CN106328549B - 晶圆中氧沉淀的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆中氧沉淀的检测方法，其通过将正常晶圆和待检测晶圆置于相同条件的氮气或者惰性气体氛围中，并对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作向正常晶圆和待检测晶圆注入大量空位；通过对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺使得氧沉淀快速长大，形成含碳的较大颗粒的氧沉淀；通过对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀使得氧沉淀作为缺陷暴露出来，从而通过比较择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆表面的缺陷情况即可判定出待检测晶圆中的氧沉淀是否过量。

Description

晶圆中氧沉淀的检测方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种晶圆中氧沉淀的检测方法。
背景技术
晶体硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的晶体硅是本征半导体。在超纯晶体硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。晶体硅主要以晶圆的形式来制作半导体元件。
氧是晶圆形成过程中不可避免的一种元素，当硅晶体经历了各种热处理后，过饱和的氧会在晶体中偏聚和沉淀，形成氧沉淀。恰当的氧沉淀，不仅可以通过内吸杂作用来吸除金属杂质，还能通过钉扎错位来提高晶圆的机械强度；但是过量的氧沉淀会导致晶圆翘曲、引入大量的二次缺陷、对所形成的器件的电学性能具有破坏作用。
在现代的晶圆生产中，虽然氧的浓度常被控制在所需要的范围内，但是并不能就此说明晶圆中的氧沉淀也被控制在所需要的范围内。因为氧沉淀的形成除了会受到氧浓度的影响之外，还会受到其他工艺条件的影响，例如晶圆制程中的温度条件等。传统工艺中，只有对晶圆中氧浓度的检测方法，具体通过傅氏转换红外线光谱分析仪来实现，此种检测方法能直接测得氧在晶圆中的浓度，但并不能判断出氧沉淀的情况，而氧沉淀的情况对于晶圆的质量又至关重要。
因此，如何检测晶圆中的氧沉淀成了本领域技术人员需要解决的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆中氧沉淀的检测方法，以解决现有技术中不能判断出晶圆中氧沉淀情况的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆中氧沉淀的检测方法，所述晶圆中氧沉淀的检测方法包括：
取正常晶圆和待检测晶圆，将所述正常晶圆和待检测晶圆置于相同条件的氮气或者惰性气体氛围中，并对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作；
对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺；
对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀；
比较择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆，根据择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆表面的缺陷情况，判定待检测晶圆中的氧沉淀是否过量。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作包括：
先将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃，并将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度在1100℃～1200℃下保持10秒～60秒；
再将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至所述室温。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，在5秒内将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃；在5秒内将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至所述室温。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺中，碳离子的注入剂量为1014cm-3～1016cm-3。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，在对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺之后，在对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀之前，还包括：
对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理的工艺温度为750℃～1050℃。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理的工艺时间为1小时～8小时。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，在惰性气体氛围下对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，在对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀中，所用的腐蚀液为氢氟酸和重铬酸钾的混合溶液。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，采用比例为1:1～8:1的饱和氢氟酸和饱和重铬酸钾形成所述氢氟酸和重铬酸钾的混合溶液。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀的工艺时间为30秒～8分钟。
可选的，在所述的晶圆中氧沉淀的检测方法中，所述正常晶圆的数量为一片，所述待检测晶圆的数量为一片或者多片。
在本发明提供的晶圆中氧沉淀的检测方法中，通过将正常晶圆和待检测晶圆置于相同条件的氮气或者惰性气体氛围中，并对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作向正常晶圆和待检测晶圆注入大量空位；通过对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺使得氧沉淀快速长大，形成含碳的较大颗粒的氧沉淀；通过对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀使得氧沉淀作为缺陷暴露出来，从而通过比较择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆表面的缺陷情况即可判定出待检测晶圆中的氧沉淀是否过量。
附图说明
图1是本发明实施例的晶圆中氧沉淀的检测方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶圆中氧沉淀的检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明实施例的晶圆中氧沉淀的检测方法的流程示意图。
如图1所示，首先，执行步骤S10：取正常晶圆和待检测晶圆，将所述正常晶圆和待检测晶圆置于相同条件的氮气或者惰性气体氛围中，并对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作。其中，所述相同条件的氮气或者惰性气体氛围包括氮气或者惰性气体的流量、流速等工艺参数相同；所述相同条件的先升温后降温操作包括升温/降温前后的温度、升温/降温到特定温度所需的时间等工艺参数相同。通过本步骤S10可以使得所述正常晶圆和待检测晶圆中注入大量空位。
在本步骤S10中，所述相同条件的氮气或者惰性气体氛围以及相同条件的先升温后降温操作可通过将所述正常晶圆和待检测晶圆置于同一反应腔室来实现。在本申请实施例中，对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作包括：将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃，并将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度在1100℃～1200℃下保持10秒～60秒；接着将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至室温，其中，所述室温为5℃～35℃。
