一种硅片表面薄膜厚度的测试方法技术

本发明专利技术提供一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，包括：准备标样以及待测样片，其中所述标样的硼元素浓度为已知；用二次离子质谱仪测出所述标样的硼离子及硅离子强度，计算得到RSF值；用二次离子质谱仪测出所述待测样品的硼离子及硅离子强度，用台阶仪测试样品表面溅射坑深度，溅射坑深度除以测试时间得到溅射速率；使用RSF值和溅射速率，得到所述待测样品的硼元素浓度和溅射深度的关系曲线，曲线中硼元素浓度发生骤变时对应的深度是待测样品表面薄膜厚度。本发明专利技术的有益效果是扩展了硅片表面膜厚的分析手段，为膜厚测试分析提供了更多的选择性，也为实验室或者工厂在设备配置中增加了更多的选择性，同时也便于薄膜厚度准确性的相互比对和对标验证。互比对和对标验证。互比对和对标验证。

【技术实现步骤摘要】
一种硅片表面薄膜厚度的测试方法


[0001]本专利技术属于硅单晶抛光片的分析测试
，尤其是涉及一种硅片表面薄膜厚度的测试方法。

技术介绍

[0002]重掺抛光片在外延的高温工艺步骤中，重掺掺杂剂容易向外扩散，形成自掺杂现象，在硅片背面淀积一层薄膜，如同密封剂一样可以防止掺杂剂的逃逸，防止自掺杂现象的发生。硅片表面生长薄膜一般有三种：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严格地认为是一密封剂，而多晶硅背封除了作为密封剂外，还起到外部吸杂作用。SiO2背封是使用高纯N2作为保护气体，通过APCVD方式在硅片表面沉积一层SiO2，低温热氧化(LTO)背封的温度一般在400
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500℃。
[0003]薄膜品质参数主要是致密性和薄膜厚度以及厚度均匀性，因此工艺中需要对薄膜厚度进行控制，传统的测试薄膜厚度的方法有颜色对比法，光学反射法，椭偏仪测量薄膜厚度等方法，但在现有技术中还从未有过使用二次离子质谱仪测量计算薄膜的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是提供一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，利用薄膜
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硅衬底(非掺硼硅片)三个基质中的硼元素浓度的差异来判定薄膜和界面的位置，从而精准的测量及计算薄膜的厚度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，包括：
[0006]准备标准样品以及待测样品，其中所述标准样品硼含量已知的硅片样品；用二次离子质谱仪测出所述标准样品的硼离子强度及硅离子强度，通过标准样品得到相对灵敏度因子RSF；
[0007]用二次离子质谱仪测出所述待测样品的硼离子强度及硅离子强度，通过溅射坑深度和测试时间得到溅射速率，使用所述标样的RSF值来计算所述待测样品的硼元素浓度，使用溅射速率来计算所述待测样品溅射深度，并绘制硼元素浓度
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溅射深度的曲线，曲线中杂质硼元素浓度发生骤变时对应的深度就是待测硅片表面薄膜厚度。
[0008]优选的，测试所述标准样品和所述待测样品的硼离子强度及硅离子强度的方法为：用一次离子源轰击所述标准样品和所述待测样品表面来激发二次离子，使用质量分析器对二次离子的质荷比进行筛选，得出所述标准样品和所述待测样品的硼硅离子强度。
[0009]优选的，所述一次离子源设置为氧源。
[0010]优选的，用所述二次离子质谱仪检测前，对所述二次离子质谱仪进行光路调谐。
[0011]优选的，所述待测样品与所述标准样品的光路条件以及所述一次离子源的冲击能量完全相同。
[0012]优选的，所述待测样品的溅射速率为溅射坑的深度与测试时间的比值。
[0013]优选的，所述待测样品的测试时间以离子溅射到所述待测样品表面为开始，硼元素含量明显变少且趋于稳定为结束时间，且硼离子强度随时间不再发生变化后继续测试2min以上为宜，确定其不再发生变化。
[0014]优选的，根据所述标准样品的RSF值来计算所述待测样品的硼元素浓度的公式为：
[0015][0016]其中，所述I为离子强度，C为浓度。
[0017]优选的，所述待测样品中硼元素为薄膜加工过程中非有意掺杂的一种残留污染杂质。
[0018]采用上述技术方案，硅片在生长薄膜前的清洗工艺不佳或者存储环境等综合因素的影响，不可避免会在硅片表面存在一些残留杂质，即使采用最优的工艺控制，硅片表面的沾污残留也不可以避免，当对硅片进行薄膜加工时这些残留杂质被封存在薄膜和衬底硅片的界面处，且残留杂质在界面处的浓度高于薄膜和衬底内的浓度，其中硼元素就是特别容易残留在硅片表面的一种杂质，且界面间的含量明显高于薄膜和硅片衬底内，利用薄膜
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硅衬底(非掺硼硅片)三个基质中的硼元素浓度的差异来判定薄膜和界面的位置，进而可以确定薄膜厚度。
