外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，包括:一半導(dǎo)體襯底；監(jiān)控窗口，由所述半導(dǎo)體襯底的表面形成，所述監(jiān)控窗口具有特征尺寸大小分別相等的第二開口和用于間隔所述第二開口的第二間距區(qū)，所述第二間距區(qū)與所述第二開口的表面具有臺(tái)階差；測試結(jié)構(gòu)，采用外延工藝在所述監(jiān)控窗口上形成，所述測試結(jié)構(gòu)具有第三開口和位于所述第三開口間的第三間距區(qū)，所述第三開口和第三間距區(qū)的圖形數(shù)據(jù)為沿外延畸變的方向的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型通過所述外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)使外延溫度的監(jiān)控簡單高效、操作性強(qiáng)，可迅速有效地監(jiān)控外延溫度，以減少由于溫度偏差導(dǎo)致的產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說明】外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路制造工藝中，夕卜延工藝(Epitaxy)是指在具有一定晶向的襯底上、在一定的條件下采用化學(xué)氣相沉積等方法，沿著襯底原來的結(jié)晶軸方向，生長出導(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程，這層單晶體層叫做外延層。
[0003]根據(jù)晶體學(xué)平面生長的平面異性，新生長的單晶體層必須嚴(yán)格沿著襯底的原有結(jié)晶軸方向依次排序生長。在外延層形成的前道工藝中，埋層(NBL或BL)退火過程中因氧化引起的表面不連續(xù)狀態(tài)也會(huì)在外延淀積時(shí)向上傳播，外延淀積完成后形成的外延層表面出現(xiàn)的不連續(xù)位置相對(duì)外延層下的埋層不連續(xù)位置發(fā)生圖形變形，此圖形變形稱為外延畸變(Pattern distortion)。
[0004]外延畸變受襯底晶向、生長溫度、生長速率、生長源、氣體選擇、外延設(shè)備和腔體溫度等影響。在實(shí)際的外延工藝中，對(duì)于〈111〉晶向的硅單晶襯底，定位面一般取〈100〉方向，在平行于定位面的橫向發(fā)生外延漂移(Pattern shift)的同時(shí)也存在畸變,但橫向主要體現(xiàn)為外延漂移，而縱向主要體現(xiàn)為外延畸變。外延畸變隨著外延溫度的增加而減少，而且外延溫度越高，加工溫度的波動(dòng)對(duì)外延畸變的影響越大。
[0005]外延淀積過程中，溫度的檢測均是通過熱電偶檢測外延爐管內(nèi)的溫度，并反饋到溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)再通過加熱板進(jìn)行加熱功率多少的控制。熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)原理進(jìn)行溫度測量的，熱電偶測量的基本原理是兩種不同成分的材質(zhì)導(dǎo)體兩端接合組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢稱為熱電勢。其中，兩種不同成分的材質(zhì)導(dǎo)體均為熱電極，直接用作測量介質(zhì)溫度的、溫度較高的一端叫做工作端(也稱為測量端)，與顯示儀表或配套儀表連接的、溫度較低的另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端)，顯示儀表或配套儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。然后熱電偶產(chǎn)生的熱電勢通過溫度控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。由于熱電偶的材料一般都比較貴重，而工作端到顯示儀表或配套儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用延伸導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端。但需要指出的是，熱電偶延伸導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端上，其本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。