优选的，在5秒内将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃；在5秒内将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至室温。例如，通过1秒～2秒的时间将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃；又通过1秒～2秒的时间将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至室温。具体的，可通过快速热退火(RTA)工艺实现对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作。
进一步的，具体检测时，所述正常晶圆只需要一片即可，而所述待检测晶圆可以是一片也可以是多片，即可以对多片待检测晶圆同时进行检测，以提高检测效率。
接着，执行步骤S11：对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺。其中，所述相同条件的碳离子注入工艺包括碳离子的注入剂量等工艺参数相同。在此，对所述正常晶圆和待检测晶圆的碳离子注入剂量均为1014cm-3～1016cm-3，进一步的，只需要在所述正常晶圆和待检测晶圆的(近)表面区域执行碳离子注入工艺即可。通过对所述正常晶圆和待检测晶圆执行碳离子注入工艺，可以使得正常晶圆和待检测晶圆中的氧沉淀快速长大，形成含碳的较大颗粒的氧沉淀。
请继续参考图1，在本申请实施例中，接着执行步骤S12：对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理。在此，所述相同条件的热处理包括热处理时间、温度等工艺参数均相同。通过对所述正常晶圆和待检测晶圆执行热处理可以促进碳元素和氧元素结合，即促进含碳的较大颗粒的氧沉淀的形成。优选的，在惰性气体氛围下对所述正常晶圆和待检测晶圆执行热处理，例如在氩气氛围下对所述正常晶圆和待检测晶圆执行热处理；对所述正常晶圆和待检测晶圆执行热处理的工艺温度为750℃～1050℃，例如1000℃；对所述正常晶圆和待检测晶圆执行热处理的工艺时间为1小时～8小时。
如图1所示，接着执行步骤S13：对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀。在此，所述相同条件的择优腐蚀包括腐蚀液的组份、配比等工艺参数均相同。通过对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀工艺便可使得所述正常晶圆和待检测晶圆中的氧沉淀作为缺陷暴露出来。
在本申请实施例中，在对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀中，所用的腐蚀液为：氢氟酸和重铬酸钾的混合溶液。优选的，采用比例为1:1～8:1的饱和氢氟酸和饱和重铬酸钾形成所述氢氟酸和重铬酸钾的混合溶液。在本申请的其他实施例中，也可以采用氢氟酸以及氧化铬作为铬源制成择优腐蚀所用的腐蚀液。其中，对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀的工艺时间为30秒～8分钟。通过对腐蚀液组份、配比的控制以及腐蚀时间的控制，可以使得所述正常晶圆和待检测晶圆中的氧沉淀作为缺陷清晰的暴露出来。
最后，执行步骤S14，比较择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆，根据择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆表面的缺陷情况，判定待检测晶圆中的氧沉淀是否过量。当发现待检测晶圆表面的缺陷多于正常晶圆表面的的缺陷时，即可判定待检测晶圆中的氧沉淀过量。具体的，根据对于待检测晶圆质量高低的要求，可以调整判定待检测晶圆中的氧沉淀过量的判定条件。即，当对于待检测晶圆质量要求较高时，待检测晶圆表面的缺陷略多于正常晶圆表面的的缺陷时，即可判定待检测晶圆中的氧沉淀过量；而当对于待检测晶圆质量要求较低时，待检测晶圆表面的缺陷大量多于正常晶圆表面的的缺陷时，可判定待检测晶圆中的氧沉淀过量。
综上可见，通过执行上述工艺步骤，便可非常方便、准确的判断出(待检测)晶圆中氧沉淀的情况。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，包括：
取正常晶圆和待检测晶圆，将所述正常晶圆和待检测晶圆置于相同条件的氮气或者惰性气体氛围中，并对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作；
对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺；
对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀；
比较择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆，根据择优腐蚀后的正常晶圆和待检测晶圆表面的缺陷情况，判定待检测晶圆中的氧沉淀是否过量。
2.如权利要求1所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的先升温后降温操作包括：
先将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃，并将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度在1100℃～1200℃下保持10秒～60秒；
再将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至所述室温。
3.如权利要求2所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，在5秒内将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从室温升至1100℃～1200℃；在5秒内将所述正常晶圆和待检测晶圆的温度从1100℃～1200℃降至所述室温。
4.如权利要求1所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺中，碳离子的注入剂量为1014cm-3～1016cm-3。
5.如权利要求1～4中任一项所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，在对所述正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的碳离子注入工艺之后，在对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀之前，还包括：
对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理。
6.如权利要求5所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理的工艺温度为750℃～1050℃。
7.如权利要求6所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理的工艺时间为1小时～8小时。
8.如权利要求7所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，在惰性气体氛围下对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的热处理。
9.如权利要求5所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，在对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀中，所用的腐蚀液为氢氟酸和重铬酸钾的混合溶液。
10.如权利要求9所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，采用比例为1:1～8:1的饱和氢氟酸和饱和重铬酸钾形成所述氢氟酸和重铬酸钾的混合溶液。
11.如权利要求9所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，对碳离子注入工艺后的正常晶圆和待检测晶圆执行相同条件的择优腐蚀的工艺时间为30秒～8分钟。
12.如权利要求5所述的晶圆中氧沉淀的检测方法，其特征在于，所述正常晶圆的数量为一片，所述待检测晶圆的数量为一片或者多片。
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