本发明公开了一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法，对使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态；清洗；对清洗过的轻掺杂晶圆片进行处理使其生长氧化层；进行N型或P型杂质注入；进行高温处理；进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；进行清洗，即得到外延膜厚监控片。本发明制备的膜厚监控片的表面掺杂浓度均匀性远远优于CZ法制作的重掺杂衬底片，增加了试炉膜厚结果的准确性，使监控结果能够真实反应机台工艺状态，最大程度降低由于监控片监控结果的不准确造成的物料损失，产能降低及产品工艺参数超标。
1.一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态，当使用过的晶圆片表面为裸硅状态时，则不需表面处理；
步骤三：对经步骤二清洗过的晶圆片进行N型或P型杂质注入；
步骤四：将步骤三中注入N型或P型杂质的晶圆片进行高温处理；
步骤五：将步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗，即得到外延膜厚监控片；
步骤二及步骤六中的清洗过程均为：首先于110～120℃下，利用体积比为3:1～5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3～7分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1～50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20～60秒，再用去离子水冲洗5～10分钟；
最后于60～80℃下，利用体积比为1:1:5～1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5～
所述步骤二与步骤三之间还有如下步骤：对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧或湿氧的气氛下，于常压、750℃～1150℃的温度下生成的，氧化时间为10～60分钟，当通入干氧时，干氧流量为8～16slm，当通入湿氧时，湿氧中氧气与氢气的流量比为1:1～1:1.68；步骤三是对经过此步骤的晶圆片进行N型或P型杂质注入。
2.根据权利要求1所述的一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的使用过的晶圆片为使用过的氧化膜厚监控片、氮化硅膜厚监控片、外延膜厚监控片或外延电阻率监控片中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长厚度为 的氧化层。
4.根据权利要求1所述的一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，步骤三中进行N型或P型杂质注入时的注入能量为50kev～150kev，注入量为2.5E15～7.5E15。
5.根据权利要求1所述的一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，步骤四中高温处理的温度范围为1150～1250℃。
6.根据权利要求1所述的一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤五中均采用纯氢氟酸对晶圆片表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态。
7.一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选择掺硼，<100>晶向，电阻率为0.1～100ohm·cm，已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片，晶圆片上生长有1000埃氧化层；
步骤一：采用纯氢氟酸对已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态；
步骤二：对步骤一得到的表面呈裸硅状态的晶圆片清洗：首先于120℃下，利用体积比为5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20秒，再用去离子水冲洗5分钟；最后于60℃下，利用体积比为1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干；
对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧气氛下，于常压、850℃的温度下生成的，氧化时间为40分钟，其中通入干氧的流量为16slm，使生成的氧化层的厚度为步骤三：对经步骤二处理的晶圆片进行N型杂质注入，其中，注入杂质为锑，注入能量为
步骤四：将步骤三中注入N型锑杂质的晶圆片于1250℃的温度下进行高温处理；
步骤五：采用纯氢氟酸对步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗：首先于120℃下，利用5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟；然后于室温下，利用10:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20秒，再用去离子水冲洗5分钟；最后于120℃下，利用1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干，即得到N型外延膜厚监控片。
8.一种高精度外延膜厚监控片，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的高精度外延膜厚监控片的制备方法制得。
一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法。
背景技术
