CN103123904A

CN103123904A - 一种测量硅片表面金属杂质的前处理方法

Info

Publication number: CN103123904A
Application number: CN2011103718388A
Authority: CN
Inventors: 李晓丽; 孙威
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: CN103123904B

Abstract

一种测量硅片表面金属杂质的前处理方法，通过配置HF/H₂O₂/H₂O的体积比为1∶1∶10的腐蚀液，将该腐蚀液滴于水平放置的硅片表面中心处，腐蚀液与SiO₂从中心朝边缘方向逐渐反应，最后汇聚为1滴，测试该滴腐蚀液中杂质含量，数据处理中扣除腐蚀液中固有杂质含量后即得出硅片表面金属杂质含量。本发明的前处理方法是在每个硅片样品上完成的，过程中不会经过其他容器，处理完毕即可直接进入测量系统，在前处理过程中不存在交叉污染，腐蚀液只需要使用高纯HF和双氧水配置，成本低廉，整个过程自动完成，不需要手动转动硅片，过程简单快速。

Description

一种测量硅片表面金属杂质的前处理方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种测量硅片表面金属杂质的前处理方法。

背景技术

硅是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的金属元素。硅很少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅胶盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7％，仅仅次于第一位的氧(49.4％)。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色。晶体硅属于原子晶体，硬而有金属光泽，有半导体性质。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。

硅是一种非常重要的半导体材料，可用于制作硅铁、硅钢、二极管、三极管、发光器件、压敏元件、整流器、太阳能电池等元器件，广泛应用于无线电工程、自动化领域、信号设备、动力工程等领域。但硅作为一种不可再生的资源，其存储量有限。随着现代化建设的快速发展，硅材料的供应无法满足日益增长的工业需求。

半导体元器件生产的技术要求都比较高，一件硅的半导体元器件的制成，往往需要复杂工艺程序才能完成，在每道工序中都不可避免的产生不合格品。如在单晶生长工序中会产生头尾料和锅底料；硅片材料中氧含量、金属杂质含量过高，都不能用于制作半导体元器件；又如在切、磨、抛等加工工序中因开裂、平整度达不到要求，也会产生不合格的硅片；甚至在集成电路芯片光刻工序中也会产生不合格品。

此外，许多硅产品设备经过使用后，就被报废处理。如果将上述含硅的不合格品及报废品径直当成废品处理，则几大地浪费资源，不利于解决目前硅料紧缺的问题，也不符合国家提倡节约型社会的要求。通过对废硅料的形状及成分的化验，结果显示，废硅材料多呈片状，杂质和有机污物集中于硅片表面。

在半导体制造业中金属沾污对产品的电性能及可靠性有重大影响，因此硅片表面金属沾污控制要求越来越高，一般要求硅片表面金属杂质含量小于E10atoms/cm²，所以金属沾污测试的准确性显得尤为重要，其中，硅片表面金属沾污测试的前处理技术直接影响测试的准确性。因此，急需要设计出一种有效的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，来测试硅片表面的杂质。

现有技术中硅片表面金属杂质的前处理系统主要采用的是VPD(vapor phase decomposition)技术，VPD技术是通过复杂的系统设备，利用HF(氢氟酸)腐蚀硅片表面氧化层，然后利用纯硅的疏水性通过机械手吸扫硅片表面将腐蚀过氧化层的HF收集到一起，称重，进行ICP-MS(电感耦合等离子体质谱法)或TXRF(全反射X射线荧光分析技术)测试。但是，尽管该系统自动化能力较强，但是该前处理系统成本昂贵，操作复杂，前处理时间较长，容易交叉污染，影响测试的准确性；普通的化学溶解方法无法只对硅片表面进行均匀处理，只能对表面和背面同时处理，容易引入污染，而且需要较多的化剂，检测限无法降低。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种有效的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能快速准确且无交叉污染的测量硅片表面金属杂质的前处理方法。

