CN102768134A - 一种显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法，它利用多面体铜沉淀来显示空洞型缺陷。显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法包括：将抛光硅片浸入硝酸铜溶液静置；将硅片在去离子水中漂洗，取出后晾干；将上述经过铜沾污并晾干后的硅片进行热处理；将热处理后的硅片快速冷却；将冷却后的硅片水平置于择优腐蚀液中腐蚀。本发明还提供检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法，包括：按照上述方法制备硅片样品；直接用在光学显微镜或扫描电子显微镜观察硅片样品的抛光面。在上述显微镜下观察到的多面体铜沉淀即对应于空洞型缺陷。本发明的方法可在较短的时间内清晰地显示出直拉硅片中的空洞型缺陷，并可在通常环境下和采用常规的光学显微镜方便地观察，适合于工业生产中检测直拉硅片中的空洞型缺陷。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法。
背景技术
空洞(Void)型缺陷是直拉硅单晶中的一类重要原生缺陷，它们是在直拉硅单晶的生长过程中由空位的聚集而形成的。用于制造集成电路的直拉硅单晶片（以下简称：直拉硅片）中若存在空洞型缺陷，将会导致栅氧化物的完整性(GOI)变差、PN结漏电显著、槽型电容短路和绝缘失效等问题。这些问题的存在将严重降低集成电路的成品率。因此，在生产直拉硅片时，需要一种简单快捷的方法来显示硅片中的空洞型缺陷，从而为控制乃至消除这类有害缺陷提供依据。
直拉硅单晶中的原生缺陷是由其晶体生长条件决定的。业已表明：晶体生长工艺的特征参数——拉晶速率（v）/固液界面的轴向温度梯度（G)的比值（V/G）决定了直拉硅单晶中原生缺陷的类型。即：当V/G大于临界值（一般认为是0.2mm2min-1K-1）时，直拉硅单晶中的原生缺陷为空洞型缺陷；当V/G小于上述临界值时，直拉硅单晶中的原生是间隙型缺陷（一般表现为位错环）。在直拉硅单晶的工业生产中，通常当单晶的直径达到150mm及以上时，晶体中才会出现空洞型缺陷；而对于直径小于150mm的直拉硅单晶而言，由于晶体生长时固液界面的轴向温度梯度G较大，使得V/G小于临界值，因而不存在空洞型缺陷。目前，直径在150mm及以上的直拉硅单晶通常是在V/G大于临界值的条件下生长的。
直拉硅片的空洞型缺陷依据检测方法的不同而表现出不同的形式。目前，人们普遍认为空洞型缺陷存在如下三种表现形式：1)晶体原生颗粒(Crystal originated particle,COP)，2)流动图形缺陷(Flow pattern defect,FPD)，3)激光散射层析缺陷(Laser scattering topography defect,LSTD)。它们对应的检测方法如下：
(1)COP：在洁净室环境下，将抛光后的直拉硅片经过RCA一号液(氨水，双氧水和去离子水的混合溶液，三者的体积比为1:1:5)清洗足够长的时间（一般为1小时以上），在此清洗过程中，直拉硅片中可能存在的空洞型缺陷将在一定程度上被腐蚀。将清洗后的直拉硅片用激光扫描颗粒度仪检测，此时直拉硅片中的空洞型缺陷将以颗粒的形式被检测到。
从上述过程可知：检测COP的条件苛刻，不仅需要复杂精密的仪器，而且必须在洁净室环境下进行。
(2)FPD：将抛光后的直拉硅片垂直浸入Secco腐蚀液(由0.15mol/LK2Cr2O7和49％的HF按体积比1:2混合制成)中腐蚀10~30分钟。在空洞型缺陷处，腐蚀液与硅反应产生的氢气泡，影响了Secco液的垂直流动，从而产生了V字型的图形花样，由此形象地把它们称为流动图形缺陷。
这种显示方法虽然简便易行，但只能间接反映空洞型缺陷的分布情况，即FPD与空洞型缺陷没有明确的对应关系。此外，在Secco腐蚀液的腐蚀过程中，在尺寸较小的空洞型缺陷处产生的氢气量有限，因而不能形成流动图形。也就是说，只有尺寸足够大的空洞型缺陷才能形成FPD。
(3)LSTD：通常是由红外激光散射断层术(IR-LST)检测到的以光点形式呈现的缺陷。不过，该方法很难将直拉硅片中的空洞型缺陷和氧沉淀物区分出来。为了识别空洞型缺陷，需加上荧光光谱(PL)等相关辅助手段，因而检测过程相当繁琐。目前，该方法较少被采用，几乎没有应用于生产实际。
需要进一步指出的是，上述三种检测方法虽然可以将直拉硅片中的空洞型缺陷以不同的形式表现出来，但是它们不能直观地将空洞型缺陷的几何形状显示出来。此外，只有COP与空洞型缺陷有良好的对应关系。不过，正如以上所述，COP的检测依赖昂贵的设施和设备。
