測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法
2023-04-27 14:48:56
專利名稱：測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種測量超級結深溝槽內外延層電阻值的縱向分布情況的方法。
背景技術：
超級結(SJ)的先進位造工藝如圖I所示，首先，在矽襯底I上生長一層厚的N型矽外延層2，然後，在此N型矽外延層2上形成一個深溝槽3，再用P型矽外延填充深溝槽3。超級結的主要理論是P型雜質和N型雜質的匹配，從而提高器件的擊穿電壓(breakdown voltage, BV),但如果P型雜質和N型雜質失配或匹配精度不高,則會導致擊穿電壓迅速下降。在矽外延填充溝槽的過程中，由於溝槽頂部和溝槽底部氣體濃度有一 定的差異，所以可能導致溝槽內部摻雜不均勻，如果不對溝槽內部填充外延摻雜的縱向分布或N型外延層的縱向分布進行調整，會導致P和N的匹配在某一縱向範圍內的失配，從而導致擊穿電壓下降。但溝槽內的外延層摻雜縱向分布如何分析是一個難題，由於溝槽寬度小，深度深，常規分析方法，如擴展電阻法、四探針法、Hg探針法、SIMS等，都無法有效測量出SJ深溝槽內的外延層摻雜的縱向分布。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法，它可以有效分析出超級結深溝槽內外延層摻雜的縱向分布情況。為解決上述技術問題，本發明的測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法，包括以下步驟(I)在娃襯底上生長一層N型娃外延層；(2)在該N型矽外延層上刻蝕出溝槽；(3)用P型矽外延填充該溝槽；(4)將步驟(3)形成的P型矽外延層劃分為N層，測定該N層的總電阻Rs,6 ；(5)逐層去除P型矽外延層和相同厚度的N型矽外延層，且每去除一層，測定一次剩餘P型矽外延層的電阻Rs +直到測到第N層，其中，i為I N的自然數；(6)計算P型矽外延層每次去除部分的電阻RSi。所述溝槽的寬度為I 8微米，深度為10 50微米。所述N的值為2 90，且第N層的厚度大於O. 5微米。本發明的測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法，利用並聯電阻的測算原理，將整個深溝槽內的外延層分成多層電阻並聯，通過分別計算各層的電阻值，實現了對SJ溝槽內外延層摻雜的縱向分布情況的有效分析。
圖I是超級結的形成步驟圖2是本發明實施例中測量溝槽內外延層總電阻的示意圖；圖3是本發明實施例中第一次去除一定厚度的溝槽內外延層和襯底外延層後的情況不意圖；圖4是用開爾文法測定溝槽內外延層電阻的方法示意圖。圖中附圖標記說明如下 I :矽襯底2 :N型矽外延層3 :溝槽4 P型矽外延層
具體實施例方式為對本發明的技術內容、特點與功效有更具體的了解，現結合圖示的實施方式，詳述如下本發明利用溝槽內載流子的縱向濃度分布與外延層電阻(Rs)的縱向分布呈相反趨勢的原理，通過測定Rs來間接分析載流子的濃度，具體步驟如下I、在矽襯底I上生長一層N型矽外延層2，如圖I(A)所示。2、在N型矽外延層2上刻蝕出溝槽3，如圖I⑶所示。溝槽3的寬度為I 8微米，深度為10 50微米。在本實施例中，溝槽3寬5微米，深40微米。3、用P型矽外延填充溝槽3，形成P型矽外延層4，如圖I(C)所示。4、測量P型矽外延層4的總電阻Rs,6，如圖2所示。測量採用開爾文法，如圖4所示，在測試溝槽的四周分別引出四組溝槽(a，b，c，d)，測試針扎在這四組溝槽上，以消除扎針位置的偏差造成的測量誤差。以下外延層電阻的測量均採用此法。5、將P型矽外延層4劃分為N層(N為2 90)，每一層厚度為O. 5 5微米，第N層的厚度大於O. 5微米。6、用 CMP(Chemical Mechanical Planarization,化學機械平坦化)工藝，或幹法刻蝕工藝，或溼法刻蝕工藝，去除第一層P型矽外延層和與該層厚度相同的襯底N型矽外延層，如圖3所示。然後，用開爾文法測定餘下的溝槽內P型矽外延層的電阻Rs^1,計算去除的那部分P型矽外延層的電阻Rs1，計算公式為 Rs1 = (Rs 總 X Rs 總 _i) / (Rs 總 _「Rs 總)7、重複步驟6的操作，逐層去除溝槽3內的P型矽外延層和相同厚度的襯底N型矽外延層，每去除一層，就用開爾文法測定一次剩餘P型矽外延層的電阻Rs,為I N的自然數，直至測到P型矽外延層4的底部第N層，即總共重複操作N-I次。計算P型矽外延層每次去除部分的電阻Rsi,計算公式為Rsi= (Rs , _i+1 X Rs _i) / (Rs _i-Rs _i+1)上述步驟6、7中，去除外延層的操作首選CMP工藝。綜上，本發明利用已知兩個並聯電阻的總電阻及其中一個分電阻的阻值，可以求出另一個分電阻的阻值的原理，將整個深溝槽內的外延層分成多層電阻並聯，然後分別計算出各層的電阻值，如此即可分析出深溝槽內的外延層電阻值的縱向分布情況。
權利要求
1.一種測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法，包括步驟 (1)在娃襯底上生長一層N型娃外延層； (2)在該N型矽外延層上刻蝕出溝槽； (3)用P型矽外延填充該溝槽； 其特徵在於，還包括以下步驟 (4)將步驟(3)形成的P型矽外延層劃分為N層，測定該N層的總電阻Rs,6； (5)逐層去除P型矽外延層和相同厚度的N型矽外延層，且每去除一層，測定一次剩餘P型矽外延層的電阻Rs,6 +直到測到第N層，其中，i為I N的自然數； (6)計算P型矽外延層每次去除部分的電阻RSi。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述溝槽的寬度為1 8微米，深度為10 50微米。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述N的值為2 90，且第N層外延層的厚度大於O. 5微米。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(4)和(5)中，採用開爾文法測量電阻值。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(5)中，採用化學機械平坦化工藝或幹法刻蝕工藝或溼法刻蝕工藝，去除部分外延層。
6.如權利要求1或5所述的方法，其特徵在於，步驟(5)中，每次去除的外延層的厚度為O. 5 5微米。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(6)中，每次去除部分的電阻Rsi的計算公式為 -Rsi = (Rs 總-i+1 X Rs 總-1) / (Rs 總-1-Rs 總-i+1)
全文摘要
本發明公開了一種測量超級結深溝槽內外延層電阻縱向分布的方法，包括步驟(1)在矽襯底上生長N型矽外延層；(2)在N型矽外延層上刻蝕出溝槽；(3)用P型矽外延填充溝槽；(4)將P型矽外延層劃分為N層，測定N層的總電阻Rs總；(5)逐層去除P型矽外延層和與之相同厚度的N型矽外延層，每去除一層，就測定一次剩餘P型矽外延層的電阻Rs總-i，直到測到第N層；(6)計算P型矽外延層每次去除部分的電阻Rsi。該方法利用並聯電阻的測算原理，將整個深溝槽內的外延層分成多層電阻並聯，然後分別計算出各層的電阻值，從而能夠有效分析出SJ溝槽內外延層摻雜的縱向分布情況。
文檔編號G01R27/02GK102891093SQ201110202228
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者於源源, 劉繼全 申請人:上海華虹Nec電子有限公司