[0002] 通常的外延为单层外延结构(如图1所示)，如需要精确测量外延厚度，则需将低掺杂的外延层淀积到高掺杂浓度的衬底晶圆片上，使用红外反射测量技术进行测量。红外反射测量技术为达成良好测量，要求高浓度衬底层的电阻率应小于0.02Ω·cm，这是由于其测试机理是将红外光IR经过迈克耳逊干涉仪后入射到硅外延表面，通过对IR分别在外延表面和衬底表面的反射光形成的干涉图样的分析计算外延层厚度。轻掺杂的外延层对于波长在2.5到50μm范围内的红外光谱相对是透明的，但重掺杂的基底对于在此范围内辐射起到反射表面的作用，因此红外反射技术可用于确定外延层的厚度。
[0003] 在一般的外延单晶硅生产线，外延工艺机台往往需要使用某一类重掺杂晶圆片进行外延机台状态的评估，这类晶圆片被称为监控片，负责外延机台的工程师就是通过监控片来判定机台是否可以继续进行产品生产。
[0004] 外延膜厚监控片使用重掺杂晶圆片，由于此类晶圆掺杂一般是在CZ法制作晶棒时进行的掺杂，圆片表面的掺杂浓度均匀性一般很难做到很好。监控片表面的掺杂浓度存在差异越大，外延厚度量测准确定受到的影响就会越大。假设同样的外延厚度，高掺杂浓度的表面测得的数据会比相对低掺杂浓度表面测得的数据小，这种现象会随着淀积温度的升高而越发严重。最不理想的情况是淀积膜厚薄的位置衬底表面浓度比淀积膜厚厚的位置衬底表面浓度更高，这将导致测得的数据与实际的工艺状态相差甚远。也就是说，表面杂质浓度均匀性差会影响到红外反射测量的准确性，影响到工程师对当前机台状态的判断，导致产品良率不能有效控制。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种高精度外延膜厚监控片及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明制备的膜厚监控片的表面掺杂浓度均匀性远远优于CZ法制作的重掺杂衬底片，增加了试炉膜厚结果的准确性，使监控结果能够真实反应机台工艺状态，最大程度降低由于监控片监控结果的不准确造成的物料损失，产能降低及产品工艺参数超标。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：对使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态，当使用过的晶圆片表面为裸硅状态时，则不需表面处理；
[0009] 步骤二：对表面呈裸硅状态的晶圆片清洗；
[0010] 步骤三：对经步骤二清洗过的晶圆片进行N型或P型杂质注入；
[0011] 步骤四：将步骤三中注入N型或P型杂质的晶圆片进行高温处理；
[0012] 步骤五：将步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0013] 步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗，即得到外延膜厚监控片。
[0014] 进一步地，步骤一中所述的使用过的晶圆片为使用过的氧化膜厚监控片、氮化硅膜厚监控片、外延膜厚监控片或外延电阻率监控片中的一种。
[0015] 进一步地，步骤二及步骤六中的清洗过程均为：首先于110～120℃下，利用体积比为3:1～5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3～7分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1～50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20～60秒，再用去离子水冲洗5～10分钟；最后于60～80℃下，利用体积比为1:1:5～1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5～10分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟后甩干。
[0016] 进一步地，所述步骤二与步骤三之间还有如下步骤：对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧或湿氧的气氛下，于常压、750℃～1150℃的温度下生成的，氧化时间为10～60分钟，当通入干氧时，干氧流量为8～16slm，当通入湿氧时，湿氧中氧气与氢气的流量比为1:1～1:1.68；步骤三是对经过此步骤的晶圆片进行N型或P型杂质注入。
[0017] 进一步地，对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长厚度为 的氧化层。
[0018] 进一步地，步骤三中进行N型或P型杂质注入时的注入能量为50kev～150kev，注入量为2.5E15～7.5E15。
[0019] 进一步地，步骤四中高温处理的温度范围为1150～1250℃。
[0020] 进一步地，步骤一和步骤五中均采用纯氢氟酸对晶圆片表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态。
[0021] 一种高精度外延膜厚监控片的制备方法，包括以下步骤：
[0022] 选择掺硼，<100>晶向，电阻率为0.1～100ohm·cm，已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片，晶圆片上生长有1000埃氧化层；
[0023] 步骤一：采用纯氢氟酸对已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0024] 步骤二：对步骤一得到的表面呈裸硅状态的晶圆片清洗：首先于120℃下，利用体积比为5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20秒，再用去离子水冲洗5分钟；最后于60℃下，利用体积比为1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干；
[0025] 对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧气氛下，于常压、850℃的温度下生成的，氧化时间为40分钟，其中通入干氧的流量为16slm，使生成的氧化层的厚度为 ；
[0026] 步骤三：对经步骤二处理的晶圆片进行N型杂质注入，其中，注入杂质为锑，注入能量为75kev，注入量为3.2E15；