最近，美国专利US7901132B2报道了采用铜缀饰及后续热处理的方法来区别直拉硅片中不同类型缺陷区的方法，该方法包括如下主要步骤：（1）采用含有铜与缓冲氧化物刻蚀剂溶液（氢氟酸与氟化铵的混合液）的混合物来污染硅片（至少在硅片的一侧）；（2）将受铜沾污的直拉硅片进行低温和高温两步热处理，其中：低温热处理指的是在600~950℃热处理0.01~10小时，高温热处理指的是在1000~1150℃热处理0.01~1小时；（3）观察经上述热处理的直拉硅片受污染一侧的薄雾产生情况：由铜沉淀形成的薄雾区中存在间隙型点缺陷而没有位错环（该区域被称为Pi缺陷区）；由铜沉淀形成的非薄雾区则存在空位型点缺陷而没有空洞型缺陷（该区域称为Pv缺陷区）。该专利没有涉及空洞型缺陷本身的显示和检测。
Ueki等人【Appl.Phys.Lett.70，1248（1997），J.Appl.Phys.36，1781（1997），Jpn.J.Appl.Phys.Part 1 38,5695（1999）】和H.Bender等人【Jpn.J.Appl.Phys.,Part 2 36,L1217（1997）】利用透射电子显微镜，证实直拉硅片中的的空洞型缺陷一般呈现为八面体结构（通常为不完整的八面体），在不同的晶体生长条件下，空洞型缺陷可表现为单八面体、双八面体和三八面体等结构。
通过透射电子显微镜观察，一方面可以确定空洞型缺陷的微观结构，另一方面可以精确测定空洞型缺陷的尺寸。然而，制备透射电子显微镜的样品需要采用昂贵的专用设备且制样步骤复杂；而且，由于空洞型缺陷的密度较低，在制得的样品中寻找到空洞型缺陷相当不易。因此，在生产实际中不可能采用透射电子显微镜来表征直拉硅片的空洞型缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种相对简单的显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法，满足生产实际的需要。
本发明利用铜在硅片中扩散速度快以及易于在硅片中的缺陷处优先沉淀的特点，通过多面体铜沉淀将硅片中的空洞型缺陷显示出来。首先，将硅片置于含铜离子的溶液中，由于铜离子与硅发生的氧化还原反应，硅片表面被一层极薄的铜薄膜覆盖；然后将硅片在700~1200℃热处理适当的时间，该热处理的目的是在硅片中引入铜杂质，其浓度对应于热处理温度下的固溶度；随后迅速将硅片从热处理中取出，使之在空气中快速冷却。在硅片冷却的过程中，铜杂质向硅片表面扩散。若在硅片中存在空洞型缺陷，一部分铜杂质则在扩散过程中在空洞型缺陷处优先沉淀，具体表现为：铜杂质首先填充空洞型缺陷，形成与空洞型缺陷形状一致的微小铜沉淀，此后铜杂质在这些微小铜沉淀的基础上迅速长大（因铜的扩散速度很快），形成尺寸较大的形状与空洞型缺陷相似的铜沉淀。这些铜沉淀可以通过择优腐蚀的方法显现出来。简而言之，本发明的基本思路是通过铜沉淀将空洞型缺陷以放大的方式复制，经择优腐蚀后，那些呈现为多面体的铜沉淀即对应于空洞型缺陷。
基于上述思路，本发明的第一个目的是提供如下显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，包括以下步骤：
1)将抛光的直拉硅片浸入硝酸铜溶液静置；
2)将静置后的直拉硅片在去离子水中漂洗，取出后晾干；
3)将上述晾干后的直拉硅片进行热处理；
4)将上述热处理后的直拉硅片快速冷却；
5)将上述冷却后的直拉硅片水平置于择优腐蚀液中腐蚀，即可显示出直拉硅片中的空洞型缺陷。
其中，
步骤1)中所述的硝酸铜溶液的浓度为1～12mol/L，溶液温度为10～40℃，静置时间为5～30分钟。
步骤3)中所述的热处理气氛为以下的至少一种气体：氮气、氩气、氧气或者空气。
步骤3)中所述的热处理温度为700~1200℃，热处理时间为5分钟~7小时。热处理温度越高，所需的热处理时间越短。
步骤4)中所述的快速冷却是指将样品迅速从热处理炉中拉出，使其在空气中冷却。
步骤5)中所述的择优腐蚀液为Secco腐蚀液（0.15mol/L的K2Cr2O7与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合而成），腐蚀时间为5~10分钟。
作为优选，腐蚀液的温度为30℃。
本发明的第二个目的是提供一种快速检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法，包括如下步骤：
按照本发明提供的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法制备直拉硅片样品；
直接用检测仪器观察上述制得的直拉硅片样品的抛光面。