[0006]因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度對(duì)測溫的影響，這個(gè)修正值因工藝水平、設(shè)備型號(hào)、熱電偶材料等不同，存在較大的誤差，校準(zhǔn)只是相對(duì)的。特別是在半導(dǎo)體制造過程中，對(duì)外延爐管的保養(yǎng)、維修后均需要對(duì)設(shè)備的恒溫區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，常規(guī)的方法是使用專用的基座，基座不同位置上面安裝熱電偶測出溫度，測出溫度差異后，通過溫度控制系統(tǒng)對(duì)加熱板進(jìn)行輸出功率調(diào)整，調(diào)整溫度合格后，再將專用基座拆出，才開始工藝參數(shù)如膜厚、電阻率的驗(yàn)證。其過程復(fù)雜，成本較高，再加上熱電偶誤差、溫控參數(shù)設(shè)置誤差等因素，外延的實(shí)際溫度存在不準(zhǔn)確性。
[0007]外延工藝一般采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶定期的校準(zhǔn)來減少熱電偶間的誤差。由于熱電偶間的差別，通常還會(huì)出現(xiàn)顯示溫度和實(shí)際溫度不一致的情況，會(huì)增加工作條件選錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。由于熱電偶工作端的損耗，熱磁效應(yīng)不敏感，再加上補(bǔ)償導(dǎo)線修正的誤差，外延工藝的溫度會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間處于偏高或者偏低的情況，也可能熱電偶功能會(huì)出現(xiàn)持續(xù)衰減，如果未在熱電偶檢測周期發(fā)現(xiàn)溫度的變化，將會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成風(fēng)險(xiǎn)。外延工藝中通常監(jiān)控的外延厚度、電阻率在溫度偏差較小的情況下無法出現(xiàn)報(bào)警，如果在產(chǎn)品參數(shù)上也不能及時(shí)調(diào)整，將會(huì)造成大批量產(chǎn)品的質(zhì)量異常。為了避免熱電偶檢測周期內(nèi)出現(xiàn)熱電偶不能及時(shí)監(jiān)控外延溫度變化的問題，一般只有采用增加熱電偶校準(zhǔn)和更換熱電偶的頻率來減少溫度偏差的風(fēng)險(xiǎn)，但由于熱電偶更換頻繁成本較高，熱電偶校準(zhǔn)過程復(fù)雜，所以對(duì)成本和產(chǎn)能影響很大。
[0008]在特定的外延條件下，對(duì)于半導(dǎo)體制造中極為重要的外延工藝，特別在高溫工藝中，溫度的誤差往往不能超過5度。溫度的輕微變化對(duì)外延畸變量影響非常明顯，研究外延畸變和溫度變化的關(guān)系，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的是提供一種外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，使外延溫度的監(jiān)控簡單高效、操作性強(qiáng)，可迅速有效地監(jiān)控外延溫度，以減少由于溫度偏差導(dǎo)致的產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，包括:
[0011]一半導(dǎo)體襯底；
[0012]監(jiān)控窗口，由所述半導(dǎo)體襯底的表面形成，所述監(jiān)控窗口具有特征尺寸大小分別相等的第二開口和用于間隔所述第二開口的第二間距區(qū)，所述第二間距區(qū)與所述第二開口的表面具有臺(tái)階差；
[0013]測試結(jié)構(gòu)，采用外延工藝在所述監(jiān)控窗口上形成，所述測試結(jié)構(gòu)具有第三開口和位于所述第三開口間的第三間距區(qū)，所述第三開口和第三間距區(qū)的圖形數(shù)據(jù)為沿外延畸變的方向的數(shù)據(jù)。
[0014]進(jìn)一步的，形成所述監(jiān)控窗口之前，在所述半導(dǎo)體襯底上還形成有一介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中具有監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口，所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口包括第一開口和位于所述第一開口間的第一間距區(qū)，所述第一開口的特征尺寸大小相等且暴露出所述半導(dǎo)體襯底的表面，所述介質(zhì)層存在的區(qū)域形成的所述第一間距區(qū)的特征尺寸大小相等。
[0015]進(jìn)一步的，形成所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口之后，所述第一開口中暴露出的半導(dǎo)體襯底的表面上還具有氧化層。
