CN108807139A - 氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法，所述氧化硅生长***包括：反应腔室；支撑基座，位于所述反应腔室内，适于放置待测硅片；供气管路，与所述反应腔室内部相连通，适于向所述反应腔室内通入氧气；微波发生器，位于所述反应腔室顶部，适于产生微波，以将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体。本发明的氧化硅生长***通过微波发生器产生的微波将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体，由于氧等离子体具有非常高的活性，与待测硅片反应的速率非常快，可以在较短的时间内在待测硅片表面生长所需厚度的氧化硅层，大大提高了测试效率。

Description

氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法。
背景技术
目前，采用无损伤(non-destructive)方式测量外延层电阻率的方法主要有两种，分别是Air gap CV(ACV，气隙电容电压)和Air gap ac-SPV(AC-SPV，气隙表面光电压)。
其中，ACV采用常见的电容电压原理，可实现非接触式测量，然而，该方法具有一个较大的缺点：在测试的过程中，测试探针与待测硅片之间的间距过小，一般只有0.5μm左右，在这种情况下，待测硅片在快速移动过程中，容易碰撞到测试探针，造成待测硅片或测试探针的损失。
而AC-SPV是一种利用表面光电压测量外延层电阻率的手段，其测试探针与待测硅片之间的间距可以达到100μm以上，是一种相对安全的测量方式。AC-SPV的原理是：当待测硅片表面呈反型状态时，其耗尽层宽度是阻值的函数。然而，为了使p型待测硅片的表面反型，需要在待测硅片表面“撒”大量正电荷，同时，在测量过程中要保持电荷稳定。为了保持电荷表面稳定，需要在待测硅片表面形成一层电介质材料，一般是通过将待测硅片进行氧化以形成一层氧化硅层。在现有技术中，一般采用紫外光(UV)+起泡器(bubbler)水蒸气的方式在待测硅片表面生长湿氧氧化硅层，185nm的紫外光和氧气反应可以生长臭氧和更多的原子氧，254nm的紫外光和臭氧反应可以生长氧气和更多的原子氧，同时，水蒸气可以被185nm的紫外线分解生成OH-和H+；具体反应式如下：
O2+185nmUV→O3+O
O3+254nmUV→O2+O
H2O+185nmUV→OH+H+
其中，原子氧和OH-均有助于提高所述待测硅片表面氧化硅层生长的速率。然而，即使这样，采用紫外光光照的方式生长湿氧氧化硅层的效率依然很低，生长5～10nm的氧化硅层需要至少25分钟，这必然会严重影响机台的吞吐量(throughput)，大大降低测试效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法，用于解决现有技术中采用紫外光(UV)+起泡器(bubbler)水蒸气的方式在待测硅片表面生长湿氧氧化硅层而存在的氧化硅层生长效率较低，从而导致测试效率低下的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧化硅生长***，所述氧化硅生长***包括：
反应腔室；
支撑基座，位于所述反应腔室内，适于放置待测硅片；
供气管路，与所述反应腔室内部相连通，适于向所述反应腔室内通入氧气；
微波发生器，位于所述反应腔室顶部，适于产生微波，以将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体。
作为本发明的氧化硅生长***的一种优选方案，所述微波发生器的频率为2GHz～3GHz；所述微波发生器的功率为100W～1000W。
作为本发明的氧化硅生长***的一种优选方案，所述反应腔室的本底真空度为5Pa～10Pa。
作为本发明的氧化硅生长***的一种优选方案，所述氧等离子体中包括O2 -、O-及O2-。
作为本发明的氧化硅生长***的一种优选方案，所述氧化硅生长***还包括排气管路，所述排气管路与所述反应腔室内部相连通，适于反应后的气体排出。
本发明还提供一种氧化硅的生长方法，所述氧化硅的生长方法包括如下步骤：
1)提供待测硅片；
2)将所述待测硅片置于反应腔室内；
3)向所述反应腔室内通入氧气，并打开微波发生器产生微波，所述微波将所述氧气极化解离成氧等离子体，所述氧等离子与所述待测硅片反应以在所述待测硅片表面形成氧化硅。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间还包括向所述反应腔室内通入氧气进行预吹扫的的步骤。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤2)中，所述反应腔室的本底真空度为5Pa～10Pa。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤3)中，先向所述反应腔室内通入氧气，再打开所述微波发生器。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤3)中，先打开所述微波发生器，再向所述反应腔室内通入氧气。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤3)中，向所述反映腔室内通入氧气的同时，打开所述微波发生器。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤3)中，所述氧等离子体中包括O2 -、O-及O2-。
