CN111781243A - 一种硅片微缺陷测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅片微缺陷测试方法，步骤包括：对硅片进行氧化处理，以使所述硅片内的缺陷成核并长大；再对氧化后的所述硅片进行解理，以获得半圆形所述硅片；在任一半圆形所述硅片抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点，并对半圆形所述硅片上的所述测试点对应的位置进行微缺陷分析，即可获得一组所述测试点对应的所述微缺陷颗粒密度和洁净区宽度，所述微缺陷颗粒密度较大值对应的所述测试点的位置即为所述硅片氧沉淀富集区。发明设计的测试方法，在不影响硅片质量并使硅片可循环利用的情况下，可快速、精准地得出硅片内部微缺陷密度分布情况和洁净区宽度，可及时对拉晶生产过程中出现的微缺陷进行分析，以提高硅片质量、降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体硅片性能测试方法领域，尤其是涉及一种硅片微缺陷测试方法。
背景技术
氧沉淀在在直拉硅中是最重要的微缺陷，对单晶的性质和集成电路的成品率有着重要的影响。硅片体内的氧沉淀及其诱生缺陷可以作为吸杂点，能够有效吸除在集成电路制造过程中引入到硅片表面的金属沾污，这就是所谓的内吸杂。在硅片的近表面区域中形成无晶体缺陷的和金属杂质的洁净区(Denuded Zone，DZ)以及在体内形成高密度体微缺陷(Bulk Micro defect，BMD)，将有利于提高集成电路的成品率。
目前硅片体微缺陷(BMD)的测试方法及设备主要有光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、带电离子活化法、二次离子质谱法等，具体地：
光学显微镜是观察前必须先将硅片进行择优腐蚀，要求腐蚀时，缺陷区优先受到腐蚀，形成腐蚀坑；硅中缺陷经择优腐蚀后，可以用光学显微镜直接进行观察。观察硅片的洁净区时应先将硅片蜡封后，再解理、腐蚀，进行观察。通过观察，除了可以得到洁净区宽度，还可以得到硅片的密度，其分布特征可以反映氧沉淀的分布特征。该方法操作较为复杂、耗时，并且不能进行缺陷的微观分析，需配合透射电子显微镜等技术来进行。
傅里叶变换红外光谱仪是用于测试硅片中杂质的浓度和结构形态，对硅片制备和处理过程中产生的一些缺陷进行表征。由于重掺硅片中载流子会对红外光产生严重吸收，因此不能用于重掺硅片的测试。主要用于测试轻掺硅片中的氧浓度，对样品的厚度、表面状况、平整度以及载流子浓度都有一定的要求。硅单晶中氧的测试在常温下进行，但某些特殊情况，如硅单晶中氧沉淀太多或氧含量太低，且需要在低温条件下进行测试，测试条件苛刻。
带电离子活化法是利用氧通过辐照原子核反应释放出放射性同位素，利用它的强度可以精确测得氧的浓度，这种方法操作复杂，成本较高。
二次离子质谱法是利用离子轰击硅片表面得到二次离子进行分析，从而分析出样品的成分与结构，这种方法可以迅速地测试到氧浓度随深度的分布，但是这种方法的缺点是这是一种有损检测。
以上现有测试方法操作过程繁琐、测试条件苛刻、且为有损测试、生产成本高、测试效果受前期准备影响严重、测试效率低且一致性差，费时费力，成本较高。由于测试过程繁琐且测试时间较长，无法及时获得测试结果，生产过程中的产品质量不能进行实时把控，亦无法对各个工序进行及时反馈，会造成资源浪费，废品率高，生产效率低。
发明内容
本发明提供一种硅片微缺陷测试方法，解决了现有测试微缺陷方法中步骤复杂、测试结果不稳定且无法循环利用被测硅片的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种硅片微缺陷测试方法，步骤包括：
对硅片进行氧化处理，以使所述硅片内的缺陷成核并长大；
再对氧化后的所述硅片进行解理，以获得半圆形所述硅片；
