一种重掺硅片氧碳含量的测试方法与流程

[0001]
本发明属于半导体材料领域，尤其是涉及一种重掺硅片氧碳含量的测试方法。


背景技术：

[0002]
集成电路是将各种电路器件集成于半导体表面而形成的电路，集成电路有“轻、薄、短、小”的特点，成为现代电子产品的心脏。如今，集成电路制程越来越精细，杂质污染成为集成电路产品非正常失效的主要原因之一。一些杂质污染，例如，薄膜的表面沾污、界面污染和半导体掺杂的污染，是不能采用常规的光学分析手段或者电子显微镜的观察和测试的，必须通过微观的元素测试才能了解其具体成分，浓度和分布。氧含量在硅中有着重要的作用，表面氧沉淀会造成漏电，使器件失效；而体内低密度的氧沉淀有内吸杂的作用，高密度的氧沉淀又会形成缺陷，对产品带来一定的影响；而碳易与氧和缺陷构成复合体，诱生其缺陷，监控硅中的氧碳含量是生产和质量必要手段。
[0003]
随着半导体器件及集成电路尺寸越来越小，sims(次级离子质谱分析法)在半导体行业中的使用也越来越频繁，例如，产品的掺杂浓度及其结构分析；掺杂杂质污染分析、失效分析等等。检测重掺产品中的氧碳含量是半导体行业生产的基本需求，二次离子质谱法是常规检测方法，现有技术中，利用二次离子质谱仪测试时，一般先测试一级标样，根据测试出的离子浓度计算rsf值，利用rsf值计算待测样片的元素浓度，这样测试出来的元素浓度存在不确定性，不能确定rsf值是否准确，若不准确则最后所得的待测样片的元素浓度是错误的。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的问题是提供一种重掺硅片氧碳含量的测试方法，有效的解决重掺硅片表面氧沉淀会造成漏电，使器件失效、高密度的氧沉淀又会形成缺陷，对产品带来一定的影响，而碳易与氧和缺陷构成复合体，诱生产品缺陷；利用现有检测法测试出来的碳氧元素浓度存在不确定性，不能确定rsf值是否准确的问题。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种重掺硅片氧碳含量的测试方法，包括：准备一级标样、二级标样和待测样片，其中所述一级标样的dose值和rp值已知，所述二级标样的碳氧元素浓度已知，所述一级标样、所述二级标样和所述待测样片放置在样品架，所述样品架放入样品室；用二次离子质谱仪测出所述一级标样的碳氧离子强度；所述二次离子质谱仪根据所述一级标样的碳氧离子强度、dose值和rp值计算出rsf值；用所述二次离子质谱仪测出所述二级标样的碳氧离子强度，根据所述rsf值和所述二级标样的碳氧离子强度计算所述二级标样中的碳氧元素浓度；将所述二级标样中的碳氧元素浓度与已知的所述二级标样的碳氧元素浓度进行比较，判断所述二级标样的碳氧元素浓度是否在标准范围内，若在标准范围内，则用所述rsf值计算所述待测样片的碳氧元素浓度；若不在，则重新计算所述rsf值；用所述二次离子质谱仪测出所述待测样片的碳氧离子强度，根据所述rsf值和所述待测样片的碳氧离子强度计算出所述待测样片的碳氧元素浓度。
[0006]
优选地，测试所述一级标样的碳氧离子强度的方法为：用一次离子源轰击所述一级标样表面来激发所述一级标样的二次离子，对所述一级标样的二次离子的核质比进行筛选，得出所述一级标样的碳氧离子强度。
[0007]
优选地，所述一次离子源采用铯源。
[0008]
优选地，用所述二次离子质谱仪检测所述一级标样前，对所述二次离子质谱仪进行光路调节。
[0009]
优选地，根据所述一级标样计算出的所述rsf值计算所述二级标样中的碳氧元素浓度的公式为：
[0010][0011]
其中i为离子强度，c为浓度。
[0012]
优选地，计算出的所述二级标样的碳氧元素浓度的标准范围为已知所述二级标样碳氧元素浓度的95％～105％。
[0013]
优选地，所述rsf值包括碳元素rsf值和氧元素rsf值。
[0014]
优选地，将所述一级标样、所述二级标样和所述待测样片切割成小块放入所述样品架上。
[0015]
由于检测重掺硅片中的碳氧元素浓度，解决了重掺硅片表面氧沉淀会造成漏电，使器件失效、高密度的氧沉淀又会形成缺陷，对产品带来一定的影响，而碳易与氧和缺陷构成复合体，诱生产品缺陷的问题；由于二级标样的检测，解决了检测出的碳氧元素浓度存在不确定性，不能确定rsf值是否准确的问题；由于采用一种重掺硅片氧碳含量的测试方法，在确保数据准确性的基础上提高产能，充分发挥二次离子质谱仪在生产中的应用。
附图说明
[0016]
