CN104078378A - 一种检测金属污染的方法 - Google Patents

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周文斌
孙鹏
曾明
高晶
占琼
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    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

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Abstract

本发明涉及半导体缺陷分析技术领域，尤其涉及一种检测金属污染的方法，首先选择任意一硅衬底，在该硅衬底上生长一层氧化层，然后将该硅衬底循环多次进行一工艺步骤，最后在通过该工艺步骤后的硅衬底上沉积外延多晶硅层，用缺陷扫描机台扫描硅衬底，并用扫描电镜检测缺陷。本发明通过利用外延多晶硅遇到金属离子发生异常生长的特性，将在TXRF元素分析仪无法探测到的金属离子信号放大，把金属离子在外延多晶硅下形成的毛毛虫状缺陷能在缺陷扫描机台下被扫描出来，从而达到检验机台或制程是否有金属离子污染，以提高良率和可靠性。

Description

一种检测金属污染的方法
技术领域
本发明涉及半导体缺陷分析领域，尤其涉及一种检测金属污染的方法。
背景技术
在半导体制程中，金属离子被称作可移动离子污染物，在半导体材料中有很强的可移动性，会造成氧化物-多晶硅栅结构缺陷、PN结漏电流增加、少数载流子寿命减少、阈值电压的改变，对器件的良率和可靠性有严重的危害。TXRF元素分析仪(Total X-rayFluorescence)只能达到1010atoms/cm2的精度，但更小量的金属离子难以侦测，TXRF元素分析仪(Total X-ray Fluorescence)显示没有金属离子超标，但实际上仍然存在金属污染的可能性。
传统上对机台或制程用TXRF元素分析仪(Total X-rayFluorescence)测试，可能会产生测试数据显示所有金属离子含量正常：<1010atoms/cm2，但实际的产品缺陷检测的结果中却发现有缺陷分布在晶圆上(如图1所示)的情况。
中国专利(CN103545356A)记载了一种具有相对较低电阻的混成栅电极的功率MOSFET器件使得能够具有好的开关性能，在一些实施方式中，功率MOSFET器件具有半导体基体，外延层设置在半导体基体上，控制源淀积和漏电极之间的电子流动的混成栅电极设置在延伸进外延层的沟槽内。混成栅电极具有内部区域和外部区域，其中内部区域具有低电阻金属和外部区域具有多晶硅材料的，以及设置在内部区域和外部区域具有多晶硅材料的，以及设置在内部区域和外部区域之间的势垒区，内部区域的低电阻为混成栅电极提供能够使功率MOSFET器件具有好的开关性能的低电阻。
中国专利(CN102376752A))记载了一种外延片用衬底，包括衬底本体，其特征在于，所述衬底本体背面设置有二氧化硅层，在二氧化硅层表面设置有多晶硅层，能够降低单晶硅颗粒数量及表面金属浓度，能够提高外延片的成品率，使用设置二氧化硅层背封的衬底，外延层生长过程中会产生单晶硅颗粒，单晶硅颗粒时二氧化硅层被氢气还原所产生，与背封层致密性有很大关系，因此本发明中在二氧化硅层表面设置一层多晶硅，可减少单晶硅颗粒。
上述两个专利均未记载本申请使用外延多晶硅遇到金属离子会发生异常生长的特性来侦测制程或机台是否受到金属污染的技术手段。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种检测金属污染的方法。
一种检测金属污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，提供一硅衬底，于所述硅衬底上生长一层氧化层；
步骤S2，对所述硅衬底进行一工艺步骤；
步骤S3，继续于该硅衬底上外延生长一多晶硅层后，对所述形成有多晶硅层的硅衬底进行金属污染检测。
上述的方法，其中，在所述步骤S2中，对所述硅衬底进行一工艺步骤后，采用TXRF元素分析仪(Total X-ray Fluorescence)检测所述硅衬底，若检测金属离子未超标，则进行步骤S3。
上述的方法，其中，在所述步骤S2中，在机台上对所述硅衬底进行所述工艺步骤，采用TXRF元素分析仪(Total X-rayFluorescence)检测所述硅衬底，若检测金属离子超标，则对所述机台进行去金属离子工艺。
上述的方法，其中，在所述步骤S3中通过采用缺陷扫描机台扫描所述外延生长有多晶硅层的硅衬底，并采用扫描电镜对所述外延生长有多晶硅层的硅衬底进行所述金属污染检测。
上述的方法，其中，所述氧化层的材质为二氧化硅。
上述的方法，其中，所述氧化层的厚度为100-1000埃。
上述的方法，其中，在所述步骤S2中，对所述硅衬底进行至少两次所述工艺步骤。
上述的方法，其中，所述多晶硅层的厚度为900-1100埃。
上述的方法，其中，所述多晶硅层遇金属离子发生异常生长。
上述的方法，其中，完成所述金属污染检测的硅衬底对后续工艺不产生影响。
通过上述方法，利用外延多晶硅遇到金属离子发生异常生长的特性，将在TXRF元素分析仪(Total X-ray Fluorescence)无法探测到的金属离子信号放大，把金属离子在外延多晶硅下形成的毛毛虫状缺陷能在缺陷扫描机台下被扫描出来，从而达到检验机台或制程是否有金属离子污染，以提高良率和可靠性。
