[發(fā)明專利]一種采用斷面切割腐蝕技術(shù)檢測硅晶片體內(nèi)微缺陷的方法

有效

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• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN104966683B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟娟峰;史舸;田獻立
• 申請（專利權(quán)）人: 麥斯克電子材料有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所(普通合伙) 41118
• 代理人: 盧洪方

一種采用斷面切割腐蝕技術(shù)檢測硅晶片體內(nèi)微缺陷的方法，適用于半導體硅襯底片生產(chǎn)廠對硅晶片體內(nèi)缺陷的檢測和控制，及時發(fā)現(xiàn)襯底片不良，減少成品器件的失效。本發(fā)明采用三次循環(huán)濕氧高溫熱氧化工藝和斷面切割技術(shù)，使常規(guī)檢測方法無法探測到的體內(nèi)缺陷在多次熱氧化過程中充分綴飾并長大，然后將氧化后的硅晶片選擇表面不同位置切割成寬度為1.5至2.0cm的硅晶片長條（1），經(jīng)過擇優(yōu)腐蝕后用雙面膠將硅晶片長條（1）背面粘接在四氟墊塊（2）上，用光學顯微鏡觀察斷面（3）形貌，并采用連續(xù)掃描法計數(shù)微觀下的缺陷密度。本發(fā)明的檢測方法，適合大規(guī)模和批量生產(chǎn)的工廠使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體硅材料中晶體缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種采用斷面切割腐蝕技術(shù)檢測硅晶片體內(nèi)微缺陷的方法。

背景技術(shù)

半導體硅襯底片在器件加工過程中通常要經(jīng)過氧化、擴散、離子注入、外延等多道高溫熱處理工序。在熱處理過程中，由于硅晶片體內(nèi)的空位、填隙原子及雜質(zhì)原子的運動和重新排列組合，會誘使硅材料片體內(nèi)的微缺陷聚集成核，形成位錯或?qū)渝e等缺陷并通過擇優(yōu)腐蝕后顯現(xiàn)出來。缺陷的存在，會造成電路器件產(chǎn)品的漏電流、功耗損失增加和成品器件的失效。為了保證半導體硅襯底片的質(zhì)量，通常材料生產(chǎn)廠會對晶體內(nèi)部的原生微缺陷進行腐蝕檢測。但此種腐蝕檢測的方法無法確定硅片在器件加工廠經(jīng)過多道熱工序后的缺陷變化。

目前對于硅片體內(nèi)微缺陷的檢測常用的具體方法有：

方法1、原生缺陷腐蝕法：

由于硅晶體生長過程中會產(chǎn)生大量的點缺陷、層錯和位錯等，這些缺陷會在外延層中延伸，嚴重影響襯底片的質(zhì)量，所以襯底片廠家通常會采用將硅片進行化學拋光后再擇優(yōu)腐蝕的方法，對原生體內(nèi)缺陷進行控制。此種方法可顯示晶體的原生內(nèi)在缺陷，但無法確定襯底片在器件廠家經(jīng)過多道不可或缺的熱過程后的缺陷表現(xiàn)及質(zhì)量狀況。

方法2：掃描電子顯微鏡SEM觀察法：

利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態(tài)。掃描電鏡放大倍率高，景深和視場均很大，對硅片不同深度的層面結(jié)構(gòu)進行成像觀察，以確定各層結(jié)構(gòu)是否相同。此種方法的弊端是，需要特殊制樣，操作繁瑣；僅能觀察到不同深度層的結(jié)構(gòu)，但無法定性缺陷類型；受限于樣品尺寸，僅能觀測到硅片局部 ，無法評價硅片全貌；掃描電鏡投入成本較高。

方法3：透射電子顯微鏡TEM觀察法：

透射電鏡是用電子束作光源，用電磁場作透鏡，將電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射，由此形成明暗不同的影像。透射電鏡分辨率非常高，但由于僅能觀察到厚度約50nm左右的超薄切片，需要配置超薄切片機，在半導體行業(yè)僅可用來實驗研究，無法應用于批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)中無法探測和評價硅晶片在器件加工廠經(jīng)過必須的外延、氧化、擴散、注入等多道高溫熱處理工藝后的缺陷變化的問題，本發(fā)明提出一種適用于大規(guī)模生產(chǎn)、可準確評價硅襯底片體內(nèi)缺陷的三道氧化工藝和斷面切割檢測方法。

本發(fā)明的檢測方法是基于以下理論基礎(chǔ)：硅晶片中最主要的雜質(zhì)氧在高熱過程中會形成沉淀，硅晶片中的點缺陷、金屬雜質(zhì)會找到新的復合中心，空位，電子及各種原子也會在多次熱過程中重新排列找到平衡，在原子、分子、點缺陷的運動過程中，會產(chǎn)生大量新的成核中心，這些成核中心聚集長大，通過高溫濕氧氧化誘生，會以氧化熱生缺陷的形態(tài)表現(xiàn)出來，而且不同的溫度，不同的氧化時間，不同的熱次數(shù)，會對熱生缺陷產(chǎn)生不同的影響。同時經(jīng)過大量的工藝試驗，采用三次循環(huán)濕氧氧化工藝，使硅晶片體內(nèi)缺陷充分綴飾并長大，然后將氧化后的硅晶片選擇表面不同位置處進行切割，利用微分干涉顯微鏡連續(xù)掃描觀察其形貌，以評價晶體內(nèi)部的微缺陷密度，同時可對硅晶片不同位置處內(nèi)部微缺陷的徑向變化進行探測。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采取的一種采用斷面切割腐蝕技術(shù)檢測硅晶片體內(nèi)微缺陷的方法的步驟及具體工藝方案如下：

步驟1：