[0016]進(jìn)一步的，去除所述氧化層和介質(zhì)層之后，再形成有所述監(jiān)控窗口。
[0017]進(jìn)一步的，所述第二開口對(duì)應(yīng)于所述第一開口的位置處，所述第二間距區(qū)對(duì)應(yīng)于所述第一間距區(qū)的位置處。
[0018]進(jìn)一步的，所述第二開口至少具有兩個(gè)。
[0019]進(jìn)一步的，所述第二開口的特征尺寸大小和第二間距區(qū)的特征尺寸大小具有相同值。
[0020]進(jìn)一步的，所述監(jiān)控窗口沿所述第三開口和第三間距區(qū)發(fā)生外延畸變的方向排列。
[0021]進(jìn)一步的，所述測試結(jié)構(gòu)的厚度為1μπι?100μπι。
[0022]進(jìn)一步的，每次所述外延工藝的溫度變更后所形成的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)中，所述圖形數(shù)據(jù)為不同。
[0023]由上述技術(shù)方案可見，本實(shí)用新型公開的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，包括:一半導(dǎo)體襯底；監(jiān)控窗口，由所述半導(dǎo)體襯底的表面形成，所述監(jiān)控窗口具有特征尺寸大小分別相等的第二開口和用于間隔所述第二開口的第二間距區(qū)，所述第二間距區(qū)與所述第二開口的表面具有臺(tái)階差；測試結(jié)構(gòu)，采用外延工藝在所述監(jiān)控窗口上形成，所述測試結(jié)構(gòu)具有第三開口和位于所述第三開口間的第三間距區(qū)，所述第三開口和第三間距區(qū)的圖形數(shù)據(jù)為沿外延畸變的方向的數(shù)據(jù)。由于本實(shí)用新型通過對(duì)外延工藝后形成的測試結(jié)構(gòu)中的第三開口的大小和第三間距區(qū)的間距進(jìn)行測量，并將測試后獲得的圖形數(shù)據(jù)處理后，反映出外延畸變的程度，再根據(jù)外延畸變和外延溫度的關(guān)系，形成關(guān)系圖或關(guān)系式，本實(shí)用新型所形成的外延畸變和溫度的關(guān)系清晰，不受常規(guī)外延溫度測試中熱偶等誤差波動(dòng)的影響，可從外延畸變的量直接反應(yīng)溫度的變化情況，流程簡單有效。
[0024]此外，本實(shí)用新型提供的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)可以和產(chǎn)品片的制備整合在一起，具有較聞的精準(zhǔn)性和可實(shí)施性。
[0025]另外，本實(shí)用新型提供的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)還可作為外延設(shè)備保養(yǎng)、維修后設(shè)備恢復(fù)時(shí)驗(yàn)證使用，可以作為日常工藝設(shè)備的監(jiān)控樣片使用，也可以在和外延相關(guān)的失效分析時(shí)使用，和現(xiàn)有手段相比，成本較低，運(yùn)用范圍更為廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例中的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖；
[0027]圖2a至2d是圖1所示的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)的形成方法的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是圖1所示的在P型〈111〉晶向、沿〈110〉方向傾斜4度的半導(dǎo)體襯底上形成的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)上，對(duì)獲得的圖形數(shù)據(jù)處理后對(duì)應(yīng)外延工藝的溫度做出的關(guān)系圖或關(guān)系式的實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0030]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0031]下面以圖1所示的制作流程為例，結(jié)合附圖2a至2d和圖3，對(duì)一種外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)的形成方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]在步驟I中，參見圖2a，提供一半導(dǎo)體襯底30，在所述半導(dǎo)體襯底30上制作一介質(zhì)層31。