根据本发明的目的提出的一种测量硅片表面金属杂质的前处理方法，包括步骤：

1)配制腐蚀液，所述腐蚀液包括HF、H₂O₂及H₂O；

2)将硅片水平放置于底座上；

3)将配置好的腐蚀液滴于水平放置的硅片表面中心处，腐蚀液与硅片表面的SiO₂从中心朝边缘方向逐渐反应，最后汇聚为1滴；

4)测试该滴腐蚀液中杂质含量，数据处理中扣除腐蚀液中固有杂质含量后即得出硅片表面金属杂质含量。

优选的，在上述测量硅片表面金属杂质的前处理方法中，所述步骤1)中HF/H₂O₂/H₂O的体积比为1∶1∶10。

优选的，在上述测量硅片表面金属杂质的前处理方法中，所述HF比例随硅片表面SiO₂的厚度变化而变化，每增加的厚度，增加1体积的HF。

优选的，在上述测量硅片表面金属杂质的前处理方法中，所述步骤3)中滴在硅片表面中心处的腐蚀液为1ml。

优选的，在上述测量硅片表面金属杂质的前处理方法中，所述步骤3)中腐蚀液与硅片表面的反应时间范围在30s-90s之间。

优选的，在上述测量硅片表面金属杂质的前处理方法中，该前处理方法的操作过程在100级净化间或净化台进行。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明的处理步骤在每个硅片样品上完成的，过程中不会经过其他容器，处理完毕即可直接进入测量系统，在前处理过程中不存在交叉污染。

2.本发明只需要使用高纯HF和双氧水配置适合的腐蚀液，及能够准确量取一定体积液体的移液器，成本低廉。

3.本发明中上述处理步骤1)至步骤4)是在100级净化间或净化台进行，避免了环境空气中颗粒对测试结果的影响。

4.本发明的前处理方法中腐蚀液与硅片表面的反应时间仅需1分钟左右，反应快速。

5.本发明的前处理方法整个过程自动完成，不需要手动转动硅片，硅片表面金属杂质自动收集于腐蚀液中，过程简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明测量硅片表面金属杂质的效果示意图；

图2是本发明测量硅片表面金属杂质的前处理方法的流程图。

100、硅片；200、腐蚀液；300、底座。

具体实施方式

现有技术中硅片表面金属杂质的前处理系统主要采用的是VPD(vapor phase decomposition)技术，VPD技术是通过复杂的系统设备，利用HF(氢氟酸)腐蚀硅片表面氧化层，然后利用纯硅的疏水性通过机械手吸扫硅片表面将腐蚀过氧化层的HF收集到一起，称重，进行ICP-MS(电感耦合等离子体质谱法)或TXRF(全反射X射线荧光分析技术)测试。

但是，尽管该系统自动化能力较强，但是该前处理系统成本昂贵，操作复杂，前处理时间较长，容易交叉污染，影响测试的准确性；普通的化学溶解方法无法只对硅片表面进行均匀处理，只能对表面和背面同时处理，容易引入污染，而且需要较多的化剂，检测限无法降低。

本发明公开了一种能快速准确且无交叉污染的测量硅片表面金属杂质的前处理方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明测量硅片表面金属杂质的前处理方法，是将硅片100表面金属杂质溶解，再用ICP-MS或TXRF进行测试，由于做半导体的硅片100表面非常纯净，对其表面金属杂质的测量检测限要求也就非常低，对测量中避免引入沾污的要求非常高。

相较于现有技术中采用的VPD技术，本发明实施例中的测量硅片表面金属杂质的前处理方法克服了VPD技术系统成本昂贵，操作复杂，前处理时间较长，容易交叉污染，影响测试的准确性的缺点，并且克服了普通的化学溶解方法无法只对硅片表面进行均匀处理，只能对表面和背面同时处理，容易引入污染，而且需要较多的化剂，检测限无法降低的缺点，本发明实施例中的测量硅片表面金属杂质的前处理方法具有无交叉污染、低检测限、快速准确、简单、成本低的优点。

本发明硅片表面金属杂质溶解的技术方案主要是：配置HF/H₂O₂/H₂O的一定体积比的腐蚀液200，将硅片100水平放置于干净的底座300上，然后将配置好的腐蚀液200取适量滴于硅片100表面中心处，腐蚀液200会与硅片表面的SiO₂从中心朝边缘方向逐渐反应，最后汇聚为1滴。后续测试该滴腐蚀液中杂质含量，只要将上述1滴里测得的杂质含量扣除腐蚀液中固有的杂质含量，即得出硅片表面金属杂质含量。

