專利名稱：鍺硅監(jiān)控片的制備方法及采用該片進(jìn)行監(jiān)控的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍺硅監(jiān)控片的制備方法。本發(fā)明還涉及一種監(jiān)控鍺硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
Si是目前大規(guī)模生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件最主要的材料之一，它具有原材料制備簡便， 自然界含量豐富，具有半導(dǎo)體特性等基本特性而被用于制備半導(dǎo)體器件。但是對于高頻高速應(yīng)用，Si的禁帶寬度較寬，載流子的遷移速度受到制約，因此人們通常引入一些其它元素形成Si的合金來減低禁帶寬度，提高載流子的遷移速度，其中 Ge是最重要和主要的材料之一。Ge具有和Si類似的晶體結(jié)構(gòu)，與Si形成合金工藝容易實現(xiàn)且匹配性高，同時Ge的引入可以有效地降低禁帶寬度，實現(xiàn)高速器件的應(yīng)用。同時鍺硅 (SihGex)的合金器件很容易和常規(guī)的Si器件進(jìn)行工藝整合，因此鍺硅器件是很常用的一種應(yīng)用于高速和高頻通信的器件。工藝上鍺硅層主要通過外延生長來實現(xiàn)，其主要的表征參數(shù)有厚度，Ge含量和Ge 分布等。其中Ge的含量多少，直接決定了鍺硅材料的禁帶寬度，因此是非常重要的工藝參數(shù)。對于Ge含量的測量，通常有兩類方法。一種是通過各種射線或粒子對膜層進(jìn)行轟擊，然后測量濺射物的組分進(jìn)行分析，比如SIMS (次級離子質(zhì)譜法)等(圖1為SIMS測量結(jié)果示意圖)。此種方法精度很高，但是成本也很高，無論樣品的制備還是測量都無法大規(guī)模實現(xiàn)高產(chǎn)量的生產(chǎn)，因此通常作為一種科研手段被廣泛使用。第二類方法是通過測量鍺硅薄膜的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征(見圖2)，比如拉曼光譜，反射透射譜等。通過標(biāo)定Si、Ge以及其他元素對應(yīng)的特征波長，然后通過數(shù)值擬合進(jìn)行解譜得到各成分對應(yīng)的特征波長處的強(qiáng)度，然后標(biāo)定各元素的含量。其好處是價格低廉，樣品制備容易，很容易實現(xiàn)大規(guī)模高產(chǎn)量。但是其缺陷也很明顯首先，解譜通常不唯一，有多種可能性，因此極度依賴于解譜工程師的個人經(jīng)驗，誤差很大；其次，鍺硅薄膜具有很強(qiáng)的吸收系數(shù)，性噪比很差。因此其平面的光譜的穩(wěn)定度不好，同時因為強(qiáng)吸收特性，對于不同厚度的鍺硅薄膜，不具有通用性，而且誤差隨膜厚的變化很難控制。因此此類方法通常只作為參考使用，不作為直接判斷的標(biāo)準(zhǔn)。 應(yīng)用到實際生產(chǎn)中時，對于每種鍺硅薄膜都需要進(jìn)行標(biāo)定，解譜分析，因此實際效果很不理
術(shù)g
；ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鍺硅監(jiān)控片的制備方法，所提供的鍺硅監(jiān)控片能更準(zhǔn)確的對鍺硅薄膜進(jìn)行監(jiān)控。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片的制備方法，包括如下步驟1)至少設(shè)計一組光柵圖形；2)將步驟1)的光柵圖形定義在襯底上，并刻蝕所述襯底形成具有臺階差的光柵圖形；3)在襯底上淀積具有特定含量的鍺硅薄膜，形成具光柵圖形的鍺硅薄膜。本發(fā)明還公開了一種鍺硅薄膜監(jiān)控的方法，包括如下步驟1)取至少一具標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅監(jiān)控片、一具標(biāo)準(zhǔn)含量上限的鍺硅監(jiān)控片和一具標(biāo)準(zhǔn)含量下限的鍺硅監(jiān)控片；2)探測光線分別照射步驟一中鍺硅監(jiān)控片的光柵圖形區(qū)，獲得反射與衍射光譜， 分別得到三種含量鍺硅監(jiān)控片的反射與衍射強(qiáng)度；3)以步驟二中得到的反射與衍射強(qiáng)度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控所生成的具有光柵圖形的鍺硅薄膜。本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片的制備方法中，引入臺階差概念，在襯底上形成鍺硅薄膜光柵圖形，從而放大不同Ge含量的薄膜的光學(xué)反射率的差別，同時抑制因為強(qiáng)吸收帶來的光譜信號弱，受噪聲影響大的弱點。