[0033]其中，所述半導(dǎo)體襯底30可以是硅襯底、鍺硅襯底、II1- 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)施例中采用的半導(dǎo)體襯底30，可以是形成雙極型晶體管等半導(dǎo)體器件的P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底，或者是形成M0S、BCD等功率集成器件的〈100〉晶向的半導(dǎo)體襯底。
[0034]其中，由氧化物、氮化物、氮氧化物或多晶硅等任意一種材料形成的所述介質(zhì)層31可以避免氧化，其厚度為2000A?10000A。由于所述介質(zhì)層31的掩蔽效果直接影響到后續(xù)的監(jiān)控窗口中具有的臺(tái)階的高度，因此如所述介質(zhì)層31的掩蔽效果越好，可以得到更高的臺(tái)階差，更利于分辨在監(jiān)控窗口后續(xù)制作的測試結(jié)構(gòu)。在本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例中，所述介質(zhì)層31采用二氧化硅層，為了得到更好的掩蔽效果和臺(tái)階差，所述二氧化硅層的厚度大于等于3000 A。
[0035]在步驟2中，參見圖2b，在所述介質(zhì)層31上通過勻膠、曝光、刻蝕、去膠等工藝步驟，形成監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口，所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口包括第一開口和第一間距區(qū)，即在選擇性去除介質(zhì)層31的位置處形成特征尺寸大小相等且暴露出所述半導(dǎo)體襯底30的表面的第一開口，而在選擇不去除介質(zhì)層31的位置處形成特征尺寸大小也相等且用于間隔所述第一開口的第一間距區(qū)。所述第一開口均相等以及所述第一間距區(qū)均相等表示，如溫度數(shù)據(jù)采樣較多，也即是當(dāng)?shù)谝婚_口較多的情況下，就可以按本實(shí)施例采集較多的第二開口和第三開口，這些值較多的情況下，所算的平均值就更精確，如將測試的I組數(shù)據(jù)與測試的10組數(shù)據(jù)的平均值相比，從統(tǒng)計(jì)學(xué)上看，10組數(shù)據(jù)的平均值更精確，因此可以最準(zhǔn)確的獲得后續(xù)制作的第三開口(X6、X8、X10)和第三間距區(qū)(X7、X9)測試的平均值。
[0036]具體的，所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口沿后續(xù)采用外延工藝制作的測試結(jié)構(gòu)所發(fā)生外延畸變的方向排列，如采用P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底，則在所述P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底上形成的測試結(jié)構(gòu)所發(fā)生的外延畸變主要體現(xiàn)在Y方向。
[0037]具體的，所述第一開口至少兩個(gè)，優(yōu)選三個(gè)，而用于間隔所述第一開口的第一間距區(qū)至少一個(gè)，優(yōu)選兩個(gè)。如此在測試所述第一開口及第一間距區(qū)的特征尺寸(此處指寬度)大小時(shí)，可以分別取測試的平均值，減少測試誤差。
[0038]所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口中形成的第一開口分別為32a、32c、32e，則所述第一開口 32a、32c、32e在所述Y方向的寬度分別為X1、X3、X5，且對(duì)應(yīng)所述Y方向的寬度X1=X3=X5 ;此外，所述第一開口 32a、32c、32e的特征尺寸大小為大于等于lOum。在所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口中形成的第一間距區(qū)分別為32b、32d，所述32b分別為第一開口 32a與32c的第一間距區(qū)，所述32d分別為第一開口 32c與32e的第一間距區(qū)，所述第一間距區(qū)32b、32d在所述Y方向的寬度分別為X2、X4，且對(duì)應(yīng)所述Y方向的寬度X2=X4 ;此外，所述第一間距區(qū)32b、32d的特征尺寸大小為大于等于10um。所述32a、32b、32c、32d、32e的特征尺寸大小均大于等于IOum,是由于在后續(xù)外延工藝過程中受所述半導(dǎo)體襯底30的晶向偏差、外延生長溫度和速率的波動(dòng)的影響，如所述第一開口和第一間距區(qū)過小會(huì)容易出現(xiàn)圖形區(qū)界限不明顯，其各自對(duì)應(yīng)的特征尺寸大小的測試會(huì)不準(zhǔn)確。在本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例中，所述第一開口的特征尺寸大小和第一間距區(qū)的特征尺寸大小優(yōu)選相同值，這樣更利于準(zhǔn)確的獲得測試的平均值，減少測試誤差，從而更利于后期監(jiān)控時(shí)對(duì)比使用。
