一种晶圆结构及其测试方法与流程

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种晶圆结构及其测试方法。

背景技术：

在igbt，hemt，vcsel，大功率led等功率器件的生产过程中，通常都会氧化晶圆中的金属来限制电流的注入，以此来提高功率器件的效率。在大规模量产功率器件时，要进行氧化工艺的开发调试。现有的氧化工艺的开发调试过程是采用多片该功率器件的外延片分别进行多次氧化试验，每片外延片设有不同金属含量的金属层，以获得不同金属含量的该功率器件的氧化数据。该种调试方法存在着以下问题：该种调试方法在单次调试中只能获得该功率器件一种金属含量的氧化数据，而在大规模量产前的开发调试过程中，往往需要进行几十至几百次试验，则在此开发调试过程中，需要进行多次试验且消耗几十至几百片该功率器件的外延片。其开发调试成本高，所需时间长。同时由于需要进行的试验次数多，在多次试验的过程中可能出现氧化环境的设置误差，这将影响测试结果的准确性。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种晶圆结构及其测试方法，本发明能通过一次测试同时获得多组氧化数据，有效降低了氧化工艺的开发和调试成本，提高了测试结果的准确性。

本发明所述的一种晶圆结构，包括叠放的衬底和外延层；所述外延层包括多层间隔设置的金属层和分隔层。

优选地，所述的各层金属层的金属含量不同。

优选地，所述金属层为含铝层，其铝含量逐层递变。

优选地，所述金属层的铝含量变化步长为1％。

优选地，所述金属层设置七层，其铝含量范围为92％-98％，最远离衬底的金属层的铝含量为92％，最靠近衬底的金属层的铝含量为98％。

优选地，所述的各层金属层的厚度不同。

一种测试所述一种晶圆结构的测试方法，包括以下步骤：

s0、通过刻蚀露出所述晶圆结构的金属层侧面；

s1、对各层金属层的侧面同时进行氧化；

s2、获取各层金属层的氧化深度；

s3、根据各层金属层的氧化深度得到对应金属层的氧化速度。

优选地，步骤s0中采用干法刻蚀；步骤s1中采用湿法氧化对金属层进行氧化。

优选地，所述湿法氧化包括以下步骤：

s11、通入氮气；

s13、通入氧气和氢气，点燃氢气，对各层金属层进行氧化。

优选地，所述步骤s11中氮气通入前先进行90℃水浴；所述氢气与氧气的摩尔比小于2:1。

本发明所述的一种晶圆结构及其测试方法，其优点在于，在一个晶圆结构上设置多层金属含量不同的金属层，通过一次测试可同时获得多层金属层的氧化数据，进而得到该种功率器件的多种金属含量的氧化数据，大大减少了调试所需的时间和成本；由于在同一氧化环境中同时获得多层金属层的氧化数据，提高了氧化环境的统一性，减少了可能存在的由氧化环境设置误差导致的测试结果误差，提高了测试结果的准确性；同时，本发明所采用的湿法氧化的氧化工艺，重复性好，可用于大规模生产；由于温度及氢气氧气比例均可精确控制，可以通过改变温度和氢气氧气比例得到不同氧化环境下不同金属含量的功率器件的氧化速度，可通过改变氧化环境得到多组数据，进一步减少氧化工艺的测试时间和成本，对于功率器件的规模量产有着极大的实际意义。

附图说明

图1是本发明所述一种晶圆结构的结构示意图。

图2是本发明所述一种晶圆结构的测试方法的湿法氧化流程图。

附图标记说明：100-晶圆结构，110-衬底，111-掺杂层，112-分隔层，113-金属层，1-质量流量计，2-水浴装置，3-加热点火装置，4-炉管，5-尾气处理装置。

具体实施方式

下面将以gaas材料为例，结合附图，详细地表述本发明。

实施例1

hemt和vcsel是常用的功率器件，在其制作过程中，需要对一层高含铝的外延层进行湿氧氧化，根据其结构的不同，氧化深度的范围为几微米到十几微米不等。在氧化过程中要求其氧化深度精确可控，而且重复性好。本实施例中，对gaas材料进行了不同浓度的铝掺杂，形成不同浓度的含铝的金属层113，铝的含量范围为92％-98％。如图1所示，在gaas的衬底110上逐层生长有多层金属层113，所述金属层113的铝含量沿远离衬底110的方向依次为98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％，共形成七层金属层113。金属层113的掺杂载流子、浓度及厚度均与真实功率器件一致。其在某环境下的氧化速度即为该环境下该金属含量的真实功率器件的氧化速度。相邻金属层113之间用gaas形成的分隔层112隔开。所述晶圆结构100包括叠放的gaas衬底，gaas掺杂层，在gaas掺杂层上间隔层叠有分隔层112和金属层113。金属层113的铝含量沿远离衬底110的方向逐层递减。本实施例所述晶圆结构的制备流程为先在gaas衬底上生长一层gaas掺杂层，在gaas掺杂层上间隔生长分隔层112和含铝的金属层113，金属层113的铝含量沿生长方向依次为98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％。该种结构的gaas晶圆结构在进行氧化时，可同时得到铝含量为98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％的含铝的金属层113的氧化数据，通过一次测试即可同时得到七组数据，即一次测试得到相同环境下该真实功率器件七种金属含量的氧化数据。在一个晶圆结构100上设置多层金属含量不同的金属层113，通过一次测试可同时获得多层金属层113的氧化数据，进而得到该种功率器件的多种金属含量氧化数据，通过一次测试可同时获得多组所需数据，大大减少了调试所需的时间和成本；由于在同一氧化环境中同时获得多层金属层113的氧化数据，提高了氧化环境的统一性，减少了可能存在的由氧化环境设置误差导致的测试结果误差，提高了测试结果的准确性。

实施例2

本发明构思同样适用于测试不同厚度的真实功率器件的氧化速度。当所需测试的真实功率器件的厚度不同时，可根据真实功率器件的厚度设置其金属层113的厚度，进而同时得到多种厚度的金属层113的氧化速度，同样具有减少开发调试成本和提高测试结果准确性的效果。

一种用于测试所述晶圆结构的测试方法，包括以下步骤：

首先通过干法刻蚀露出金属层113的侧面。将刻蚀过的晶圆结构100放置在炉管4中。然后对晶圆结构100进行湿法氧化。如图2所示，氮气通过质量流量计1控制其通入量后经由水浴装置2进行90℃水浴，然后通入炉管4中。将氢气和氧气分别通过质量流量计1控制其通入量后，通过加热点火装置3在炉管4中使氢气完全燃烧生成水汽，同时对各层金属层113的侧面进行氧化。反应后的气体通过尾气处理装置5处理。将氧化后的晶圆结构100取出，测量各层金属层113氧化深度，由氧化深度及氧化时间计算得出各层金属层113的氧化速度。其中，为使金属层113氧化充分，氢气与氧气的摩尔比应小于2:1，生成的水汽的量可以通过调节氢气和氧气的通入量或通入比例控制。记录各层金属层113的铝含量及其氧化速度，由此便得到多种金属含量的真实功率器件的氧化速度。在多次实际测试中，该种湿法氧化方法的重复性好，可用于大规模生产；由于温度及氢气氧气比例均可精确控制，可以通过改变温度和氢气氧气比例得到不同氧化环境下多层金属层113的氧化速度，可通过一个所述晶圆结构100得到多组数据，进一步减少氧化工艺的测试时间和成本，对于功率器件的规模量产有着极大的实际意义。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。