一种半导体掺杂浓度分布的测量样片及其制备方法与流程

本发明涉及套刻精度测量，具体为一种半导体掺杂浓度分布的测量样片及其制备方法。

背景技术：

1、随着半导体技术的快速发展，对半导体材料的掺杂浓度分布精度要求日益提高。掺杂浓度直接影响半导体器件的电气性能，如载流子浓度、迁移率和阈值电压等。因此，精确控制半导体中的掺杂分布对于提高器件性能至关重要。

2、传统的半导体制备技术，如化学气相沉积(cvd)和物理气相沉积(pvd)，虽然在工业生产中被广泛使用，但在掺杂精度和材料均匀性方面存在局限。这些方法通常难以实现纳米级别的掺杂精度控制，且在高温处理过程中可能导致掺杂材料的扩散，从而影响器件的整体性能和一致性。

3、此外，现有技术中常用的掺杂浓度检测方法，如二次离子质谱(sims)和霍尔效应测量，虽然可以提供准确的掺杂分布数据，但这些方法通常是破坏性的，不适合在线或实时测量。因此，开发一种能够非破坏性、实时且高精度测量半导体掺杂浓度分布的方法变得尤为重要。

4、在掺杂材料的选择方面，现有技术中常用的掺杂材料如磷、硼等虽然有效，但在特定应用下可能不足以提供所需的电性能或化学稳定性。此外，传统的光刻技术也面临着分辨率和对齐精度的限制，这在多层结构的半导体器件制造中尤为关键。

5、针对上述技术挑战，本发明提出了一种新型的半导体掺杂浓度分布的测量样片及其制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种半导体掺杂浓度分布的测量样片及其制备方法，通过采用脉冲化学气相沉积和原子层沉积技术，结合纳米级光刻和量子点增强的光电导传感器层，有效解决了现有技术中半导体掺杂浓度控制精度低、掺杂均匀性差和掺杂浓度测量方法破坏性强的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，包括基底，所述基底为多层结构，其每层具有通过梯度控制掺杂材料得到的不同的掺杂浓度，所述基底的每层均嵌入有光刻标记，所述基底的上表面设置有薄膜，所述基底的下表面设置有光电导传感器层。