[0039]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層31刻蝕時(shí)可以選擇濕法或者干法刻蝕，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中選擇的是干法刻蝕，干法刻蝕更利于形成較佳形貌，圖形邊界更清晰。
[0040]在步驟3中，參見圖2c，首先，根據(jù)氧化層生長理論，每生長1000 A的二氧化硅需要消耗0.46倍也即460 A的硅，利用所述介質(zhì)層31不長氧化層或者在所述介質(zhì)層31覆蓋的半導(dǎo)體襯底30上氧化層生長較少而消耗的硅(此處的硅是指如所述半導(dǎo)體襯底30為硅襯底)也較少的原理，在所述第一開口所暴露出的半導(dǎo)體襯底30上會(huì)發(fā)生部分被消耗掉的現(xiàn)象而生長出氧化層(圖中未示)，從而出現(xiàn)一高度差，所述高度差即為所述第一開口在氧化層生長中消耗硅之后和未刻開的區(qū)域(所述第一間距區(qū))相比出現(xiàn)的高度差。
[0041]具體的，所述氧化層生長可以是含干氧、濕氧等氧氣氣氛的氧化層生長工藝，也可以結(jié)合器件集成工藝采用含氮?dú)?、氫氣退火但包含氧氣氣氛的退火工藝。所述氧化層生長的厚度為丨500A?丨0000A ,是為了保證后續(xù)出現(xiàn)的臺(tái)階差h2能滿足測試時(shí)分辨臺(tái)階區(qū)域。
[0042]其次，再去除所有所述介質(zhì)層31和氧化層，所述半導(dǎo)體襯底30上不存在其他物質(zhì)，從而在所述半導(dǎo)體襯底30的表面上形成監(jiān)控窗口，所述監(jiān)控窗口具有第二開口和用于間隔所述第二開口的第二間距區(qū)，所述第二開口正是去除所述氧化層形成的，故所述第二開口的特征尺寸大小與所述第一開口的特征尺寸大小相等，所述第二間距區(qū)正是去除所述介質(zhì)層形成的，故所述第二間距區(qū)的特征尺寸大小與所述第一間距區(qū)的特征尺寸大小相等，則所述第二間距區(qū)的表面與所述第二開口的表面具有臺(tái)階差hl，且每一所述臺(tái)階差hi的存在位置與一所述高度差的位置一一對(duì)應(yīng)。
[0043]具體的，圖2c中所示的第二開口 33a、33c、33e分別和圖2b中示出的第一開口32a、32c、32e對(duì)應(yīng)；圖2c中所示的第二間距區(qū)33b、33d分別和圖2b中示出的第一間距區(qū)32b、32d 對(duì)應(yīng)。
[0044]具體的，在步驟2到3之間，可以根據(jù)產(chǎn)品的特性，所述外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)可以任意選擇做埋層或者隔離層，對(duì)本實(shí)用新型的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)均不會(huì)產(chǎn)生任何影響。
[0045]在步驟4中，參見圖2d,采用外延工藝生長外延層34,所述外延層34用于在所述監(jiān)控窗口上形成一測試結(jié)構(gòu)，所述測試結(jié)構(gòu)具有第三開口和位于所述第三開口間的第三間距區(qū)。
[0046]具體的，圖2d中示出的第三開口 34a、34c、34e分別和圖2c中示出的33a、33c、33e對(duì)應(yīng)，即也分別和圖2b中示出的32a、32c、32e對(duì)應(yīng)；圖2d中示出的第三間距區(qū)34b、34d分別和圖2c中示出的33b、33d對(duì)應(yīng)，即也分別和圖2b中示出的32b、32d對(duì)應(yīng)。因此，圖2d中示出的34a、34b、34c、34d、34e的特征尺寸大小(此處為寬度)分別為X6、X7、X8、X9、X10，分別和外延前圖2b中示出的乂132、乂334、乂5對(duì)應(yīng)。
[0047]具體的，所述外延工藝采用SiH2CL2摻PH3的氣體，淀積溫度為1050?1200°C，淀積速率在0.35um?0.45um/min之間，淀積的測試結(jié)構(gòu)的厚度在Ium?IOOum之間。
