一种提高半导体掺杂浓度测试精度的方法与流程

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种提高半导体掺杂浓度测试精度的方法。

背景技术：

对于半导体器件的设计和制造而言，器件中载流子浓度、掺杂厚度以及杂质分布都是必须严格控制的参数，这就要求对载流子的浓度及分布有更精确可靠的测量。目前半导体掺杂浓度的测试方法主要有：

霍尔效应实验法（hall）：置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象就是霍尔效应，霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用引起的偏转，由于其装置简单，测量方便、快捷，测量精度高，测量范围广，测量误差仅在5%，电学量容易显示，且灵敏度高，通过测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以得到半导体材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数，理论上可以测量任意形状的厚度均匀的单层薄膜样品。例如t.alzanki等在电阻率为2~10ω.cm的p型（100）si片上进行sb离子注入，然后在氮气氛围下对si进行600~1100℃快速热处理10s，从而形成超浅结，并以in/ga合金为欧姆接触，进行霍尔效应测试，并结合二次离子注入技术，得到测试精度为2nm的载流子浓度分布，其测试结果和sims结果相吻合。

电化学电容-电压法（ecv）：利用特定的电解液来形成势垒并对半导体加以正向偏压（p型）或者反向偏压（n型加以光照）进行表面腐蚀去除已电解的材料，通过自动装置重复“腐蚀-测量”循环得到测量曲线，然后利用法拉第定律，对腐蚀电流进行积分就可以连续得到腐蚀深度，理论上测量深度是无限的，可以测量多层结构的样品，不受外延结构影响。

现有技术存在如下的问题：ecv测试存在误差。由于潜在的物理原因而导致误差的原理是多方面的。实际上，当样品的表面层掺杂浓度太高或者接触电阻太高或者腐蚀不好的情况下，误差都会增加，样品中存在的晶体缺陷会产生过腐蚀从而对测量的精度和可重复性产生影响。一般来说，腐蚀表面粗糙不平不仅会导致腐蚀坑深度的测量不准，而且有可能导致多层结构不同层之间通过电解液相连，从而进一步引起测量误差，误差一般在20%左右，而且测试需要形成肖特基势垒。而霍尔测试需要制样，属于破坏性测试，被测量的外延层厚度有限制，外延层和衬底之间必须是pn结。霍尔测试虽然测量精度高，但是仅能测试单层结构。现有技术中，在校准半导体光电器件掺杂时，均使用逐层生长，逐层验证，衬底不能重复使用，对经济效益是一种损失，浪费人力物力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高半导体掺杂浓度测试精度的方法，该方法有利于提高半导体掺杂浓度测试的准确性和可靠性，且不影响量产片流片及生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高半导体掺杂浓度测试精度的方法，包括以下步骤：

1）在量产fp激光器结构基础上生长需要测试的掺杂层，即在fp激光器的cap层上生长保护层，然后继续生长待测试的掺杂层；

2）在生长的掺杂层上进行ecv测试和霍尔测试；

3）通过霍尔测试的测试结果校准ecv测试的测试结果，获得掺杂层更精确的掺杂浓度；

4）清洗掉测试完成的掺杂层；

5）如果还有其他需要测试的掺杂层，继续在保护层上生长该掺杂层，然后重复步骤2-4，否则清洗掉保护层，测试结束。

进一步地，所述激光器为2.5g1310fp激光器。

进一步地，所述cap层为p-inp层，所述保护层为具有设定厚度的p-inp层。

进一步地，所述p-inp层的厚度为400nm。

进一步地，先在待测试的掺杂层上进行ecv测试，再在其上制样，进行霍尔测试。

进一步地，在fp激光器上生长的掺杂层为该fp激光器层叠结构中不同生长层之一。

进一步地，采用h3po4：h2o2：h2o=1：8：20的配制溶液来清洗掺杂层和保护层。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明将霍尔测试和ecv测试相结合，校准并提高ecv测试的精度，提高半导体光电器件制造过程中掺杂浓度测试的可信度及准确性，从而能够更加准确得出半导体材料实际掺杂浓度，减小因环境及设备自身干扰而引起的测试误差。此外，该方法在cap层上生长需要测试的单层材料进行标定，不影响后期工艺线流片和产品产出。