[0027] 步骤四：将步骤三中注入N型锑杂质的晶圆片于1250℃的温度下进行高温处理；
[0028] 步骤五：采用纯氢氟酸对步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0029] 步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗：首先于120℃下，利用5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟；然后于室温下，利用10:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20秒，再用去离子水冲洗5分钟；最后于120℃下，利用1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干，即得到N型外延膜厚监控片。
[0030] 一种利用上述制备方法得到的高精度外延膜厚监控片。
[0031] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0032] 本发明制备的膜厚监控片，可以实现外延膜厚的监控。衬底可以是已作其它用途使用过的晶圆片，所以作为制备来源的晶圆片的成本可以大大降低。通过对本发明制备的外延膜厚监控片做方阻测试，方阻测试均匀性在3％以内，说明表面掺杂浓度均匀性良好，使用常规外延监控片类型0.008～0.02Ω·cm晶圆片和本发明制备的膜厚监控片进行对比，发现制备的膜厚监控片测试的数据与产品实际厚度更接近，尤其是均匀性数据，常规膜厚监控片测试的均匀性数据较差就使因为监控片本身表面杂质浓度均匀性差，本发明制备的圆片由于表面浓度是通过注入精确控制，故均匀性较好，本发明可以最准确的监控到外延炉的状态，最大程度的提升产能和优化工艺，杜绝由于监控片导致的产品异常和产能降低。
附图说明
[0033] 图1为通常的单层外延结构；
[0034] 图2为本发明制备的监控片的方阻测试数据；
[0035] 图3为本发明制备的监控片与常规监控片的膜厚数据对比图；
[0036] 图4为本发明制备的监控片与常规监控片的第一组膜厚数据对比图；
[0037] 图5为本发明制备的监控片与常规监控片的第二组膜厚数据对比图；
[0038] 图6为本发明制备的监控片与常规监控片的第三组膜厚数据对比图。
具体实施方式
[0039] 下面对本发明作进一步详细描述：
[0040] 步骤一：采用纯氢氟酸对使用过的晶圆片(氧化膜厚监控片、氮化硅膜厚监控片、外延膜厚监控片或外延电阻率监控片，其中使用过的外延膜厚监控片的表面即为裸硅状态，则不需表面处理)的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0041] 步骤二：对步骤一得到的表面呈裸硅状态的晶圆片清洗：首先于110～120℃下，利用体积比为3:1～5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3～7分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1～50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20～60秒，再用去离子水冲洗5～10分钟；最后于60～80℃下，利用体积比为1:1:5～1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5～10分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟后甩干；
[0042] 对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧或湿氧的气氛下，于常压、750℃～1150℃的温度下生成的，氧化时间为10～60分钟，当通入干氧时，干氧流量为8～16slm，当通入湿氧时，湿氧中氧气与氢气的流量比为1:1～1:1.68，且生成的氧化层的厚度为 ；
[0043] 步骤三：对生长了氧化层的晶圆片进行N型或P型杂质注入，其中，注入能量为50kev～150kev，注入量为2.5E15～7.5E15；
[0044] 步骤四：将步骤三中注入N型或P型杂质的晶圆片于1150～1250℃的温度下进行高温处理；
[0045] 步骤五：采用纯氢氟酸对步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0046] 步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗：首先于110～120℃下，利用体积比为3:1～5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3～7分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1～50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20～60秒，再用去离子水冲洗5～
10分钟；最后于60～80℃下，利用体积比为1:1:5～1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5～10分钟，再用去离子水冲洗5～10分钟后甩干；即得到外延膜厚监控片。
[0047] 下面结合实施例对本发明的实施过程作进一步详细说明：
[0048] 实施例1
[0049] 选择掺硼，<100>晶向，电阻率为0.1～100ohm·cm，已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片，晶圆片上生长有1000埃氧化层；