在任一半圆形所述硅片抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点，并对半圆形所述硅片上的所述测试点对应的位置进行微缺陷分析，即可获得所述测试点对应的所述微缺陷颗粒密度和洁净区宽度，所述微缺陷颗粒密度较大值对应的所述测试点的位置即为所述硅片氧沉淀富集区。
进一步的，所述硅片的氧化处理步骤，具体包括在氧气条件下：
预氧化：所述硅片在设定第一温度下恒温预氧化处理一段时间；
氧化：所述第一温度升温到第二温度后，在所述第二温度下恒温氧化处理一段时间；
后氧化：在所述第二温度逐步降到第三温度过程中，氧化设定时间后，使所述硅片出炉再自然降温处理。
进一步的，所述第一温度与所述第二温度相同，均为700-800℃；
所述第二温度为900-1050℃；
所述预氧化时间和所述后氧化时间均小于所述氧化时间，且所述氧化时间为15-18h。
进一步的，解理所述硅片的步骤包括：沿设置在所述硅片边缘的V槽顶角所在直径作为解理边，并沿该直径边垂直于所述硅片的面为解理面进行解理。
进一步的，所述V槽位置在所述硅片<110>晶向上。
进一步的，解理所述硅片还包括向所述硅片解理面吹氮气，以防止所述硅片解理面粘附杂质。
进一步的，所述测试点均设置在半圆形所述硅片抛光面的直径边上，并相对于所述硅片圆心对称分布。
进一步的，所述测试点均匀间隔设置，所述测试点间隔距离为2-20mm。
进一步的，最外侧所述测试点距离所述硅片外圆边有一定距离。
进一步的，测试时将设有所述测试点的所述硅片的抛光面水平放置并使所述硅片抛光面朝下放置。
采用本发明设计的测试方法，在不影响硅片质量并使硅片可循环利用的情况下，可快速、精准地得出硅片内部微缺陷密度分布情况和洁净区宽度，根据微缺陷密度分布情况即可判断硅片体内氧沉淀区所在位置，即微缺陷颗粒密度分布的较大值所对应的测试点的位置即为硅片氧沉淀富集区，根据判断可及时对拉晶生产过程中出现的微缺陷进行解决，改进产品质量，提高硅片生产效率，从而可降低生产成本。
附图说明
图1是本发明测试点在硅片上的结构示意图；
图2是本发明微缺陷测试原理图；
图3是本发明实施例一中6英寸硅片不同位置处的微缺陷密度分布图；
图4是本发明实施例一中6英寸硅片中心圆点处的微缺图；
图5是本发明实施例二中8英寸硅片不同位置处的微缺陷密度分布图；
图6是本发明实施例二中8英寸硅片中心圆点处的微缺图；
图7是本发明实施例三中12英寸硅片不同位置处的微缺陷密度分布图；
图8是本发明实施例三中12英寸硅片中心圆点处的微缺图。
图中：
100、硅片 200、V槽 300、测试点
400、CCD
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例提出一种硅片微缺陷测试方法，步骤包括：
S1：对硅片100进行氧化处理，以使硅片体内的缺陷成核并长大。
具体包括：在氧化炉内依次对硅片100进行预氧化、恒温氧化和后氧化处理。硅片100入炉前，先向氧化炉内通入氮气保护气体，在保证氧化炉气密性的同时对其内部进行保护加热，从而达到少无氧化加热的目的。
当氧化炉内的气体达温度为700-800℃时，停止氮气供应，开始通氧气，氧气流量根据被氧化的硅片100的数量而定，在此不限制。开始将硅片100放置如石英舟内进入氧化炉内，并保持该温度恒定进行预氧化处理，在温度为700-800℃加热2.5-3.5h，使硅片100体内的缺陷被氧化成核。
继续通氧气，然后在以3-5℃/min的速度加热到900-1050℃时，开始恒温氧化处理，使硅片完全被氧化，氧化时间为15-18h，可使硅片100体内的缺陷均匀长大。
氧化完成后，硅片100在氧化炉内继续在氧气条件下进行后氧化处理，氧化炉内的温度再以2-3℃/min的速度降温至700-800℃，保证硅片100被氧化后的缺陷均匀、稳定一致。
再将硅片100移出炉外，再自然降温处理。自然降温处理即是在氮气条件下使硅片100静置在炉外从温度为700-800℃直至降温到室温状态。至此，完成对硅片100的氧化处理。