采用本發(fā)明的方法所制備的鍺硅監(jiān)控片，不同的Ge含量的鍺硅薄膜具有不同的反射和衍射強(qiáng)度，因此可以直觀的通過檢測反射和衍射強(qiáng)度進(jìn)行鍺硅薄膜中Ge含量的監(jiān)控。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1為SIMS測量結(jié)果示意圖；圖2為平面鍺硅薄膜的光譜示意圖；圖3為本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片制備流程示意圖；圖4為本發(fā)明的監(jiān)控方法流程示意圖；圖5為本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片制備流程中形成光柵圖形后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片制備流程中淀積鍺硅薄膜后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為采用本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片制備方法所制備的一具體鍺硅監(jiān)控片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的鍺硅監(jiān)控片的制備方法，該鍺硅監(jiān)控片用于監(jiān)控鍺硅薄膜的含量，包括如下步驟(見圖3)1)至少設(shè)計一組光柵圖形；光柵圖形的空間周期可為0. 1 100微米，優(yōu)選為1 20微米。2)將步驟一的光柵圖形定義在襯底(可為硅襯底)上，并刻蝕襯底形成由多個規(guī)則排列的溝槽構(gòu)成的光柵圖形(見圖5)；光柵圖形可為規(guī)則排列的線條圖形，刻蝕在襯底為多個規(guī)則排列的溝槽圖形，溝槽圖形的空間周期最好小于探測光的波長。3)在襯底上淀積具有特定含量的鍺硅薄膜，形成具光柵圖形的鍺硅薄膜(見圖 6)。上述步驟中，步驟二之前還可先在襯底上淀積介質(zhì)層，在刻蝕工藝中依次刻蝕介質(zhì)層和襯底；在刻蝕完成后可以不去除介質(zhì)層，也可以去除介質(zhì)層。如不去除介質(zhì)層，可直接采用選擇性生長工藝或非選擇性生長工藝淀積鍺硅薄膜。圖7為帶介質(zhì)層的襯底上采用選擇性生長工藝淀積鍺硅薄膜的鍺硅監(jiān)控片結(jié)構(gòu)示意圖。介質(zhì)層作為鍺硅的外延阻擋層， 其折射率可調(diào)(如摻雜Si02)，而后進(jìn)行刻蝕形成臺階，然后采用選擇性外延生長鍺硅，使之不在阻擋層上生長。使用這種結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整介質(zhì)層的折射率進(jìn)一步放大由鍺含量引起的鍺硅薄膜的折射率差別。介質(zhì)層選用常見的材料，如氧化硅、氮化硅或含Si，0，N，C等的化合物，可以是一層，也可以是多層。介質(zhì)層的厚度為10埃 1微米。步驟二中襯底的刻蝕深度可為50埃 10微米，優(yōu)選為2000 5000埃，所刻蝕的溝槽側(cè)壁傾斜度為70 88度。采用上述方法所制備的監(jiān)控片進(jìn)行監(jiān)控的方法，包括如下步驟(見圖4)1)取至少一具標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅監(jiān)控片、一具標(biāo)準(zhǔn)含量上限的鍺硅監(jiān)控片和一具標(biāo)準(zhǔn)含量下限的鍺硅監(jiān)控片；如對于目標(biāo)值為20% Ge含量的鍺硅薄膜，工藝容許范圍正負(fù) 1.5%，可以制備18. 5%，20%，21. 5%的監(jiān)控片。此時可以用SIMS等方法標(biāo)定其含量。2)探測光線分別照射步驟一中三種鍺硅監(jiān)控片的光柵圖形區(qū)，獲得反射與衍射光譜，分別得到三種含量鍺硅監(jiān)控片的反射與衍射強(qiáng)度。探測光波長為100 10000納米，優(yōu)選為350 1000納米。探測衍射光級數(shù)為1級以上，優(yōu)選為5級以上。探測光波長大于光柵圖形的空間周期。3)以步驟二中得到的反射與衍射強(qiáng)度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控生成的具有光柵圖形的鍺硅薄膜。所測得的反射與衍射強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)時，即所生成的鍺硅薄膜符合制備要求。 如監(jiān)測要求很嚴(yán)格，所監(jiān)控的鍺硅薄膜中光柵圖形的臺階高度最好與監(jiān)控片的臺階高度相同。一般情況下，對光柵圖形的臺階高度沒有限制要求。采用本發(fā)明的方法所制備的鍺硅監(jiān)控片，通過測量鍺硅監(jiān)控片光柵區(qū)的衍射光譜和反射光譜，可以得到性噪比較平面的鍺硅薄膜更高的對比度。