具体的步骤包括：
1)将抛光后的直拉硅片浸入硝酸铜溶液静置；
2)将静置后的直拉硅片在去离子水中漂洗，取出后晾干；
3)将上述晾干后的直拉硅片进行热处理；
4)将上述热处理后的直拉硅片快速冷却；
5)将上述冷却后的直拉硅片水平置于择优腐蚀液中腐蚀，得到可显示出空洞型缺陷的直拉硅片样品；
6)直接用检测仪器观察上述制得的直拉硅片样品的抛光面。
由于直拉硅片样品表面显示出的缺陷尺寸大约为30~100μm，无法用肉眼观察，因此需要检测仪器来辅助观察，其目的是为了将样品显示出的空洞型缺陷尺寸放大到可以用肉眼观察的尺寸。
所述的检测仪器包括但不限于光学显微镜或扫描电子显微镜。
在上述检测方法中，在检测仪器下观察到直拉硅片中呈现的多面体形状的铜沉淀都对应于空洞型缺陷。
利用本发明的方法，可方便地将直拉硅片中的空洞型缺陷显示出来。与观察COP的方法相比，本发明的方法无需在洁净室环境下进行，也无需昂贵的激光扫描颗粒度仪，具有方便廉价的优点；与观察FPD的方法相比，本发明的方法可以更直观地将各种尺寸和各种形貌的空洞型缺陷显示出来；与美国专利US7901132B2报道的方法相比，本发明的方法仅需一步热处理，因而更为快捷；更为重要的是，利用本发明的方法可以通过多面体铜沉淀将直拉硅片的空洞型缺陷清晰地显示出来，这是现有技术未曾报道的。总之，本发明仅利用简单的铜沾污、一步热处理和常用的缺陷择优腐蚀方法，即可显示直拉硅片中的空洞型缺陷。因此，本发明的方法可以在工业生产中方便地应用。
附图说明
图1为在<100>晶向、直径200mm的P型直拉硅片中以本发明的方法显示出的对应于空洞型缺陷的多面体铜沉淀的典型光学显微照片。
图2为在<100>晶向、直径50mm的P型直拉硅片中以本发明的方法显示出的铜沉淀的典型光学显微照片。在该照片上观察不到多面体铜沉淀，这是由于该硅片中不存在空洞型缺陷所致。
图3为在<100>晶向、直径200mm的P型直拉硅片中以本发明的方法显示出的对应于空洞型缺陷的多面体铜沉淀的典型扫描电子显微照片。
图4为在<100>晶向、直径50mm的P型直拉硅片中以本发明的方法显示出的铜沉淀的典型扫描电子显微照片。在该照片上观察不到多面体铜沉淀，这是由于该硅片中不存在空洞型缺陷所致。
图5为在<100>晶向、直径200mm的P型直拉硅片中以本发明的方法显示出的对应于空洞型缺陷的多面体铜沉淀的典型光学显微照片。
图6为在<100>晶向、直径300mm的P型直拉硅片中以本发明的方法显示出的铜沉淀的典型光学显微照片。图6(a)是在硅片的空洞型缺陷区域中的铜沉淀照片，在该照片中呈多面体的铜沉淀对应于空洞型缺陷；图6(b)是在硅片的间隙型缺陷区域中的铜沉淀照片，在该照片中不存在多面体铜沉淀，表明不存在空洞型缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明。
实施例1
选取直径为200mm的<100>晶向、电阻率8～12Ω·cm的掺硼P型直拉硅单晶，该单晶是在V/G(拉晶速率/固液界面的轴向温度梯度)的比值大于临界值（0.2mm2min-1K-1）的条件下生长的，因而该硅单晶中存在空洞型缺陷。在该单晶上切下一硅片，并制成厚度为725μm左右的单面抛光直拉硅片。
显示上述抛光直拉硅片中的空洞型缺陷的具体步骤为：
(1)将该直拉硅片浸入浓度为8mol/L，温度为10℃的硝酸铜溶液中静置10分钟进行铜沾污；
(2)然后取出铜沾污后的直拉硅片，用去离子水冲洗该硅片表面残留的硝酸铜溶液，然后将该硅片晾干；
(3)将上述经过铜沾污并晾干后的直拉硅片放入石英管式热处理炉中，在氩气气氛下900℃退火1小时；
(4)将上述热处理后的直拉硅片迅速从热处理炉中取出，将其置于空气中冷却；
(5)将上述冷却后的直拉硅片水平放置在Secco腐蚀液（由0.15mol/L的K2Cr2O7与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合而成）中腐蚀10分钟，制得直拉硅片样品。
将上述直拉硅片样品的抛光面直接放在光学显微镜下观察，在硅片样品的三个区域所拍的典型光学显微照片如图1中的a、b、c所示，图中分别可见呈单多面体、双多面体和三多面体结构的铜沉淀，它们分别对应于单多面体、双多面体和三多面体结构的空洞型缺陷。照片中的其余非多面体铜沉淀，它们是由铜杂质扩散到硅片表面后经同质形核后聚集形成的，与空洞型缺陷无关。
为了说明在不含空洞型缺陷的直拉硅片中不存在多面体的铜沉淀，实施如下对比例1：
选取直径为50mm的<100>晶向、电阻率为5.0Ω·cm的掺硼P型直拉硅片(单面抛光)。根据其晶体生长条件，可知该直拉硅片不含空洞型缺陷。