S2：再对氧化后的硅片100进行解理，以获得半圆形的硅片100。
具体包括，如图1所示，在太阳能圆形硅片100上，沿硅片<110>晶向上设有用于在抛光过程中易于卡固的V槽200，这是由于在<110>晶向上，位错较少，在这一晶向解理不易产生损裂或碎片。V槽200开口朝外设置且位于直径上，V槽200的顶角朝靠近圆心方向设置。沿V槽200的顶角所在直径边作为解理边并沿该直径边垂直于硅片100的面作为解理面进行解理。为了防止硅片100的解理面上粘附杂质，在解理过程中，需要向硅片100的解理面吹氮气。解理后，可以获得两个半圆形的硅片100，选择任一半圆形硅片100作为测试硅片，另一半圆形硅片100可以回收再利用，节约硅片100的测试成本。
S3：在任一半圆形硅片100的抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点300。
具体地，测试点300均设置在半圆形硅片100的抛光面的直径边上，并相对于硅片100的圆心对称分布。测试点300均匀间隔设置在硅片100上，且测试点300之间的间隔距离为2-20mm。其中，为了保证被测试点300所在位置中微缺陷效果的有效性，选择最外侧测试点300距离硅片100的外圆边有一定距离。
S4：将带有测试点300的半圆形硅片100放入红外光学成像设备中进行微缺陷分析，系统可自动测出测试点300所在在位置对应的微缺陷颗粒密度以其洁净区DZ宽度，根据获得微缺陷颗粒密度和洁净区宽度的结果，微缺陷颗粒密度较大值对应的测试点300的位置即为硅片100体内氧沉淀富集区。
具体地，利用半激光干涉技术基于光散射层析成像原理将半圆形硅片100放入红外光学成像设备中进行微缺陷测试分析，放置时，将设有测试点300的半圆形硅片100的抛光面水平放置并使硅片100的抛光面朝下放置，且解理面朝红外敏感CCD相机一侧设置，原理如图2所示。
激光束竖直向上照射到硅片100直径边上的测试点300，。
测试时，红外光学成型设备先自动完成聚焦并按照设置好的激光功率后，聚焦的红外线激光束照射半圆形硅片100抛光面的直径边，直径边缘上的散射体，如沉淀物、位错和堆积故障等被照射后穿过解理面垂直90°散射，高分辨率的NA物镜对垂直散射光进行采集，利用近红外敏感CCD相机400对图像进行检测，系统自动计算出各个测试点300所在位置处的微缺陷密度值和硅片100抛光面表面距离微缺陷层的洁净区的宽度。
以测试点300在硅片100上的位置为X轴，以微缺陷颗粒密度值为Y轴，依次连接测试点300所在位置处测得的微缺陷密度值，形成一线性分析图，根据分析图上的数据分布，即可看出哪写位置的微缺陷密度值较大，微缺陷密度值较大的位置，表明其所在位置的氧沉淀区较严重，即可直接从线性分析图表中看出硅片100微缺陷分布的表征情况。
整个过程仅仅需要一个半圆形的硅片100进行测试，另一半圆形硅片100还可参用作他用，在不影响硅片100本身质量并使硅片100可循环利用的情况下，可快速、精准地得出硅片100的内部微缺陷密度分布情况和洁净区宽度。测试准确率高、效果好，大大提高生产效率，降低生产成本。
下面以三个实施例做具体说明：
实施例一：
以直径为150mm的6英寸硅片100为例，具体如下：
S1：对硅片100进行氧化处理，以使硅片体内的缺陷成核并长大。
预氧化温度为700℃，恒温氧化2.5h，以使硅片100体内的缺陷被氧化成核。再以速度为3℃/min将温度700℃升高至900℃，开始对硅片100进行恒温氧化，氧化时间为15h，使硅片100体内的缺陷被氧化长大。再以2℃/min的速度使温度从900℃降到700℃，在这一过程中对硅片100进行后氧化处理，保证硅片100被氧化后的缺陷均匀、稳定一致。
S2：再对氧化后的硅片100进行解理，以获得半圆形的硅片100。
沿硅片100中的V槽200顶角所在直径边作为解理边并沿该直径边垂直于硅片100的面作为解理面进行解理，并在解理过程中向解理面吹氮气，形成两个半圆形的硅片100。
