
本發(fā)明提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體襯底的一部分表面形成有外延生長(zhǎng)區(qū)域，暴露出阻擋層保護(hù)區(qū)域保護(hù)的半導(dǎo)體襯底的另一部分表面；外延層，形成于外延生長(zhǎng)區(qū)域上。本發(fā)明還提供一種外延缺陷分析結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明又提供一種外延缺陷的分析方法，對(duì)外延缺陷分析結(jié)構(gòu)中的阻擋層保護(hù)區(qū)域所保護(hù)的半導(dǎo)體襯底和外延生長(zhǎng)區(qū)域中形成的外延層進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比，判斷形成外延層中的外延缺陷來(lái)自于外延工藝、外延前半導(dǎo)體制造工藝、還是半導(dǎo)體襯底，避免進(jìn)行缺陷相關(guān)性分析對(duì)比時(shí)，形成有外延的半導(dǎo)體襯底與未做外延的半導(dǎo)體襯底不是同一半導(dǎo)體襯底，導(dǎo)致在材料選取和外延加工過(guò)程中所選取樣品存在不完全一致的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102931118SQ20121049652
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者楊彥濤, 趙仲鏞, 蔣敏, 蔣墨染, 謝波 申請(qǐng)人:杭州士蘭集成電路有限公司, 成都士蘭半導(dǎo)體制造有限公司