按照与实施例1中步骤1)~5)相同的方法对上述直拉硅片进行处理，得到直拉硅片样品。图2给出的是在该直拉硅片样品中的铜沉淀的典型光学显微镜照片。该照片显示出的铜沉淀没有呈多面体，它们是由铜杂质扩散到硅片表面后经同质形核后聚集形成的，与空洞型缺陷无关。
通过实施例1和对比例1的结果比较，证实多面体铜沉淀仅在含有空洞型缺陷的硅片中出现。因此，利用本发明的方法，可将直拉硅片中的空洞型缺陷以多面体铜沉淀的方式显示出来，从而在光学显微镜下被直接观察到。
实施例2
选取直径为200mm的<100>晶向、电阻率8～12Ω·cm的掺硼P型直拉硅单晶。该单晶是在V/G(拉晶速率/固液界面的轴向温度梯度)的比值大于临界值（0.2mm2min-1K-1）的条件下生长的，因而该硅单晶中存在空洞型缺陷。在该单晶上切下一硅片，并制成厚度为725μm左右的单面抛光直拉硅片。
显示上述抛光直拉硅片上的空洞型缺陷的具体步骤为：
(1)将该直拉硅片浸入浓度为12mol/L，温度为40℃的硝酸铜溶液中静置5分钟进行铜沾污
(2)然后取出铜沾污后的直拉硅片，用去离子水冲洗该硅片表面残留的硝酸铜溶液，然后将该硅片晾干；
(3)将上述经过铜沾污并晾干后的直拉硅片放入石英管式热处理炉中，在氮气气氛下1200℃退火5分钟；
(4)将上述热处理后的直拉硅片迅速从热处理炉中取出，将其置于空气中冷却；
(5)将上述冷却后的直拉硅片水平放置在Secco腐蚀液（由0.15mol/L的K2Cr2O7与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合而成）中腐蚀5分钟，制得直拉硅片样品。
将上述直拉硅片样品的抛光面直接置于扫描电子显微镜下，可以观察到不少多面体铜沉淀。图3给出多面体铜沉淀典型的扫描电子显微照片，它们清晰地显示出多面体铜沉淀的某些晶面。
为了说明在不含空洞型缺陷的直拉硅片中不存在多面体的铜沉淀，实施如下对比例2：
选取直径为75mm的<100>晶向、电阻率为8.0Ω·cm的掺硼P型直拉硅片(单面抛光)。根据其晶体生长条件，可知该直拉硅片不含空洞型缺陷。
按照与实施例2中步骤1)~5)相同的方法对上述直拉硅片进行处理，得到直拉硅片样品。图4给出的是在该直拉硅片样品中铜沉淀的典型扫描电子显微照片。该照片显示出铜沉淀呈现枝状而非多面体结构。
通过实施例2和对比例2的结果比较，进一步证实多面体铜沉淀仅在含有空洞型缺陷的硅片中出现。因此，利用本发明的方法，可将直拉硅片中的空洞型缺陷以多面体铜沉淀的方式显示出来，从而在扫描电子显微镜下被直接观察到。
实施例3
选取直径为200mm的<100>晶向、电阻率8～12Ω·cm的掺硼P型直拉硅单晶。该单晶是在V/G(拉晶速率/固液界面的轴向温度梯度)的比值大于临界值（0.2mm2min-1K-1）的条件下生长的，因而该硅单晶中存在空洞型缺陷。在该单晶上切下一硅片，并制成厚度为725μm左右的单面抛光直拉硅片。
显示上述抛光直拉硅片上的空洞型缺陷的具体步骤为：
(1)将该直拉硅片浸入浓度为4mol/L，温度为25℃的硝酸铜溶液中静置20分钟进行铜沾污；
(2)然后取出铜沾污后的直拉硅片，用去离子水冲洗该硅片表面残留的硝酸铜溶液，然后将该硅片晾干；
(3)将上述经过铜沾污并晾干后的直拉硅片放入石英管式热处理炉中，在空气气氛或氧气气氛下700℃退火7小时；
(4)将上述热处理后的直拉硅片迅速从热处理炉中取出，将其置于空气中冷却；
(5)将上述冷却后的直拉硅片水平放置在Secco腐蚀液（由0.15mol/L的K2Cr2O7与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合而成）中腐蚀10分钟，制得硅片样品。
将上述直拉硅片样品的抛光面直接置于光学显微镜下观察。图5给出该直拉硅片样品中铜沉淀的典型光学显微照片，图中显示的多面体铜沉淀对应于空洞型缺陷，而其余铜沉淀是由铜杂质扩散到硅片表面后经同质形核后聚集形成的，与空洞型缺陷无关。
实施例4
选取直径为300mm、<100>晶向、厚度为775μm、电阻率为9.0Ω·cm的掺硼P型直拉抛光硅片。从该硅片上切取等分的四分之一片，将其经过1100℃的干氧热氧化，随后用Schimmel择优腐蚀液(由0.75mol/L的CrO3与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合而成)腐蚀上述经过氧化后的样品，在强光灯下可观察到氧化诱生层错环。经过测量，该环的内半径约为120mm，外径约为130mm。根据这一实验事实，可以判断在本实施实例采用的300mm直拉硅片中，距离中心约120mm的圆形区域内存在空洞型缺陷，该区域为空洞型缺陷区；而在距离中心约130mm的圆形区域以外存在间隙型缺陷（位错环），不含有空洞型缺陷，该区域为间隙型缺陷区。