图1是本发明实施例一种重掺硅片氧碳含量的测试方法中一级标样碳元素测试曲线示意图
[0017]
图2是本发明实施例一种重掺硅片氧碳含量的测试方法中一级标样氧元素测试曲线示意图
[0018]
图3是本发明实施例一种重掺硅片氧碳含量的测试方法中二级标样碳元素浓度日常监控图
[0019]
图4是本发明实施例一种重掺硅片氧碳含量的测试方法中二级标样氧元素浓度日常监控图
具体实施方式
[0020]
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
[0021]
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“表面”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0022]
本发明的一个实施例中，一种重掺硅片氧碳含量的测试方法，包括：
[0023]
s1：样品准备：准备一级标样、二级标样和待测样片，操作人员带上手套、口罩，防
止灰尘污染，将一级标样、二级标样和待测样片全部切割成小块，放入样品架上，将样品架再放入样品室中。其中一级标样中氧的dose值(区域浓度)为9.86e14atom/cm2，rp值(离子注入标样的最高深度)为217nm，碳元素的dose值为9.24e14atom/cm2，rp值为219nm；二级标样中碳元素浓度为3.0e16 atom/cm3，氧元素的浓度为4.2e17 atom/cm3。
[0024]
s2：准备仪器：准备二次离子质谱仪，对二次离子质谱仪进行光路调节，调节至最佳测试光线，开始进行测试。利用一次离子源轰击一级标样表面来激发出一级标样表面的二次离子，其中一次离子源采用铯源，对一级标样的二次离子的核质比进行筛选，得出一级标样的碳氧离子强度，最终得到图1一种重掺硅片氧碳含量的测试方法中一级标样碳元素测试曲线示意图和图2一级标样氧元素测试曲线示意图。
[0025]
s3：计算rsf值(相对灵敏度因子)：二次离子质谱仪测出一级标样的碳氧离子强度，输入一级标样的dose值和rp值，二次离子质谱仪自动计算出rsf值，rsf值有两个，一个为碳元素的rsf值，另一个为氧元素的rsf值。
[0026]
s4：计算二级标样的碳氧元素浓度：利用二次离子质谱仪使用与测试一级标样碳氧离子强度同样的方法检测二级标样的碳氧离子强度，根据碳氧rsf值和二级标样的碳氧离子强度计算二级标样中的碳氧元素浓度；计算公式为
[0027][0028]
计算碳元素浓度时，将i代入碳离子强度，得出碳元素浓度；计算氧元素浓度时，将i代入氧离子强度，得出氧元素浓度。
[0029]
s5：浓度对比：计算出二级标样中的碳氧元素浓度后与已知的二级标样的碳氧元素浓度进行比较，判断二级标样的碳氧元素浓度是否在标准范围内，标准范围是已知二级标样碳氧元素浓度的95％～105％，碳元素浓度的标准范围是2.85e16 atom/cm3～3.15e16 atom/cm3，氧元素浓度的标准范围是3.99e17atom/cm3～4.41e17 atom/cm3。
[0030]
若在标准范围内，则用两个rsf值计算待测样片的碳氧元素浓度；若不在标准范围内，则重新计算rsf值。
[0031]
本实施例中利用计算处的rsf值计算得出二级标样的碳元素浓度为3e16 atom/cm3，氧元素浓度为4.21e17 atom/cm3，在碳氧元素的标准范围内，可以使用此rsf值计算待测样片的碳氧浓度。
[0032]
s6：计算待测样片碳氧浓度：利用二次离子质谱仪使用与测试一级标样碳氧离子强度同样的方法检测待测样片的碳氧离子强度，再根据两个rsf值和待测样片的碳氧离子强度计算出待测样片的碳氧元素浓度。
[0033]
得到待测样片的碳氧浓度后，判断浓度是否超标，若超标，则是不合格产品；若未超标，则是合格产品。利用检测出的碳氧浓度判断产品可以大大减少不合格产品上市，确保用户的使用质量。
[0034]
如图3二级标样碳元素浓度日常监控图和图4二级标样氧元素浓度日常监控图所示，每日因重掺硅片在空气中暴露，环境会影响二级标样表面的元素浓度，所以每日的二级标样碳氧浓度均不相同，需要每日进行重新标定浓度，好用来判断rsf值是否正确，才能确保数据准确无误。二次判断rsf值是否准确可以在确保数据准确性的基础上提高产能，充分发挥二次离子质谱仪在生产中的应用。
[0035]
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。