附图说明
图1是产品缺陷分布图；
图2是缺陷形貌图；
图3是透射电镜切片分析缺陷核存在位置示意图；
图4是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
如图4所示本发明的工艺流程图，本发明提供一种检测金属污染的方法，其具体操作包括以下的步骤：
步骤S1，选择任意一硅衬底，并在该衬底上生长一层氧化层，该氧化层为二氧化硅，该氧化层的厚度可根据工艺需求设定，优选的，该氧化层的厚度为100-1000埃(例如100埃、200埃、500埃或1000埃等)。
步骤S2，对硅衬底进行一工艺步骤后，用TXRF元素分析仪(Total X-ray Fluorescence)检测该进行工艺步骤后的硅衬底，如果检测结果显示该硅衬底金属离子未超标，则进行步骤S3，如果检测结果显示金属离子超标了，则对进行该工艺步骤的机台或进行该工艺步骤所采用的半导体材料进行去金属离子工艺，也可以进行更换等操作。优选的，对上述硅衬底进行至少两次该工艺步骤，即若在机台上进行该工艺步骤，则将该硅衬底循环多次的通过该机台，以提高后续操作的准确性，当然，也可以在对硅衬底进行一工艺步骤后，直接于该硅衬底上外延生长一多晶硅层，并对形成有多晶硅层的硅衬底进行金属污染检测，从而节约了检测金属污染的步骤和时间。
步骤S3，继续于该硅衬底上外延生长一多晶硅层，优选的，该多晶硅层的生长厚度为900-1100埃(例如900埃、950埃、1000埃或1100埃等)，对形成有多晶硅层的硅衬底进行金属污染检测，其中，通过缺陷扫描机台(例如KLA,利用光的反射信号来扫描缺陷)扫描外延生长有多晶硅层的硅衬底，然后用扫描电镜检测分析由于外延多晶硅层遇到金属离子发生了异常生长而导致的缺陷的形貌。
一般情况下机台或制程存在金属离子的污染，会导致工艺步骤后的硅衬底中存在金属污染，但是传统的检测设备又无法准确的检测出来，所以这个时候就需要优化侦测的方法，来有效的验证制程或机台是否有金属离子缺陷，提前发现金属污染的问题。
例如，在传统的金属污染检测中，采用TXRF元素分析仪(TotalX-ray Fluorescence)对机台进行金属离子检测，得到的测试数据显示所有的金属离子含量正常，然而在实际的产品缺陷检测的结果中却发现有不规则形状的缺陷分布在晶圆上(如图1所示)，为了分析原因，技术人员通过透射电镜切片分析，毛毛虫形状缺陷(如图2所示)的核存在多晶硅里面，而这个缺陷的核就是源自金属的污染物(如图3所示)，所以技术人员利用外延多晶硅遇到金属离子发生异常生长的特性，将在TXRF元素分析仪(Total X-ray Fluorescence)无法探测到的金属离子信号放大，把金属离子在外延多晶硅下形成的不规则形状的缺陷能够在缺陷扫描机台下被扫描出来，当完成以上工艺步骤后的硅衬底对后续工艺并不会产生影响。
本发明通过优化侦测方法，有效验证制程或机台是否有金属离子缺陷，提前发现金属污染的问题，防止产品可靠性和良率问题，且适合任何制程或机台，且完成检测的硅衬底对后续的工艺不会产生影响。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种检测金属污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，提供一硅衬底，于所述硅衬底上生长一层氧化层；
步骤S2，对所述硅衬底进行一工艺步骤；
步骤S3，继续于该硅衬底上外延生长一多晶硅层后，对所述形成有多晶硅层的硅衬底进行金属污染检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述硅衬底进行一工艺步骤后，采用元素分析仪检测所述硅衬底，若检测金属离子未超标，则进行步骤S3。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在机台上对所述硅衬底进行所述工艺步骤，采用元素分析仪检测所述硅衬底，若检测金属离子超标，则对所述机台进行去金属离子工艺。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中通过采用缺陷扫描机台扫描所述外延生长有多晶硅层的硅衬底，并采用扫描电镜对所述形成外延生长有多晶硅层的硅衬底进行所述金属污染检测。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层的材质为二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为100-1000埃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述硅衬底进行至少两次所述工艺步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度为900-1100埃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅层遇金属离子发生异常生长。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，完成所述金属污染检测的硅衬底对后续工艺不产生影响。
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