[0048]在所述外延工藝過程中，溫度越低，淀積速率越高，外延厚度越厚，外延生長的壓力越低，則增加硅源中氯離子的數(shù)目對(duì)于P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底30而言，可以減少外延的相對(duì)畸變量，但溫度低，生長速率高，外延厚度厚又會(huì)導(dǎo)致外延漂移增加，產(chǎn)生對(duì)位難度，所以需要綜合考慮到同種設(shè)備之間、不同型號(hào)不同工廠、不同工藝之間存在的差別后才可能確定需要的具體外延生長條件。[0049]此外，對(duì)于P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底30，根據(jù)晶體生長原理，垂直定位面的方向外延畸變非常嚴(yán)重，為了減輕外延畸變的嚴(yán)重程度，所述P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底30還采取沿定位面〈110〉方向傾斜I?4度來減輕畸變，通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)于P型〈111〉晶向的半導(dǎo)體襯底30 —般選擇沿定位面〈110〉方向傾斜4度,可以有效減少外延漂移和外延畸變量，同時(shí)對(duì)外延缺陷比如角錐體等可得到有效的抑制作用。對(duì)于MOS、BCD器件中常用的<100>晶向的半導(dǎo)體襯底30，如果半導(dǎo)體襯底30是嚴(yán)格的〈100〉晶向，通常情況下是不會(huì)出現(xiàn)外延畸變的。
[0050]但是，在實(shí)際加工過程中，由于半導(dǎo)體襯底供應(yīng)商工藝波動(dòng)或者失誤問題的存在，硅片切割角度偏差0.5度后對(duì)于外延畸變來說差別是非常明顯的，再加上外延加工過程中，外延溫度、生長速率、腔體壓力、厚度等波動(dòng)，在外延的畸變量上可以較明顯的體現(xiàn)出來。
[0051]具體的，以雙極產(chǎn)品中常用的P型〈111〉晶向沿定位面〈110〉方向傾斜4度的半導(dǎo)體襯底為例，圖2d中存在臺(tái)階差的34a、34c、34e和外延前圖2b中32a、32c、32e相比，Y方向出現(xiàn)的畸變是等比例變大，也即X6、X8、X10>X1、X3、X5，則圖2d中的第三間距區(qū)34b、34d 變窄，也即 X7、X9〈X2、X4。
[0052]正因?yàn)檫@些綜合因素的存在，導(dǎo)致所述監(jiān)控窗口中的第二開口和第二間距區(qū)在外延工藝中發(fā)生畸變，即圖2d示出的存在臺(tái)階差h2的34a、34c、34e對(duì)應(yīng)圖2c中的存在臺(tái)階差hi的33a、33c、33e沿Y方向發(fā)生畸變，也即對(duì)應(yīng)圖2b示出的32a、32c、32e沿Y方向發(fā)
生畸變。
[0053]由此，所述監(jiān)控窗口的圖形在外延工藝獲得的測試結(jié)構(gòu)中，沿Y方向發(fā)生了畸變，通過所述測試結(jié)構(gòu)獲得沿所述第三開口和第三間距區(qū)在發(fā)生外延畸變方向的圖形數(shù)據(jù)。而所述圖形數(shù)據(jù)的獲得可采用光學(xué)顯微鏡測量，或電子顯微鏡進(jìn)行拍照后經(jīng)過圖像處理進(jìn)行精確測量，或采用臺(tái)階儀進(jìn)行測量。
[0054]在步驟5中，理論上X6=X8=X10，X7=X9，但實(shí)際中存在誤差，故分別測試X6、X8、X10，取這三個(gè)值的平均值即可以得到較為精確的存在臺(tái)階差h2的所述第三開口在Y方向的寬度值，可以預(yù)計(jì)的，存在臺(tái)階差h2的所述第三開口越多，存在臺(tái)階差h2的第三開口在Y方向的寬度值計(jì)算的平均值可以更為精確；同理，存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)在Y方向的寬度值Tl、X9也需要計(jì)算平均值，同時(shí)存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)的圖形越多，則存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)在Y方向上計(jì)算寬度平均值越精確。然后，測試得到存在臺(tái)階差h2的第三開口在Y方向的平均寬度值和存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)在Y方向的平均寬度值，兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相除。
[0055]在其它所述外延條件不變的情況下，只變更所述外延工藝中的溫度，重復(fù)操作步驟1-4，將每次獲得的圖形數(shù)據(jù)處理后分別對(duì)應(yīng)變更后的所述外延工藝的溫度做相關(guān)性，可以做出關(guān)系圖或關(guān)系式，形成監(jiān)控手段，則產(chǎn)生所述外延工藝的溫度的爐管在后期保養(yǎng)、維修或檢測方面需重新檢測溫度時(shí)，將實(shí)際溫度值與所述相關(guān)性進(jìn)行比較，推測所述爐管的實(shí)際溫度。