另外取上述直径为300mm的抛光直拉硅片的四分之一片作为样品，按如下步骤进行处理：
(1)将该直拉硅片浸入浓度为1mol/L，温度为30℃的硝酸铜溶液中静置30分钟进行铜沾污；
(2)然后取出铜沾污后的直拉硅片，用去离子水冲洗该硅片表面残留的硝酸铜溶液，然后将该硅片晾干；
(3)将上述经过铜沾污并晾干后的直拉硅片放入石英管式热处理炉中，在氧气和氩气的混合气氛下1000℃退火30分钟（氧气和氩气的体积流量比为1:2）；
(4)将上述热处理后的直拉硅片迅速从热处理炉中取出，将其置于空气中冷却；
(5)将上述冷却后的直拉硅片水平放置在Secco腐蚀液（由0.15mol/L的K2Cr2O7与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合而成）中腐蚀5分钟，制得硅片样品。
将上述直拉硅片样品直接置于光学显微镜下观察。图6(a)是在空洞型缺陷区域中铜沉淀的典型光学显微照片。从图中可以看到许多尺寸较大的多面体铜沉淀，它们对应于空洞型缺陷。还有很多尺寸较小的铜沉淀，它们是由铜杂质扩散到硅片表面，经同质形核后聚集形成的。需要指出的是，这种类型的铜沉淀对受铜沾污严重的硅片而言是不可避免的。图6(b)是在间隙型缺陷区域中铜沉淀的典型光学显微照片。显然，在该区域中不存在多面体铜沉淀，那些枝晶状铜沉淀是铜杂质在间隙型缺陷（位错环）处异质形核后聚集形成的，而其余尺寸较小的铜沉淀则与图6(a)中的小尺寸铜沉淀类似，是由铜杂质扩散到硅片表面后经同质形核后聚集形成的。
从上述实施例可知：通过本发明的方法处理直拉硅片后，只有在空洞型缺陷区域才会出现多面体铜沉淀。这再次表明多面体铜沉淀与空洞型缺陷存在对应关系。
需要说明的是，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于其包括以下步骤：
1) 将抛光后的直拉硅片浸入硝酸铜溶液静置；
2) 将静置后的直拉硅片在去离子水中漂洗，取出后晾干；
3) 将上述晾干后的直拉硅片进行热处理；
4) 将上述热处理后的直拉硅片快速冷却；
5) 将上述冷却后的直拉硅片水平置于择优腐蚀液中腐蚀，即可显示出直拉硅片中的空洞型缺陷。
2.根据权利要求1所述的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于：步骤1)中所述的硝酸铜溶液的浓度为1~12mol/L，溶液温度为10 ~40℃，静置时间为5~30分钟。
3.根据权利要求1所述的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于：步骤3)中所述的热处理气氛为以下的至少一种气体：氮气、氩气、氧气或者空气。
4.根据权利要求1所述的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于：步骤3)中所述的热处理温度为700~1200℃，热处理时间为5分钟~7小时。
5.根据权利要求1所述的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于：步骤4)中所述的快速冷却是指将硅片迅速从炉中取出，使其在空气中冷却。
6.根据权利要求1所述的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于：步骤5)中所述的择优腐蚀液为0.15mol/L 的K2Cr2O7与49％的氢氟酸按照体积比1:2混合制得的Secco腐蚀液，腐蚀时间为5~10分钟。
7.一种快速检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于包括如下步骤：
按照权利要求1所述的显示直拉硅片中空洞型缺陷的方法制备直拉硅片样品；
直接用检测仪器观察上述制得的直拉硅片样品的抛光面。
8.根据权利要求7所述的快速检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法，其特征在于所述的检测仪器为光学显微镜或扫描电子显微镜。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103236406A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-08-07 | 阿特斯(中国)投资有限公司 | 一种检测多晶硅片位错密度的方法 |
| CN109270082A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-25 | 宁夏中晶半导体材料有限公司 | 一种利用腐蚀方法及微观检测确定单晶硅晶线的方法 |
