專(zhuān)利名稱：鍺硅薄膜監(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)明涉及一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法。本發(fā)明還涉及一種采用該片進(jìn)行監(jiān)控的方法。
背景技術(shù)：
硅是目前大規(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(jiǎn)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(duì)于高頻高速應(yīng)用，硅的禁帶寬度較寬，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硅的合金來(lái)減低禁帶寬度，提高載流子的遷移速度。鍺就是其中最重要材料之一。鍺具有和硅類(lèi)似的晶體結(jié)構(gòu)，與硅形成合金工藝容易實(shí)現(xiàn)且匹配性·高，同時(shí)鍺的引入可以有效地降低禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)高速器件的應(yīng)用，同時(shí)鍺硅的合金器件很容易和常規(guī)的硅器件進(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。同時(shí)鍺硅為本征半導(dǎo)體，為了實(shí)際器件應(yīng)用，還會(huì)進(jìn)行摻雜形成η型導(dǎo)電或P型導(dǎo)電。另外為了調(diào)整薄膜的應(yīng)力，還會(huì)摻雜中性粒子如碳原子。工藝上鍺硅主要通過(guò)外延生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)，其主要的表征參數(shù)有厚度，元素含量，元素分布等。他們直接決定了鍺硅材料的禁帶寬度，摻雜濃度，應(yīng)力等，都是非常重要的工藝參數(shù)。對(duì)于鍺硅中各元素含量的測(cè)量，通常有兩類(lèi)方法，一種是通過(guò)各種射線或粒子對(duì)膜層進(jìn)行轟擊，然后測(cè)量濺射物的組分進(jìn)行分析，比如次級(jí)離子質(zhì)譜法SIMS等(見(jiàn)圖I)。此種方法精度很高，但是成本也很高，無(wú)論樣品的制備還是測(cè)量都無(wú)法大規(guī)模實(shí)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(lèi)方法是通過(guò)測(cè)量鍺硅薄膜的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征(見(jiàn)圖2)，比如拉曼譜，反射透射譜，傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀FTIR等。通過(guò)標(biāo)定各元素對(duì)應(yīng)的特征波長(zhǎng)，然后通過(guò)數(shù)值擬合進(jìn)行解譜得到各成分對(duì)應(yīng)的特征波長(zhǎng)出的強(qiáng)度，然后標(biāo)定各元素的含量。其好處是價(jià)格低廉，樣品制備容易，很容易實(shí)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(gè)人經(jīng)驗(yàn)，誤差很大；其次，鍺硅具有很強(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(shí)因?yàn)閺?qiáng)吸收特性，對(duì)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(lèi)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(shí)際生產(chǎn)中時(shí)，對(duì)于每種鍺硅薄膜都需要進(jìn)行標(biāo)定，解譜分析，因此實(shí)際效果很不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，其能用于在線監(jiān)控鍺硅薄膜。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，包括步驟一，將一組具有尺寸變化的測(cè)量圖形，形成在光刻掩膜版中；步驟二，在襯底上淀積鍺硅薄膜；
步驟三，在所述襯底上涂光刻膠，并用步驟一中所述的光刻掩膜版進(jìn)行曝光，顯影后在所述鍺硅薄膜上形成測(cè)量圖形，即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。本發(fā)明還提供一種采用如上所述的鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法，包括步驟一，制備一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片，并測(cè)量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測(cè)量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線；步驟二，使用所述特征尺寸曲線作為標(biāo)準(zhǔn)判斷，來(lái)監(jiān)控所生成的鍺硅薄膜的含量是否符合要求。本發(fā)明的鍺硅薄膜監(jiān)控片，其制備方法簡(jiǎn)單，制造成本低。采用該監(jiān)控片進(jìn)行鍺硅薄膜的監(jiān)控，簡(jiǎn)單易操作。且所采用的測(cè)試圖形特征尺寸信息，能反應(yīng)出鍺硅薄膜中含量的細(xì)微變化，敏感性好。優(yōu)選的，所述測(cè)量圖形為矩形孔，所述一組測(cè)量圖形中的一個(gè)測(cè)量圖形為由·多個(gè)尺寸相同的測(cè)量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測(cè)量圖形為有具有相同寬度，相同空間周期和不同長(zhǎng)度的矩形孔陣列組成。優(yōu)選的，所述測(cè)量圖形為矩形孔，所述一組測(cè)量圖形中的一個(gè)測(cè)量圖形為由多個(gè)尺寸相同的測(cè)量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測(cè)量圖形為有具有相同寬度，相同長(zhǎng)度和不同空間周期的矩形孔陣列組成。