[0056]同理，還可以對(duì)和外延畸變關(guān)系明顯的外延生長速率、腔體壓力等做相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行步驟4，并將步驟5中的圖形數(shù)據(jù)處理后與各自的外延生長速率、腔體壓力做相關(guān)性，同樣可以找出關(guān)系圖或關(guān)系式，形成監(jiān)控手段。[0057]當(dāng)然，也可以同時(shí)變更與外延關(guān)系明顯的外延溫度、生長速率、腔體壓力實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行步驟4，并將步驟5中的圖形數(shù)據(jù)處理后與外延溫度、生長速率、腔體壓力進(jìn)行相關(guān)性分析，找出關(guān)系圖或關(guān)系式，以形成監(jiān)控手段。
[0058]由于外延生長速率和腔體壓力等參數(shù)穩(wěn)定性較好，可以用較有效的手段得到較可信的數(shù)據(jù)，外延溫度的誤差相對(duì)較大，也可以根據(jù)具體設(shè)備、廠家、工藝水平、設(shè)備穩(wěn)定狀態(tài)等，采用本方法制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，得到相關(guān)的關(guān)系圖或關(guān)系式，形成監(jiān)控手段。
[0059]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例在P型〈111〉晶向沿定位面〈110〉方向傾斜4度的半導(dǎo)體襯底為例，對(duì)外延溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，得到的外延畸變和外延溫度的關(guān)系圖。
[0060]具體的，圖3中存在臺(tái)階差h2的第三開口采用兩個(gè)(X6和X8)，其沿Y方向的寬度為8um，存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)只有一個(gè)(X7)，其沿Y方向的寬度為24um;所述介質(zhì)層采用的是6000 ιΑ的二氧化硅；所述氧化層生長采用1200度生長3000 A的二氧化硅，臺(tái)階差hi約為750 A ;所述外延工藝的淀積速率為0.4um/min，其外延淀積的測試結(jié)構(gòu)的厚度為 3um。
[0061]從圖3中可以看出，外延溫度越高，存在臺(tái)階差h2的第三開口在Y方向的平均寬度值和存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)在Y方向的平均寬度值之間的比值會(huì)越低，說明外延溫度越高外延畸變?cè)叫?。通過有限次的實(shí)驗(yàn)后，就可以得到一組具有強(qiáng)烈趨勢性的關(guān)系圖，從而得到較精確的外延溫度和外延畸變關(guān)系式。
[0062]優(yōu)選的，將條件做極限化設(shè)置，之后得到的存在臺(tái)階差h2的監(jiān)控圖形在Y方向的平均寬度值和存在臺(tái)階差h2的第三間距區(qū)在Y方向的平均寬度值之間的比值，設(shè)置成規(guī)格線，之后采用趨勢統(tǒng)計(jì)等工具監(jiān)控。
[0063]因此，在得到較精確的關(guān)系式后，本實(shí)用新型提供的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)可作為外延設(shè)備保養(yǎng)、維修后設(shè)備恢復(fù)時(shí)驗(yàn)證使用，也可以作為日常工藝設(shè)備的監(jiān)控樣片使用，還可以在和外延相關(guān)的失效分析時(shí)使用，采用本實(shí)用新型得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)比趨勢圖，如果超出規(guī)格，則進(jìn)一步分析研究，鎖定超出規(guī)格的原因。和現(xiàn)有手段相比，成本較低，運(yùn)用范圍更為廣泛。本實(shí)用新型通過對(duì)理論分析和實(shí)際測試結(jié)果可知，得到用外延畸變的程度來反映外延溫度的變化情況，在實(shí)際中證明是可行的。
[0064]由本實(shí)用新型的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)的形成方法所制備的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)包括:一半導(dǎo)體襯底；監(jiān)控窗口，由所述半導(dǎo)體襯底的表面形成，所述監(jiān)控窗口具有特征尺寸大小分別相等的第二開口和用于間隔所述第二開口的第二間距區(qū)，所述第二間距區(qū)與所述第二開口的表面具有臺(tái)階差；測試結(jié)構(gòu)，采用外延工藝在所述監(jiān)控窗口上形成，所述測試結(jié)構(gòu)具有第三開口和位于所述第三開口間的第三間距區(qū)，所述第三開口和第三間距區(qū)的圖形數(shù)據(jù)為沿外延畸變的方向的數(shù)據(jù)。