| CN110018279A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-16 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种硅片缺陷的检测方法及装置 |
| CN110187061A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-30 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种硅片的处理方法、检测方法及处理装置 |
| CN111380830A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-07 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种单晶晶圆缺陷类型及分布区域的检测方法 |
| CN112903381A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 有研半导体材料有限公司 | 一种检测直拉重掺硅单晶生长纹理的方法 |
| CN112986294A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-18 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种晶圆缺陷检测方法及装置 |
| CN113466668A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 基于开关电容的层间介质空洞故障测试结构及测试方法 |
| CN114280069A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-05 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040045986A (ko) * | 2002-11-26 | 2004-06-05 | 주식회사 실트론 | 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘 단결정 잉곳의 결함 영역 구분방법 |
| WO2004112122A1 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Shin-Etsu Handotai Europe Ltd | Semiconductor crystal defect etch |
| CN1932496A (zh) * | 2005-08-26 | 2007-03-21 | 株式会社上睦可 | 硅晶片表面缺陷的评价方法 |
| CN101187065A (zh) * | 2006-09-25 | 2008-05-28 | 株式会社Siltron | 使用金属污染及热处理识别单晶硅中的晶体缺陷区的方法 |
| US7601538B2 (en) * | 2004-05-24 | 2009-10-13 | Sumco Corporation | Method for analyzing impurity |
-
2012
- 2012-07-20 CN CN201210253136.4A patent/CN102768134B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040045986A (ko) * | 2002-11-26 | 2004-06-05 | 주식회사 실트론 | 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘 단결정 잉곳의 결함 영역 구분방법 |
| WO2004112122A1 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Shin-Etsu Handotai Europe Ltd | Semiconductor crystal defect etch |
| US7601538B2 (en) * | 2004-05-24 | 2009-10-13 | Sumco Corporation | Method for analyzing impurity |
