一种外延层的薄膜质量检测方法与流程

本发明属于半导体外延层薄膜检测领域，具体涉及一种外延层的薄膜质量检测方法。

背景技术：

1、外延工艺是指在半导体衬底上生长一层与半导体衬底具有相同晶格排列的外延层。为了提高半导体器件的电学性能，外延生长时通常需要掺入杂质，根据半导体衬底的材质和外延层的材质不同，外延工艺可以分为同质外延工艺和异质外延工艺。现有外延层掺杂主要是通过将衬底基板加热至所需温度，将半导体前体和掺杂剂前体沉积在衬底表面上。

2、外延层薄膜生长是一关键工艺，对制造出的器件质量优劣有着重要的影响。在外延工艺中，通常需要对沉积得到的外延层的薄膜质量进行检测，从而得到符合生产要求的外延层。需要检测的实验条件包含外延层的生长速率、掺杂剂浓度、电阻率等。

3、但是，现有技术中通常在si基衬底上每次只能生长一层外延层，从而只能验证一种实验条件，结果导致测试周期长、实验验证时间长、成本高。

4、因此，亟需一种能够缩短测试周期、保证数据准确性、降低成本的外延层薄膜质量检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有衬底表面每次生长一层外延层只能验证一种实验条件，从而导致测试周期长、成本高的缺陷。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种外延层的薄膜质量检测方法，包含以下步骤：

3、s1，提供一处理腔室及衬底；

4、s2，进行外延工艺，在所述衬底上沉积至少两层被测外延层，所述被测外延层包括掺杂剂，不同所述被测外延层之间含有的掺杂剂浓度不同；

5、s3，结束外延工艺，通过测量装置检测所述被测外延层的薄膜质量。

6、可选地，在步骤s2中，先在衬底上沉积间隔层，然后再沉积至少两层被测外延层。

7、可选地，在步骤s2中，在沉积所述被测外延层之前，先沉积间隔层。

8、可选地，所述间隔层和被测外延层的沉积材料不同。

9、可选地，不同所述间隔层之间，间隔层的沉积材料和沉积工艺相同。

10、可选地，在步骤s2中，距离所述衬底越远，所述被测外延层的掺杂剂浓度越低。

11、可选地，在步骤s2中，沉积所述被测外延层具体为：向所述处理腔室内通入工艺气体并沉积，所述工艺气体包括沉积气体及掺杂剂；所述沉积气体包含至少一种iva族半导体前驱体，所述掺杂剂包含至少一种iiia族掺杂剂前驱体或va族掺杂剂前驱体。

12、可选地，所述工艺气体还包括刻蚀气体。

13、可选地，所述iva族半导体前驱体包含甲硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、丙硅烷(si3h8)、丁硅烷(si4h10)、异戊硅烷(si5h12)、新戊硅烷(si5h12)、二氯硅烷(sih2cl2)、三氯硅烷(sihcl3)、甲锗烷(geh4)、乙锗烷(ge2h6)、丙锗烷(ge3h8)、甲基硅烷(ch3-sih3)中的任意一种或者任意两种以上的组合。

14、可选地，所述iiia族掺杂剂前驱体包含硼烷(bh3)、乙硼烷(b2h6)、三氯化硼(bcl3)、溴化硼(bbr3)、铝(al)、镓(ga)、铟(in)中的任意一种或者任意两种以上的组合。

15、可选地，所述va族掺杂剂前驱体包含磷化物或砷化物中的任意一种或者任意两种以上的组合。

16、可选地，所述磷化物至少包含磷烷(ph3)、氯化磷(pcl3)、溴化磷(pbr3)，所述砷化物至少包含砷烷(ash3)、三氯化砷(ascl3)。

17、可选地，所述刻蚀气体包含氯气(cl2)、氢氯酸(hcl)、四氯化碳(ccl4)中的任意一种。

18、可选地，在步骤s2中，沉积所述间隔层具体为：向所述处理腔室内通入间隔层工艺气体并沉积，所述间隔层工艺气体包含硅锗碳化物(si1-x-ygexcy)、硅锗化物(si1-xgex)、锗锡(ge1-xsnx)、锗硅锡(ge1-x-ysixsny)、锗硅锡碳化物(ge1-x-ysixsnycx)、硅锡(si1-xsnx)、硅锡碳化物(si1-x-ysnxcy)、硅碳化物(si1-xcx)中的任意一种或者任意两种以上的组合，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1。

