[發明專利]一種硅片表面薄膜厚度的測試方法

在審

• 申請號: 202310005962.5
• 申請日: 2023-01-04
• 公開（公告）號: CN115831799A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 由佰玲;路穎;杜曉瑋;蔡玉利;徐榮清;馬瀟源;屈建;譚永麟;孫晨光;王彥君
• 申請（專利權）人: 天津中環領先材料技術有限公司;中環領先半導體材料有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 天津諾德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發明提供一種硅片表面薄膜厚度的測試方法，包括：準備標樣以及待測樣片，其中所述標樣的硼元素濃度為已知；用二次離子質譜儀測出所述標樣的硼離子及硅離子強度，計算得到RSF值；用二次離子質譜儀測出所述待測樣品的硼離子及硅離子強度，用臺階儀測試樣品表面濺射坑深度，濺射坑深度除以測試時間得到濺射速率；使用RSF值和濺射速率，得到所述待測樣品的硼元素濃度和濺射深度的關系曲線，曲線中硼元素濃度發生驟變時對應的深度是待測樣品表面薄膜厚度。本發明的有益效果是擴展了硅片表面膜厚的分析手段，為膜厚測試分析提供了更多的選擇性，也為實驗室或者工廠在設備配置中增加了更多的選擇性，同時也便于薄膜厚度準確性的相互比對和對標驗證。

技術領域

本發明屬于硅單晶拋光片的分析測試技術領域，尤其是涉及一種硅片表面薄膜厚度的測試方法。

背景技術

重摻拋光片在外延的高溫工藝步驟中，重摻摻雜劑容易向外擴散，形成自摻雜現象，在硅片背面淀積一層薄膜，如同密封劑一樣可以防止摻雜劑的逃逸，防止自摻雜現象的發生。硅片表面生長薄膜一般有三種：二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、多晶硅背封(Poly)；氧化物或氮化物的背封方式可以嚴格地認為是一密封劑，而多晶硅背封除了作為密封劑外，還起到外部吸雜作用。SiO2背封是使用高純N2作為保護氣體，通過APCVD方式在硅片表面沉積一層SiO2，低溫熱氧化(LTO)背封的溫度一般在400-500℃。

薄膜品質參數主要是致密性和薄膜厚度以及厚度均勻性，因此工藝中需要對薄膜厚度進行控制，傳統的測試薄膜厚度的方法有顏色對比法，光學反射法，橢偏儀測量薄膜厚度等方法，但在現有技術中還從未有過使用二次離子質譜儀測量計算薄膜的方法。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種硅片表面薄膜厚度的測試方法，利用薄膜-界面--硅襯底(非摻硼硅片)三個基質中的硼元素濃度的差異來判定薄膜和界面的位置，從而精準的測量及計算薄膜的厚度。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種硅片表面薄膜厚度的測試方法，包括：

準備標準樣品以及待測樣品，其中所述標準樣品硼含量已知的硅片樣品；用二次離子質譜儀測出所述標準樣品的硼離子強度及硅離子強度，通過標準樣品得到相對靈敏度因子RSF；

用二次離子質譜儀測出所述待測樣品的硼離子強度及硅離子強度，通過濺射坑深度和測試時間得到濺射速率，使用所述標樣的RSF值來計算所述待測樣品的硼元素濃度，使用濺射速率來計算所述待測樣品濺射深度，并繪制硼元素濃度-濺射深度的曲線，曲線中雜質硼元素濃度發生驟變時對應的深度就是待測硅片表面薄膜厚度。

優選的，測試所述標準樣品和所述待測樣品的硼離子強度及硅離子強度的方法為：用一次離子源轟擊所述標準樣品和所述待測樣品表面來激發二次離子，使用質量分析器對二次離子的質荷比進行篩選，得出所述標準樣品和所述待測樣品的硼硅離子強度。

優選的，所述一次離子源設置為氧源。

優選的，用所述二次離子質譜儀檢測前，對所述二次離子質譜儀進行光路調諧。

優選的，所述待測樣品與所述標準樣品的光路條件以及所述一次離子源的沖擊能量完全相同。

優選的，所述待測樣品的濺射速率為濺射坑的深度與測試時間的比值。

優選的，所述待測樣品的測試時間以離子濺射到所述待測樣品表面為開始，硼元素含量明顯變少且趨于穩定為結束時間，且硼離子強度隨時間不再發生變化后繼續測試2min以上為宜，確定其不再發生變化。

優選的，根據所述標準樣品的RSF值來計算所述待測樣品的硼元素濃度的公式為：

其中，所述I為離子強度，C為濃度。

優選的，所述待測樣品中硼元素為薄膜加工過程中非有意摻雜的一種殘留污染雜質。