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，5%的Ge含量即可引起特定級數(shù)衍射光(如正負(fù)5級以上衍射光)和反射光譜強(qiáng)度大于20%的變化， 且不受鍺硅薄膜成長方式的影響，對Ge含量的變化具有很高的敏感度。同時制備和測量方法都比較簡便，可以大幅度降低半導(dǎo)體廠商對鍺硅工藝的監(jiān)控成本，提高工藝控制能力。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅監(jiān)控片的制備方法，所述鍺硅監(jiān)控片用于監(jiān)控所述鍺硅薄膜中的鍺的含量，其特征在于，包括如下步驟1)至少設(shè)計一組光柵圖形；2)將步驟1)所述的光柵圖形定義在襯底上，并刻蝕所述襯底形成由多個規(guī)則排列的溝槽構(gòu)成光柵圖形；3)在所述襯底上淀積具有特定含量的鍺硅薄膜，形成具光柵圖形鍺硅薄膜。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟一中所述的光柵圖形的空間周期為0. 1 100微米。
3.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟二之前先在襯底上淀積介質(zhì)層， 而在刻蝕中依次刻蝕介質(zhì)層和襯底；在步驟三中采用選擇性生長工藝或非選擇性生長工藝淀積鍺硅薄膜。
4.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟二的刻蝕完成后去除所述介質(zhì)層。
5.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述襯底為硅襯底，所述介質(zhì)層為氧化硅或氮化硅，所述介質(zhì)層的厚度為10埃 1微米。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所述的制備方法，其特征在于步驟二中襯底的刻蝕深度為50埃 10微米，所刻蝕的溝槽側(cè)壁傾斜度為70 88度。
7.按照權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟二中襯底的刻蝕深度為2000 5000 埃。
8.一種采用權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所制備的鍺硅監(jiān)控片進(jìn)行監(jiān)控的方法， 其特征在于，包括如下步驟1)取至少一具標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅監(jiān)控片、一具標(biāo)準(zhǔn)含量上限的鍺硅監(jiān)控片和一具標(biāo)準(zhǔn)含量下限的鍺硅監(jiān)控片；2)探測光線分別照射步驟一中鍺硅監(jiān)控片的光柵圖形區(qū)，獲得反射與衍射光譜，分別得到三種含量鍺硅監(jiān)控片的反射與衍射強(qiáng)度；3)以步驟二中得到的反射與衍射強(qiáng)度作為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控所生成的具有光柵圖形的鍺硅薄膜。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟3)中所監(jiān)控的鍺硅薄膜中光柵圖形的臺階高度與所述監(jiān)控片的臺階高度相同。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于所述探測光線的波長為100 10000 納米，探測衍射光級數(shù)為1級以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅監(jiān)控片的制備方法，該鍺硅監(jiān)控片用于監(jiān)控鍺硅薄膜中的鍺的含量，包括如下步驟1)至少設(shè)計一組光柵圖形；2)將步驟1)所述的光柵圖形定義在襯底上，并刻蝕所述襯底形成具有臺階差的光柵圖形；3)在所述襯底上淀積具有特定含量的鍺硅薄膜，形成具光柵圖形鍺硅薄膜。采用本發(fā)明所制備的鍺硅監(jiān)控片，不同的Ge含量的鍺硅薄膜具有不同的反射和衍射強(qiáng)度，因此可以直觀的通過檢測反射和衍射強(qiáng)度進(jìn)行鍺硅薄膜中Ge含量的監(jiān)控。本發(fā)明還公開一種采用上述制備的鍺硅監(jiān)控片進(jìn)行監(jiān)控的方法。
文檔編號H01L23/544GK102456541SQ20101051141
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者孟鴻林, 王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司