本发明硅片表面金属杂质的前处理方法是在每个硅片样品上完成的，过程中不会经过其他容器，处理完毕即可直接进入测量系统，在前处理过程中不存在交叉污染。

本发明硅片表面金属杂质的前处理方法中，只需要使用高纯HF和双氧水配置适合的腐蚀液200，及能够准确量取一定体积液体的移液器，成本低廉。

本发明的前处理方法中腐蚀液与硅片100表面的反应时间仅需1分钟左右(时间范围在30s-90s之间)，反应快速。

本发明的前处理方法整个过程自动完成，不需要手动转动硅片100，硅片100表面金属杂质自动收集于腐蚀液中，过程简单。

本发明硅片表面金属杂质的前处理方法的关键点在于：

第一，腐蚀液200的配制中化学试剂的选择和混合比例，本发明中腐蚀液200是由高纯氢氟酸和双氧水按比例稀释。HF(氢氟酸)是氟化氢气体的水溶液，为无色透明至淡黄色冒烟液体，有刺激性气味，腐蚀性强，对硅的化合物有强腐蚀性。一般在密闭的塑料瓶内保存。氢氟酸能够溶解很多其他酸都不能溶解的二氧化硅。半导体工业常常使用它来除去硅表面的氧化物。如此设置，使用高纯HF和双氧水配置适合的腐蚀液200，成本低廉。

第二，腐蚀液200中酸的比例是导致腐蚀液200能不能自动完成硅片100表面全部腐蚀然后汇聚成一滴的关键。本发明腐蚀液200中，HF/H₂O₂/H₂O的体积比为1∶1∶10，但是如果表面SiO₂层较厚可增加HF比例，SiO₂层可以按厚度每增加

增加1体积HF。

第三，本发明测量硅片表面金属杂质的前处理方法必须在100级净化间或净化台进行，如此设置，是为了避免环境空气中颗粒对结果影响。

本发明测量硅片表面金属杂质的前处理方法整个过程自动完成，不需要手动转动硅片，快速，简单。

请参阅图1及图2所示，本发明测量硅片表面金属杂质的前处理方法的详细步骤是：

1)腐蚀液配制：配制HF/H₂O₂/H₂O体积比为1∶1∶10的混合液作为收集硅片表面金属杂质的腐蚀液，如果表面SiO₂层较厚可增加HF比例(可以按厚度每增加

增加1体积HF)；要求配置好的腐蚀液中的各金属杂质含量足够低(至少小于硅片表面金属杂质规范)；

2)选择放置硅片的底座：要求干净，使硅片水平放置，本方法使用成品片圆片盒作为放置硅片的底座，该圆片盒容易获得并且洁净度高，将待测硅片水平放置于该底座上；

3)硅片表面金属杂质收集：将配置好的腐蚀液准确量取1ml，滴于水平放置的硅片表面中心处，腐蚀液具有一定的亲水性，迅速平铺在硅片表面并迅速和表面的SiO₂反应；腐蚀液在硅片表面的面积不断扩大，中心处SiO₂层反应完全，露出纯硅，由于硅的疏水性，腐蚀液会向着周围未反应的SiO₂处聚集并发生反应；在SiO₂层较薄的地方腐蚀液分为两股；并向相反方向移动；最后汇聚为1滴；

4)测试硅片表面的腐蚀液中杂质含量：步骤3中汇聚为1滴的腐蚀液里测得的杂质含量，扣除腐蚀液中固有的杂质含量后，即为硅片表面金属杂质含量。

其中，上述步骤1)～步骤4)的操作步骤是在100级净化间或净化台进行，如此设置，可以避免环境空气中颗粒对结果影响。整个过程自动完成，不需要手动转动硅片，快速，简单。

根据上述测量硅片表面金属杂质的前处理方法的技术方案的描述，本发明与现有技术相比具有如下优点：

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种测量硅片表面金属杂质的前处理方法，其特征在于：所述前处理方法包括下列步骤：

1)配制腐蚀液，所述腐蚀液包括HF、H₂O₂及H₂O；

2)将硅片水平放置于底座上；

2.根据权利要求1所述的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，其特征在于：所述步骤1)中HF/H₂O₂/H₂O的体积比为1∶1∶10。

3.根据权利要求2所述的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，其特征在于：所述HF比例随硅片表面SiO₂的厚度变化而变化，每增加

的厚度，增加1体积的HF。

4.根据权利要求1所述的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，其特征在于：所述步骤3)中滴在硅片表面中心处的腐蚀液为1ml。

5.根据权利要求1所述的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，其特征在于：所述步骤3)中腐蚀液与硅片表面的反应时间范围在30s-90s之间。

6.根据权利要求1所述的测量硅片表面金属杂质的前处理方法，其特征在于：该前处理方法的操作过程在100级净化间或净化台进行。