3、优选的，所述薄膜的材料为高透光率的二氧化硅。

4、优选的，每层所述掺杂材料任选磷、硼、砷、铟和稳定化添加剂中的一种或多种。

5、优选的，所述稳定化添加剂任选氮化硅、钼、氧化铝和有机镓化合物中的一种。

6、优选的，所述光电导传感器层采用量子点增强材料制备。

7、一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，包括以下步骤：

8、s1、提供一个预先准备的多层半导体基底；

9、s2、利用先进的光刻技术，在每个掺杂层中形成纳米级的标记；

10、s3、使用脉冲化学气相沉积方法逐层沉积掺杂材料，并利用原子层沉积技术进行精细调控；

11、s4、在每次沉积后进行低温等离子体处理，以提升材料的电性能和化学稳定性；

12、s5、制备量子点增强的光电导传感器层。

13、优选的，所述s2步骤具体包括以下步骤：

14、s2.1、采用紫外光刻或电子束光刻中的一种高精度光刻技术；

15、s2.2、均匀涂覆一层光刻胶到半导体基底上；

16、s2.3、通过掩模将光束精确曝光到光刻胶上，然后进行显影处理，形成所需的纳米级标记；

17、s2.4、去除多余的光刻胶，清洁出纳米标记的精确图案。

18、优选的，所述s3步骤具体包括以下步骤：

19、s3.1、配置脉冲化学气相沉积设备的参数，脉冲时间在1-1000毫秒，气体流速在1-500标准立方厘米每分钟，温度在100℃-800℃；

20、s3.2、通过精确控制化学气体的流动和反应时间，逐层沉积掺杂材料；

21、s3.3、利用原子层沉积技术精确控制每层材料的厚度和成分，确保掺杂浓度的均匀性和一致性。

22、优选的，所述s4步骤具体包括以下步骤：

23、s4.1、设置等离子体处理设备的参数，处理时间设置在30秒-2分钟，功率设置在100-500瓦，气体类型包括氩、氮、氢或氧；

24、s4.2、每完成一层材料的沉积后，使用等离子体技术进行表面处理，以改善材料的电性能和化学稳定性；

25、s4.3、通过电性能测试和材料分析确保等离子体处理达到预期效果。

26、优选的，所述s5步骤具体包括以下步骤：

27、s5.1、选择适合的量子点材料，如cdse、pbs，量子点尺寸在2-10纳米之间；

28、s5.2、通过溶液处理或化学气相沉积方法将量子点材料整合到光电导传感器层中，量子点浓度在1％-10％之间；

29、s5.3、利用纳米刻蚀技术精确控制量子点的分布和密度，量子点密度需控制在±5纳米以内；

30、s5.4、进行光学和电学性能测试以确保传感器层达到设计指标。

31、本发明提供了一种半导体掺杂浓度分布的测量样片及其制备方法。具备以下有益效果：

32、1、本发明通过使用脉冲化学气相沉积法和原子层沉积技术，可以更精确地控制掺杂材料的沉积过程，确保每一层掺杂材料的厚度和成分都严格按照设计要求，该方法较传统的化学气相沉积技术提供了更高的分辨率和重现性。

33、2、本发明通过引入纳米尺度的光刻标记可以极大提高套刻精度测量的准确性，能够确保电路图案的准确转移，从而提高整个芯片的性能。

34、3、本发明通过在半导体基底上添加一层高透光率的二氧化硅薄膜，可以保护下面的敏感掺杂层不受环境因素如湿度和污染的影响，增加了制造过程的稳定性和最终产品的可靠性。

35、4、本发明通过设计集成的光电导传感器层，采用量子点增强材料，可有效提高测量的灵敏度和分辨率，使得该样片可在不同波长下进行测量，增强了样片的功能性，使其能够适应更广泛的测量需求和环境。

36、5、本发明在制备过程中，在每次沉积后进行的低温等离子体处理可以优化掺杂材料的电性能和化学稳定性，避免了传统高温退火容易导致材料性能退化的问题。

技术特征：

1.一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，包括基底(1)，其特征在于，所述基底(1)为多层结构，其每层具有通过梯度控制掺杂材料得到的不同的掺杂浓度，所述基底(1)的每层均嵌入有光刻标记(4)，所述基底(1)的上表面设置有薄膜(2)，所述基底(1)的下表面设置有光电导传感器层(3)。

2.根据权利要求1所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，其特征在于，所述薄膜(2)的材料为高透光率的二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，其特征在于，每层所述掺杂材料任选磷、硼、砷、铟和稳定化添加剂中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，其特征在于，所述稳定化添加剂任选氮化硅、钼、氧化铝和有机镓化合物中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，其特征在于，所述光电导传感器层采用量子点增强材料制备。

6.一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，其特征在于，用于制备上述权利要求书1-5任一项所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，其特征在于，所述s2步骤具体包括以下步骤：

8.根据权利要求6所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，其特征在于，所述s3步骤具体包括以下步骤：

9.根据权利要求6所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，其特征在于，所述s4步骤具体包括以下步骤：

10.根据权利要求6所述的一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，其特征在于，所述s5步骤具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及套刻精度测量领域，公开了一种半导体掺杂浓度分布的测量样片，包括基底，所述基底为多层结构，其每层具有通过梯度控制掺杂材料得到的不同的掺杂浓度，所述基底的每层均嵌入有光刻标记，所述基底的上表面设置有薄膜，所述基底的下表面设置有光电导传感器层，还公开了一种半导体掺杂浓度分布的测量样片制备方法，包括以下步骤：S1、提供一个预先准备的多层半导体基底；S2、利用先进的光刻技术，在每个掺杂层中形成纳米级的标记。通过使用脉冲化学气相沉积法和原子层沉积技术，可以更精确地控制掺杂材料的沉积过程，确保每一层掺杂材料的厚度和成分都严格按照设计要求，该方法较传统的化学气相沉积技术提供了更高的分辨率和重现性。

技术研发人员：赵昭,李洁,张继平
受保护的技术使用者：中国电子技术标准化研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20