作为本发明的氧化硅的生长方法的一种优选方案，步骤3)中，所述微波发生器的频率为2GHz～3GHz；所述微波发生器的功率为100W～1000W。
本发明还提供一种半导体测试结构的制作方法，所述半导体测试结构适于无损伤测量外延层的电阻率，所述半导体测试结构的制作方法包括采用如上述任一方案中所述的氧化硅的生长方法在待测硅片表面生长氧化硅层的步骤。
如上所述，本发明的氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法，具有以下有益效果：本发明的氧化硅生长***通过微波发生器产生的微波将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体，由于氧等离子体具有非常高的活性，与待测硅片反应的速率非常快，可以在较短的时间内在待测硅片表面生长所需厚度的氧化硅层，大大提高了测试效率。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的氧化硅生长***的结构示意图。
图2显示为本发明实施例二中提供的氧化硅生长方法的流程图。
元件标号说明
1 反应腔室
2 支撑基座
3 待测硅片
4 供气管路
5 微波发生器
6 排气管路
7 氧等离子体
8 微波
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种氧化硅生长***，所述氧化硅生长***包括：反应腔室1；支撑基座2，所述支撑基座2位于所述反应腔室1内，适于放置待测硅片3；供气管路4，所述供气管路4与所述反应腔室1内部相连通，所述供气管路4适于向所述反应腔室1内通入氧气；微波发生器5，所述微波发生器5位于所述反应腔室1顶部，适于产生微波8，以将通入所述反应腔室1内的氧气极化解离成氧等离子体7。本发明的氧化硅生长***通过所述微波发生器5产生的微波8将通入所述反应腔室1内的氧气极化解离成氧等离子体7，由于氧等离子体7具有非常高的活性，所述氧等离子体7与所述待测硅片3反应的速率非常快，可以在较短的时间内在待测硅片3表面生长所需厚度的氧化硅层，可在5分钟内生长1nm～10nm厚度的原生氧化硅层，大大提高了测试效率。
作为示例，所述支撑基座2可以为静电吸盘，也可以为真空吸盘，优选地，本实施例中，所述支撑基座2为真空吸盘。
作为示例，所述微波发生器5的频率可以根据实际需要进行设定，优选地，所述微波发生器5的频率为2GHz～3GHz，更为优选地，本实施例中，所述微波发生器5的频率为2.4GHz；所述微波发生器5的功率可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述微波发生器5的功率为100W～1000W。
作为示例，所述反应腔室1的本底真空度可以为但不仅限于5Pa～10Pa。
作为示例，在所述微波8的作用下产生的所述氧等离子体7中包括O2 -、O-及O2-。
作为示例，所述氧化硅生长***还包括排气管路6，所述排气管路6与所述反应腔室1内部相连通，适于反应后的气体排出。
实施例二
请参阅图2，本发明还提供一种氧化硅的生长方法，所述氧化硅的生长方法基于实施例一中所述的氧化硅生长***实施，所述氧化硅的生长方法包括如下步骤：
1)提供待测硅片；
2)将所述待测硅片置于反应腔室内；
3)向所述反应腔室内通入氧气，并打开微波发生器产生微波，所述微波将所述氧气极化解离成氧等离子体，所述氧等离子与所述待测硅片反应以在所述待测硅片表面形成氧化硅。
在步骤1)中，请参阅图2中的S1步骤，提供待测硅片。
作为示例，在将所述待测硅片置于反应腔室内之前，还包括向所述反应腔室内通入氧气进行预吹扫的的步骤，这样可以将所述反应腔室内的残留气体或杂质尽量排出，以免对后续的工艺造成不良影响。
在步骤2)中，请参阅图2中的S2步骤，将所述待测硅片置于反应腔室内。
作为示例，如实施例一中所述，所述反应腔室内设置有支撑基座，所述支撑基座优选为真空吸盘；所述待测硅片置于所述反应腔室内实为置于所述反应腔室内的所述真空吸盘上，并被所述真空吸盘所吸附。
作为示例，所述反应腔室的本底真空度为5Pa～10Pa。
在步骤3)中，请参阅图2中的S3步骤，向所述反应腔室内通入氧气，并打开微波发生器产生微波，所述微波将所述氧气极化解离成氧等离子体，所述氧等离子与所述待测硅片反应以在所述待测硅片表面形成氧化硅。
在一示例中，可以先向所述反应腔室内通入氧气，再打开所述微波发生器。