由此可見，本實(shí)用新型的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)以及形成方法，通過對(duì)外延工藝后形成的測試結(jié)構(gòu)測試監(jiān)控所述第三開口的大小和第三間距區(qū)的大小，并進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)處理后反映出外延畸變的程度，再根據(jù)外延畸變和外延溫度的關(guān)系，形成關(guān)系圖或關(guān)系式，用本實(shí)用新型形成的外延畸變和外延溫度的關(guān)系清晰，不受常規(guī)外延溫度測試中熱偶等誤差波動(dòng)的影響，可從外延畸變的量直接反應(yīng)溫度的變化情況，流程簡單有效。此外，本實(shí)用新型的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)的形成方法可以和產(chǎn)品片的制備整合在一起，具有較高的精準(zhǔn)性和可實(shí)施性。
[0065]本實(shí)用新型雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一半導(dǎo)體襯底； 監(jiān)控窗口，由所述半導(dǎo)體襯底的表面形成，所述監(jiān)控窗口具有特征尺寸大小分別相等的第二開口和用于間隔所述第二開口的第二間距區(qū)，所述第二間距區(qū)與所述第二開口的表面具有臺(tái)階差； 測試結(jié)構(gòu)，采用外延工藝在所述監(jiān)控窗口上形成，所述測試結(jié)構(gòu)具有第三開口和位于所述第三開口間的第三間距區(qū)，所述第三開口和第三間距區(qū)的圖形數(shù)據(jù)為沿外延畸變的方向的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:形成所述監(jiān)控窗口之前，在所述半導(dǎo)體襯底上還形成有一介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中具有監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口，所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口包括第一開口和位于所述第一開口間的第一間距區(qū)，所述第一開口的特征尺寸大小相等且暴露出所述半導(dǎo)體襯底的表面，所述介質(zhì)層存在的區(qū)域形成的所述第一間距區(qū)的特征尺寸大小相等。
3.如權(quán)利要求2所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:形成所述監(jiān)控結(jié)構(gòu)窗口之后，所述第一開口中暴露出的半導(dǎo)體襯底的表面上還具有氧化層。
4.如權(quán)利要求3所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:去除所述氧化層和介質(zhì)層之后，再形成有所述監(jiān)控窗口。
5.如權(quán)利要求4所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二開口對(duì)應(yīng)于所述第一開口的位置處，所述第二間距區(qū)對(duì)應(yīng)于所述第一間距區(qū)的位置處。
6.如權(quán)利要求1所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二開口至少具有兩個(gè)。
7.如權(quán)利要求1所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二開口的特征尺寸大小和第二間距區(qū)的特征尺寸大小具有相同值。
8.如權(quán)利要求1所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述監(jiān)控窗口沿所述第三開口和第三間距區(qū)發(fā)生外延畸變的方向排列。
9.如權(quán)利要求1所述的外延溫度測試監(jiān)控結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述測試結(jié)構(gòu)的厚度為I μ m ?100 μ m。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK203631495SQ201320825704
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】楊彥濤, 蔣敏, 何金祥, 李小鋒, 王柁華, 蘇蘭娟 申請(qǐng)人:杭州士蘭集成電路有限公司