[0050] 步骤一：采用纯氢氟酸对已作为氧化膜厚监控片使用过的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0051] 步骤二：对步骤一得到的表面呈裸硅状态的晶圆片清洗：首先于120℃下，利用体积比为5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟；然后于室温下，利用体积比为10:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20秒，再用去离子水冲洗5分钟；最后于60℃下，利用体积比为1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干；
[0052] 对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧气氛下，于常压、850℃的温度下生成的，氧化时间为40分钟，其中通入干氧的流量为16slm，使生成的氧化层的厚度为 ；
[0053] 步骤三：对经步骤二处理的晶圆片进行N型杂质注入，其中，注入杂质为锑，注入能量为75kev，注入量为3.2E15；
[0054] 步骤四：将步骤三中注入N型锑杂质的晶圆片于1250℃的温度下进行高温处理；
[0055] 步骤五：采用纯氢氟酸对步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0056] 步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗：首先于120℃下，利用5:1的硫酸/双氧水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟；然后于室温下，利用10:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡20秒，再用去离子水冲洗5分钟；最后于120℃下，利用1:2:10的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干，即得到N型外延膜厚监控片。
[0057] 实施例2
[0058] 选择掺硼，<111>晶向，电阻率为8～13ohm·cm的已作为外延膜厚监控片使用过的晶圆片，晶圆片上生长有11微米3.2Ω﹒cm的N型外延；
[0059] 步骤一：已作为外延膜厚监控片使用过的晶圆片的表面已经为裸硅状态，不需表面处理；
[0060] 步骤二：对上述晶圆片清洗：首先于110℃下，利用体积比为3:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3分钟，再用去离子水冲洗7分钟；然后于室温下，利用体积比为50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡60秒，再用去离子水冲洗10分钟；最后于80℃下，利用体积比为1:1:5的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡10分钟，再用去离子水冲洗10分钟后甩干；
[0061] 对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在干氧气氛下，于常压、750℃的温度下生成的，氧化时间为10分钟，其中通入干氧的流量为8slm，使生成的氧化层的厚度为 ；
[0062] 步骤三：对经步骤二处理的晶圆片进行N型杂质注入，其中，注入杂质为锑，注入能量为50kev，注入量为7.5E15；
[0063] 步骤四：将步骤三中注入N型锑杂质的晶圆片于1200℃的温度下进行高温处理；
[0064] 步骤五：采用纯氢氟酸对步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0065] 步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗：首先于110℃下，利用体积比为3:1的硫酸/双氧水混合液浸泡3分钟，再用去离子水冲洗7分钟；然后于室温下，利用体积比为50:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡60秒，再用去离子水冲洗10分钟；最后于80℃下，利用体积比为1:1:5的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡5分钟，再用去离子水冲洗5分钟后甩干，即得到N型外延膜厚监控片。
[0066] 实施例3
[0067] 选择掺磷，<100>晶向，电阻率为4～7ohm·cm的已作为氮化硅膜厚监控片的晶圆片，晶圆片上生长有1500埃氮化硅；
[0068] 步骤一：采用纯氢氟酸对已作为氮化硅膜厚监控片的晶圆片的表面进行处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0069] 步骤二：对步骤一得到的表面呈裸硅状态的晶圆片清洗：首先于115℃下，利用体积比为4:1的硫酸/双氧水混合液浸泡7分钟，再用去离子水冲洗10分钟；然后于室温下，利用体积比为30:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡40秒，再用去离子水冲洗8分钟；最后于70℃下，利用体积比为3:4:20的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡7分钟，再用去离子水冲洗7分钟后甩干；
[0070] 对步骤二清洗过的晶圆片进行处理使其生长氧化层，其中氧化层是在湿氧气氛下，于常压、1150℃的温度下生成的，氧化时间为60分钟，其中湿氧中氧气与氢气的流量比为1:1～1:1.68，且生成的氧化层的厚度为 ；
[0071] 步骤三：对经步骤二处理的晶圆片进行P型杂质注入，其中，注入杂质为硼，注入能量为150kev，注入量为2.5E15；
[0072] 步骤四：将步骤三中注入P型硼杂质的晶圆片于1150℃的温度下进行高温处理；
[0073] 步骤五：采用纯氢氟酸对步骤四得到的晶圆片进行表面处理，使其表面呈现裸硅状态；
[0074] 步骤六：将步骤五得到的晶圆片进行清洗：首先于115℃下，利用体积比为4:1的硫酸/双氧水混合液浸泡7分钟，再用去离子水冲洗10分钟；然后于室温下，利用体积比为30:1的氢氟酸/去离子水混合液浸泡40秒，再用去离子水冲洗8分钟；最后于70℃下，利用体积比为3:4:20的氨水/双氧水/去离子水混合液浸泡7分钟，再用去离子水冲洗7分钟后甩干；即得到N型外延膜厚监控片。