[0019]采用上述技术方案，扩展了硅片表面膜厚的分析手段，为膜厚测试分析提供了更多的选择性，也为实验室或者工厂在设备配置中增加了更多的选择性，同时也便于薄膜厚度准确性的相互比对和对标验证。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例一种硅片表面薄膜厚度的测试方法中待测样品的硼元素浓度
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溅射深度曲线示意图。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明：
[0022]除非另有定义，下文中所使用的的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的的专业术语只是为了描述具体实施例和对比例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。应当特殊说明的是对于同一种有机物结构可能有多种名称，只要其结构在本专利范围内都属于本专利的保护对象。
[0023]本专利技术的主要作用原理为：利用二次离子质谱仪设备，使用具有一定能量的一次离子聚焦束对带有薄膜的硅片材料表进行轰击(注意，轰击薄膜时需要从表面开始)，此时所有分子结构都被破坏，原子和分子簇被弹出，一部分粒子被电离，称为二次离子，用于质谱分析。
[0024]二次离子的浓度使用相对灵敏度因子法被定量出来，而相对灵敏度因子须通过标准样品来获得，相对灵敏度因子具有基质效应，SIMS所谓的具有”基质效应”指得是从一种材料获得的相对灵敏度因子RSF不能应用于另外一种材料。
[0025]薄膜硅片是一个具有三种介质的材料，分别为薄膜
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衬底材料。本专利技术利用
硼元素在界面处浓度高于硅片衬底和薄膜的特点，因SIMS的基质效应使硼元素浓度在界面处的浓度骤变更加显著。绘制硼元素浓度与测试深度的关系曲线，硼浓度骤变的非常容易识别和判定，进而分析得到硅片表面膜厚的信息。
[0026]一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，包括：
[0027]S1：准备标准样品以及待测样品，其中所述标准样品硼含量已知的硅片样品；
[0028]二次离子测试仪测试标准样品和待测试样品时的一次离子冲击能量、测试光路条件设置、探测器所给予的条件是完全相同的，在测试过程中不会进行调整，离子轰击样品表面的溅射过程为匀速溅射，且标准样品和待测试样品的测试条件是完成相同的。
[0029]溅射速率为样品溅射坑的深度与测试时间的比值，测试时间以一次离子源轰击溅射样品表面为开始，硼元素含量明显变少且趋于稳定为结束时间，且硼离子强度随时间不再发生变化后继续测试2min以上为宜；
[0030]S2：用一次离子源轰击标样表面来激发二次离子，对二次离子的质荷比进行筛选，得出标样的硼离子强度和硅离子强度，
[0031]使用探测器检测离子的离子强度，又已知硼元素含量，通过浓度的公式计算得知，
[0032][0033]通过标准样品的测试数据得到RSF。
[0034]S3：使用与标准样品完全相同的条件测试待测样品，使待测样品的溅射速率和RSF与标准样品一致，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，包括：准备标准样品和待测样品，其中所述标准样品为硼含量已知的硅片样品，用二次离子质谱仪测试出所述标准样品的硼离子强度及硅离子强度，通过标准样品得到二次离子质谱仪当前测试条件下的相对灵敏度因子RSF；使用二次离子质谱仪测出所述待测样品的杂质硼离子强度及硅离子强度，通过溅射坑深度和测试时间得到溅射速率，用所述标准样品的RSF值来计算所述待测样品的硼元素浓度，用溅射速率来计算所述待测样品溅射深度。2.根据权利要求1所述的一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，其特征在于：测试所述标准样品和所述待测样品的硼离子强度及硅离子强度的测试方法为：用一次离子源轰击所述标准样品和所述待测样品的表面来激发二次离子，对二次离子的质荷比进行筛选，通过探测器对二次离子强度进行探测，经过信号转化后得出所述标准样品和所述待测样品的硼离子和硅离子强度。3.根据权利要求2所述的一种硅片表面薄膜厚度的测试方法，其特征在于：所述一次离子源设置为氧源。4.根据权利要求1
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3任一所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：由佰玲，路颖，杜晓玮，蔡玉利，徐荣清，马潇源，屈建，谭永麟，孙晨光，王彦君，
申请(专利权)人：中环领先半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：