附图说明

图1是本发明实施例的方法实现流程图。

图2是本发明实施例中fp激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种提高半导体掺杂浓度测试精度的方法，包括以下步骤：

1）在如图2所示的量产2.5g1310fp激光器结构基础上生长需要测试的掺杂层，即在fp激光器的cap层上生长保护层，然后继续生长待测试的掺杂层。

在本实施例中，所述cap层为p-inp层，所述保护层为400nm厚的p-inp层。在fp激光器上生长的掺杂层为该fp激光器层叠结构中不同生长层之一。

2）在生长的掺杂层上进行ecv测试和霍尔测试。

在本实施例中，先在待测试的掺杂层上进行ecv测试，再在其上制样，进行霍尔测试。

进行ecv测试的方法为：首先用ecv测试p-1300ingaasp层掺杂浓度，使用nanometricsecvpro设备，电解液为乙二胺四乙酸二钠溶液（edta），选用inp材料，首先确认载物台、电解液、泵、去离子水、废液瓶等是否符合测试标准，然后打开ecvpro测试软件，把待测样品放置在载物台上，确认front-contact接触角与样品有很好的接触，打开真空泵，关好仓门，在测试界面输入waferid，确认存储路径，确认contactresistance数值，在测试仪右侧旋转dimmer旋钮，调节灯光亮度，查看ccd影像，若出现起泡，点击bubblepurge消除气泡（最多purge2次），点击finish结束samplemounting。确认掺杂类型（p/n），测出三组数值，在ivcurve界面选择重合点位置，画出iv曲线，在cvcurve界面，选择线的最低平稳处点击左键设置值，在确认测试结果的稳定性（v-meas、i-meas、dis.fac、n-parall、n-series、n-3term），然后设置测定深度、速率、面积、电压值，最后点击start开始测量，每隔5min左右暂停测量，确认c-v曲线的设置值是否偏移，无偏移则继续测量，测量结束后，点击save保存图像，选用normaldemount模式，完整摆放cell内电解液并用diwater进行清洗，约3min，关闭dimmer旋钮，打开前门，移开frontcontact接触角，关闭真空泵，取出样片，关闭前门，点击finish完成measureprocess。

进行霍尔试验的方法为：在室温霍尔试验测得室温下的载流子浓度，使用rh2035hallsystem，在生长完成的样品上选取合适的区域，样品尺寸1cm*1cm，用电烙铁在样品边缘点4个in点，打开电脑，打开霍尔效应测试仪开关，预热10min，将制作好的样品加持在带有4个探针的样品板上，并将样品板插入样品卡槽中，最后将样品卡槽放在测试腔上，打开“hall”测试软件，选择configurationmode，programmodehardwareconfiguration，pathmode，输入测试参数（date、user、sample、temp、delay），当程序提示“insertmagnetn->s”，从标有“n”的一端将磁铁插入测试腔的另一端插入，点击ok，当程序提示“insertmagnets->n”时，取出磁铁，从另一端插入，点击ok，测试完成时，移出磁铁，然后保存数据，取出样品，关闭测试程序、霍尔测试仪、电脑。

3）通过霍尔测试的测试结果校准ecv测试的测试结果，获得掺杂层更精确的掺杂浓度；

4）清洗掉测试完成的掺杂层。

5）如果还有其他需要测试的掺杂层，继续在保护层上生长该掺杂层，然后重复步骤2-4，否则清洗掉保护层，测试结束。

在本实施例中，采用h3po4：h2o2：h2o=1：8：20的配制溶液来清洗掺杂层和保护层。

该方法不会影响量产片流片及生产。

具有掺杂特性的半导体材料贯穿整个制造工艺，及时掌握外延结构中实际与理论的掺杂情况，对产品性能提升以及异常排查具有一定的实际意义，进而在一定程度上提高产品竞争力。本发明方法将现有的掺杂测试手段相结合，能够对材料掺杂进行准确标定，对进一步推动半导体掺杂测试结果的可信度，对推动半导体器件性能的提升以及发展有一定现实意义。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。