在另一示例中，可以先打开所述微波发生器，再向所述反应腔室内通入氧气。
在又一示例中，还向所述反映腔室内通入氧气的同时，打开所述微波发生器。
作为示例，所述氧等离子体中包括O2 -、O-及O2-。
作为示例，所述微波发生器的频率为2GHz～3GHz，优选地，本实施例中，所述微波发生器的频率为2.4GHz；所述微波发生器的功率为100W～1000W。
实施例三
本发明还提供一种半导体测试结构的制作方法，所述半导体测试结构适于无损伤测量外延层的电阻率，所述半导体测试结构的制作方法包括采用如实施例二中所述的氧化硅的生长方法在待测硅片表面生长氧化硅层的步骤。采用如实施例二中所述的氧化硅的生长方法在待测硅片表面生长氧化硅层的具体方法请参阅实施例二，此处不再累述。
综上所述，本发明提供一种氧化硅生长***、方法及半导体测试结构的制作方法，所述氧化硅生长***包括：反应腔室；支撑基座，位于所述反应腔室内，适于放置待测硅片；供气管路，与所述反应腔室内部相连通，适于向所述反应腔室内通入氧气；微波发生器，位于所述反应腔室顶部，适于产生微波，以将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体。本发明的氧化硅生长***通过微波发生器产生的微波将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体，由于氧等离子体具有非常高的活性，与待测硅片反应的速率非常快，可以在较短的时间内在待测硅片表面生长所需厚度的氧化硅层，大大提高了测试效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种氧化硅生长***，其特征在于，所述氧化硅生长***包括：
反应腔室；
支撑基座，位于所述反应腔室内，适于放置待测硅片；
供气管路，与所述反应腔室内部相连通，适于向所述反应腔室内通入氧气；
微波发生器，位于所述反应腔室顶部，适于产生微波，以将通入所述反应腔室内的氧气极化解离成氧等离子体。
2.根据权利要求1所述的氧化硅生长***，其特征在于：所述微波发生器的频率为2GHz～3GHz；所述微波发生器的功率为100W～1000W。
3.根据权利要求1所述的氧化硅生长***，其特征在于：所述反应腔室的本底真空度为5Pa～10Pa。
4.根据权利要求1所述的氧化硅生长***，其特征在于：所述氧等离子体中包括O2 -、O-及O2-。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧化硅生长***，其特征在于：所述氧化硅生长***还包括排气管路，所述排气管路与所述反应腔室内部相连通，适于反应后的气体排出。
6.一种氧化硅的生长方法，其特征在于，所述氧化硅的生长方法包括如下步骤：
1)提供待测硅片；
2)将所述待测硅片置于反应腔室内；
3)向所述反应腔室内通入氧气，并打开微波发生器产生微波，所述微波将所述氧气极化解离成氧等离子体，所述氧等离子与所述待测硅片反应以在所述待测硅片表面形成氧化硅。
7.根据权利要求6所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤1)与步骤2)之间还包括向所述反应腔室内通入氧气进行预吹扫的的步骤。
8.根据权利要求6中所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤2)中，所述反应腔室的本底真空度为5Pa～10Pa。
9.根据权利要求6所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤3)中，先向所述反应腔室内通入氧气，再打开所述微波发生器。
10.根据权利要求6所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤3)中，先打开所述微波发生器，再向所述反应腔室内通入氧气。
11.根据权利要求6所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤3)中，向所述反映腔室内通入氧气的同时，打开所述微波发生器。
12.根据权利要求6所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤3)中，所述氧等离子体中包括O2 -、O-及O2-。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的氧化硅的生长方法，其特征在于：步骤3)中，所述微波发生器的频率为2GHz～3GHz；所述微波发生器的功率为100W～1000W。
14.一种半导体测试结构的制作方法，所述半导体测试结构适于无损伤测量外延层的电阻率，其特征在于，所述半导体测试结构的制作方法包括采用如权利要求6至13中任一项所述的氧化硅的生长方法在待测硅片表面生长氧化硅层的步骤。
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