優(yōu)選的，所述步驟二中所淀積的鍺硅薄膜的含量通過(guò)次級(jí)離子質(zhì)譜法標(biāo)定。優(yōu)選的，所述步驟二中在襯底上淀積鍺硅薄膜后，還在所述鍺硅薄膜上淀積氧化硅、多晶硅、氮化硅和氮氧化硅中的一種或任意組合。一種采用所述的鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法，其特征在于，包括步驟一，取一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片，步驟二，測(cè)量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測(cè)量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線；步驟三，使用所述特征尺寸曲線作為標(biāo)準(zhǔn)判斷，來(lái)監(jiān)控所生成的鍺硅薄膜的含量是否符合要求。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖I為一具體的鍺硅薄膜進(jìn)行SMS測(cè)量后的結(jié)果示意圖；圖2為具體的鍺硅薄膜進(jìn)行平面光譜測(cè)量后的結(jié)果示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)例的鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備流程示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)例的鍺硅薄膜監(jiān)控方法的流程示意圖；圖5為使用本發(fā)明的監(jiān)控方法一具體實(shí)例中測(cè)量圖形特征尺寸關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式在光刻工藝中，由于二維圖形對(duì)于襯底反射率非常敏感，如圖6所示，對(duì)于給定長(zhǎng)度，寬度與空間周期的矩形孔，隨襯底反射率變化時(shí)，其一維方向的寬度與長(zhǎng)度變化均為近似線性變化，但是其圖形的長(zhǎng)寬比為二次曲線變化。而且對(duì)不同長(zhǎng)度，寬度與空間周期其趨勢(shì)均不同。因此對(duì)于寬度，長(zhǎng)度，空間周期三個(gè)參量中固定任何兩個(gè)參量的測(cè)量圖形，比如寬度和空間周期，在相同的曝光能量下，測(cè)量圖形的其中一個(gè)參量如寬度的尺寸隨另一個(gè)可變參量的變化趨勢(shì)與襯底反射率息息相關(guān)，任意微小的反射率變化，就會(huì)引起其趨勢(shì)發(fā)生變化。因?yàn)樵诠饪坦に囍?，測(cè)量圖形的空間周期和寬度固定，寬度隨長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)，和測(cè)量圖形的寬度和長(zhǎng)度固定，寬度隨空間周期的變化趨勢(shì)和襯底反射率是一一對(duì)應(yīng)的。因此當(dāng)鍺硅薄膜發(fā)生變化引起襯底反射率的變化時(shí)，測(cè)量圖形中的特征尺寸的曲線必然發(fā)生變化，因此可以通過(guò)測(cè)量圖形的特征尺寸變化來(lái)監(jiān)控鍺硅薄膜的含量。在一具體實(shí)施例中，鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法(見(jiàn)圖3)，首先設(shè)計(jì)一組具有尺寸變化的測(cè)量圖形，將該組測(cè)量圖形制備在光刻掩膜版 上。這里的測(cè)量圖形可為包含兩維尺寸變化的矩陣，即矩形孔。在一個(gè)具體實(shí)施例中，一組測(cè)量圖形中的一個(gè)測(cè)量圖形為由多個(gè)矩形孔組成的矩形孔陣列，多個(gè)寬度相同和空間周期相同，長(zhǎng)度變化的矩形孔陣列組成一組測(cè)量圖形。在另一個(gè)變形例中，一組測(cè)量圖形由多個(gè)寬度和長(zhǎng)度相同，空間周期變化的矩形孔陣列組成?？梢詫⑺械臏y(cè)量圖形制備在一個(gè)光刻掩膜版上，也可以制備在多個(gè)光刻掩膜版上。上述的矩形孔，寬度可設(shè)為O. 01 μ m 10 μ m,優(yōu)選為O. 05 μ m I μ m,其最小尺寸最好與設(shè)計(jì)規(guī)則中最小發(fā)射極窗口尺寸相同；長(zhǎng)度為O. 05μηι ΙΟΟμπι,優(yōu)選為
O.I μ m 10 μ m,其最小尺寸最好與工藝中與設(shè)計(jì)規(guī)則中最小發(fā)射極窗口尺寸相同；一個(gè)測(cè)量圖形中矩形孔的空間周期為O. Iym ΙΟμπι。在制備光刻掩膜版之間，可以先對(duì)測(cè)量圖形進(jìn)行光學(xué)臨近修改(0PC修正)，例如可在測(cè)量圖形的四角加上附加圖形進(jìn)行OPC修改。以100GHZ的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT工藝為例，可以采用O. 13*0. 5μπι的矩形孔，其寬度固定為O. 13 μ m,長(zhǎng)度為O. 5 μ m 10 μ m,矩形孔的空間周期為I : I I 10。之后，在襯底上淀積鍺硅薄膜。這里的襯底通常為硅單晶襯底。所淀積的鍺硅薄膜中各組分的含量可通過(guò)SMS等方法進(jìn)行標(biāo)定。之后還可以在鍺硅薄膜上再沉積SiO2、多晶硅、SiN和SiON中的一層膜或任意組合的多層膜。其他膜層的厚度可為10埃 I μ m，優(yōu)選為100 1000埃。與實(shí)際工藝中發(fā)射極窗口與基區(qū)襯底的絕緣介質(zhì)層相同為佳。在淀積完成后的襯底上涂光刻膠，并使用測(cè)量圖形的光刻掩膜版嗎，采用與實(shí)際產(chǎn)品工藝的發(fā)射極窗口工藝相同的光刻工藝進(jìn)行曝光在襯底上形成測(cè)量圖形，該片即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。上述相同的光刻工藝指光刻膠種類(lèi)和光刻條件均相同。采用上述鍺硅薄膜監(jiān)控片進(jìn)行監(jiān)控鍺硅薄膜的方法(見(jiàn)圖4)，為先取一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片。