19、可选地，所述测量装置为二次离子质谱(sims)、透射电子显微镜(tem)中至少一个。

20、可选地，在步骤s2中，还包含：对所述衬底进行高温处理，以去除所述衬底表面的氧化物，所述高温处理在所述外延工艺之前。

21、本发明的有益效果：

22、(1)在单片衬底上可以生长多层被测外延层，不同被测外延层的掺杂剂浓度不同，可以实现在单片衬底上利用多个被测外延层同时检测外延层薄膜的掺杂剂浓度、生长速率等多种实验条件，测试时间大大缩短、降低了测量成本、提升了工作效率。进一步地，越是远离衬底，被测外延层的掺杂浓度越低，可以使得检测结果更加精确。

23、(2)每一层被测外延层之间还可以沉积一层未掺杂的外延层作为间隔层将被测外延层间隔开，所有间隔层的沉积材料和沉积工艺均相同。可以在对被测外延层进行薄膜质量检测时区分被测外延层。在不同被测外延层之间生长间隔层使得测试结果精确度更高。

技术特征：

1.一种外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.如权利要求1所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，在步骤s2中，先在衬底上沉积间隔层，然后再沉积至少两层被测外延层。

3.如权利要求1所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，在步骤s2中，在沉积所述被测外延层之前，先沉积间隔层。

4.如权利要求2或3所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述间隔层和被测外延层的沉积材料不同。

5.如权利要求2或3所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，不同所述间隔层之间，间隔层的沉积材料和沉积工艺相同。

6.如权利要求1所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，在步骤s2中，距离所述衬底越远，所述被测外延层的掺杂剂浓度越低。

7.如权利要求1所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，在步骤s2中，沉积所述被测外延层具体为：向所述处理腔室内通入工艺气体并沉积，所述工艺气体包括沉积气体及掺杂剂；所述沉积气体包含至少一种iva族半导体前驱体，所述掺杂剂包含至少一种iiia族掺杂剂前驱体或va族掺杂剂前驱体。

8.如权利要求7所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述工艺气体还包括刻蚀气体。

9.如权利要求7所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述iva族半导体前驱体包含甲硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)、丙硅烷(si3h8)、丁硅烷(si4h10)、异戊硅烷(si5h12)、新戊硅烷(si5h12)、二氯硅烷(sih2cl2)、三氯硅烷(sihcl3)、甲锗烷(geh4)、乙锗烷(ge2h6)、丙锗烷(ge3h8)、甲基硅烷(ch3-sih3)中的任意一种或者任意两种以上的组合。

10.如权利要求7所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述iiia族掺杂剂前驱体包含硼烷(bh3)、乙硼烷(b2h6)、三氯化硼(bcl3)、溴化硼(bbr3)、铝(al)、镓(ga)、铟(in)中的任意一种或者任意两种以上的组合。

11.如权利要求7所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述va族掺杂剂前驱体包含磷化物或砷化物中的任意一种或者任意两种以上的组合。

12.如权利要求11所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述磷化物至少包含磷烷(ph3)、氯化磷(pcl3)、溴化磷(pbr3)，所述砷化物至少包含砷烷(ash3)、三氯化砷(ascl3)。

13.如权利要求8所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述刻蚀气体包含氯气(cl2)、氢氯酸(hcl)、四氯化碳(ccl4)中的任意一种。

14.如权利要求2或3所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，在步骤s2中，沉积所述间隔层具体为：向所述处理腔室内通入间隔层工艺气体并沉积，所述间隔层工艺气体包含硅锗碳化物(si1-x-ygexcy)、硅锗化物(si1-xgex)、锗锡(ge1-xsnx)、锗硅锡(ge1-x-ysixsny)、锗硅锡碳化物(ge1-x-ysixsnycx)、硅锡(si1-xsnx)、硅锡碳化物(si1-x-ysnxcy)、硅碳化物(si1-xcx)中的任意一种或者任意两种以上的组合，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1。

15.如权利要求1所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，所述测量装置为二次离子质谱(sims)、透射电子显微镜(tem)中至少一个。

16.如权利要求1所述的外延层的薄膜质量检测方法，其特征在于，在步骤s2中，还包含：对所述衬底进行高温处理，以去除所述衬底表面的氧化物，所述高温处理在所述外延工艺之前。

技术总结
本发明公开了一种外延层的薄膜质量检测方法，包含以下步骤：S1，提供一处理腔室及衬底；S2，进行外延工艺，在所述衬底上沉积至少两层被测外延层，所述被测外延层包括掺杂剂，不同所述被测外延层之间含有的掺杂剂浓度不同；S3，结束外延工艺，通过测量装置检测所述被测外延层的薄膜质量。本发明的检测方法可以实现同时在单片晶圆上对多个被测外延层开展掺杂剂浓度、生长速率的薄膜质量检测，大大缩短了检测周期，降低了生产成本，提高了工作效率。

技术研发人员：许晓坤
受保护的技术使用者：江苏天芯微半导体设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13