| CN1932496A (zh) * | 2005-08-26 | 2007-03-21 | 株式会社上睦可 | 硅晶片表面缺陷的评价方法 |
| CN101187065A (zh) * | 2006-09-25 | 2008-05-28 | 株式会社Siltron | 使用金属污染及热处理识别单晶硅中的晶体缺陷区的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 乔治等: "Ar气氛下快速退火对CZ-Si单晶中FPD的影响", 《半导体技术》, no. 08, 3 August 2008 (2008-08-03), pages 691 - 693 * |
| 方敏等: "重掺硼直拉硅片中流动图形缺陷的显示", 《材料科学与工程学报》, no. 02, 20 April 2006 (2006-04-20), pages 212 - 214 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103236406A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-08-07 | 阿特斯(中国)投资有限公司 | 一种检测多晶硅片位错密度的方法 |
| CN103236406B (zh) * | 2013-04-15 | 2016-01-20 | 阿特斯(中国)投资有限公司 | 一种检测多晶硅片位错密度的方法 |
| CN109270082A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-25 | 宁夏中晶半导体材料有限公司 | 一种利用腐蚀方法及微观检测确定单晶硅晶线的方法 |
| CN110018279A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-16 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种硅片缺陷的检测方法及装置 |
| CN110187061B (zh) * | 2019-06-03 | 2022-03-25 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 一种硅片的处理方法、检测方法及处理装置 |
| CN110187061A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-30 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种硅片的处理方法、检测方法及处理装置 |
| CN112903381A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 有研半导体材料有限公司 | 一种检测直拉重掺硅单晶生长纹理的方法 |
| CN112903381B (zh) * | 2019-12-04 | 2022-08-23 | 有研半导体硅材料股份公司 | 一种检测直拉重掺硅单晶生长纹理的方法 |
| CN111380830A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-07 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种单晶晶圆缺陷类型及分布区域的检测方法 |
| CN112986294A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-18 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种晶圆缺陷检测方法及装置 |
| CN113466668A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 基于开关电容的层间介质空洞故障测试结构及测试方法 |
| CN113466668B (zh) * | 2021-07-09 | 2024-05-17 | 哈尔滨工业大学 | 基于开关电容的层间介质空洞故障测试结构及测试方法 |
| CN114280069A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-05 | 上海新昇半导体科技有限公司 | 晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法 |
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