即至少一片規(guī)定含量標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控片、允許的上限含量監(jiān)控片和下限含量的監(jiān)控片。之后，測(cè)量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測(cè)量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線；如對(duì)空間周期和寬度固定、長(zhǎng)度變化的測(cè)試圖形，測(cè)量測(cè)量圖形的寬度，在一個(gè)矩形孔陣列中，可取位于中間的哪個(gè)矩形孔的寬度數(shù)值(為特征尺寸數(shù)值)。通過(guò)對(duì)所有測(cè)量圖形的測(cè)試，分別得到標(biāo)準(zhǔn)含量以及上下控制范圍對(duì)應(yīng)的CD曲線。接著在生產(chǎn)中淀積鍺硅薄膜后，與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果對(duì)比，所有圖形CD變化<給定的標(biāo)準(zhǔn)則為合格(比如< 5nm),或者所有點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方差<給定的標(biāo)準(zhǔn)為合格(比如< 5nm)。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要定期產(chǎn)生鍺硅薄膜監(jiān)控樣片，并量測(cè)測(cè)量圖形中的特征圖形的特征CD尺寸。如圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)例繪制的測(cè)量圖形特征尺寸的變化曲線，可知在線生產(chǎn)的鍺硅薄膜中特征尺寸的變化與監(jiān)控片中特征尺寸的變化吻合較好，故可知在線淀積的鍺硅薄膜已經(jīng)符合生產(chǎn)要求。
本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對(duì)具體實(shí)施方式
的描述旨在于為了描述和說(shuō)明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見(jiàn)的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實(shí)施方式
用來(lái)揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來(lái)達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，其特征在于，包括 步驟一，將一組具有尺寸變化的測(cè)量圖形，形成在光刻掩膜版中； 步驟二，在襯底上淀積鍺硅薄膜；步驟三，在所述襯底上涂光刻膠，并用步驟一中所述的光刻掩膜版進(jìn)行曝光，顯影后在所述鍺硅薄膜上形成測(cè)量圖形，即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，特征在于所述測(cè)量圖形為矩形孔，所述一組測(cè)量圖形中的一個(gè)測(cè)量圖形為由多個(gè)尺寸相同的測(cè)量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測(cè)量圖形為有具有相同寬度，相同空間周期和不同長(zhǎng)度的矩形孔陣列組成。
3.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述測(cè)量圖形為矩形孔，所述一組測(cè)量圖形中的一個(gè)測(cè)量圖形為由多個(gè)尺寸相同的測(cè)量圖形組成的矩形孔陣列，所述一組測(cè)量圖形為有具有相同寬度，相同長(zhǎng)度和不同空間周期的矩形孔陣列組成。
4.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟二中所淀積的鍺硅薄膜的含量通過(guò)次級(jí)離子質(zhì)譜法標(biāo)定。
5.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述步驟二中在襯底上淀積鍺硅薄膜后，還在所述鍺硅薄膜上淀積氧化硅、多晶硅、氮化硅和氮氧化硅中的一種或任意組合。
6.一種采用如權(quán)利要求I所述的鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法，其特征在于，包括 步驟一，取一組鍺硅薄膜監(jiān)控片，其中至少包括一片具有標(biāo)準(zhǔn)含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片、一具有最低允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片和一具有最高允許含量的鍺硅薄膜監(jiān)控片， 步驟二，測(cè)量所述鍺硅薄膜監(jiān)控片中測(cè)量圖形的特征尺寸，制成特征尺寸曲線； 步驟三，使用所述特征尺寸曲線作為標(biāo)準(zhǔn)判斷，來(lái)監(jiān)控所生成的鍺硅薄膜的含量是否符合要求。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鍺硅薄膜監(jiān)控片的制備方法，包括步驟一，將一組具有尺寸變化的測(cè)量圖形，形成在光刻掩膜版中；步驟二，在襯底上淀積鍺硅薄膜；步驟三，在所述襯底上涂光刻膠，并用步驟一中所述的光刻掩膜版進(jìn)行曝光，顯影后在所述鍺硅薄膜上形成測(cè)量圖形，即為鍺硅薄膜監(jiān)控片。該制備方法簡(jiǎn)單，制造成本低。本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用鍺硅薄膜監(jiān)控片監(jiān)控鍺硅薄膜的方法。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102954903SQ20111024091
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者王雷 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司