S3：在任一半圆形硅片100的抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点300。
具体地，在直径为150mm的6英寸半圆形硅片100的抛光面的直径边上选择测试点300，依次为50mm、-30mm、-10mm、0、10mm、30mm、50mm。
S4：将带有测试点300的半圆形硅片100放入红外光学成像设备中进行微缺陷分析。
获得的微缺陷数据如表1所示，从表1中即可看出各个测试点300所在位置处的微缺陷尺寸范围、平均密度值和洁净区宽度。由表1中可以清楚地看出每个不同测试点300对应位置的微缺陷密度与洁净区宽度，为硅片100的外延加工提供有效依据。
表1 6英寸硅片测出的微缺陷数据
同时根据表1中的数据，以测试点300在硅片100上的位置为X轴，以表1中获得的测试点300相对应的微缺陷颗粒密度值为Y轴，进行线性分析，如图3所示。从图3中明显看出整个硅片300沿其直径方向上的各测试点300所在位置的微缺陷密度分布情况，根据不同位置处的微缺陷密度差别，可以进一步针对异常点处的缺陷，即氧沉淀进行性能分析，对直拉硅棒的工艺及时作出调整，以改善硅棒质量，提高生产效率。
同时对硅片100的中心圆点的测试点300的微缺陷图进行分析，分析后得出的洁净区DZ与硅片体内微缺陷区的分布情况如图4所示，可看出洁净区的宽度，为后续提高集成电路提供参考。
实施例二：
以直径为200mm的8英寸硅片100为例，具体如下：
S1：对硅片100进行氧化处理，以使硅片体内的缺陷成核并长大。
预氧化温度为780℃，恒温氧化3h，以使硅片100体内的缺陷被氧化成核。再以速度为4℃/min将温度780℃升高至960℃，开始对硅片100进行恒温氧化，氧化时间为16h，使硅片100体内的缺陷被氧化长大。再以2.5℃/min的速度使温度从960℃降到780℃，在这一过程中对硅片100进行后氧化处理，保证硅片100被氧化后的缺陷均匀、稳定一致。
S2：再对氧化后的硅片100进行解理，以获得半圆形的硅片100。
沿硅片100中的V槽200顶角所在直径边作为解理边并沿该直径边垂直于硅片100的面作为解理面进行解理，并在解理过程中向解理面吹氮气，形成两个半圆形的硅片100。
S3：在任一半圆形硅片100的抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点300。
具体地，在直径为200mm的8英寸半圆形硅片100的抛光面的直径边上选择测试点300，依次为-80mm、-60mm、-40mm、-20mm、0、20mm、40mm、60mm、80mm。
S4：将带有测试点300的半圆形硅片100放入红外光学成像设备中进行微缺陷分析。
获得的微缺陷数据如表2所示，从表2中即可看出各个测试点300所在位置处的微缺陷尺寸范围、平均密度值和洁净区宽度。由表1中可以清楚地看出每个不同测试点300对应位置的微缺陷密度与洁净区宽度，为硅片100的外延加工提供有效依据。
表2 8英寸硅片测出的微缺陷数据
同时根据表2中的数据，以测试点300在硅片100上的位置为X轴，以表2中获得的测试点300相对应的微缺陷颗粒密度值为Y轴，进行线性分析，如图5所示。从图5中明显看出整个硅片300沿其直径方向上的各测试点300所在位置的微缺陷密度分布情况，根据不同位置处的微缺陷密度差别，可以进一步针对异常点处的缺陷，即氧沉淀进行性能分析，对直拉硅棒的工艺及时作出调整，以改善硅棒质量，提高生产效率。
同时对硅片100的中心圆点的测试点300的微缺陷图进行分析，分析后得出的洁净区DZ与硅片体内微缺陷区的分布情况如图6所示，可看出洁净区的宽度，为后续提高集成电路提供参考。
实施例三：
以直径为300mm的12英寸硅片100为例，具体如下：
S1：对硅片100进行氧化处理，以使硅片体内的缺陷成核并长大。
预氧化温度为800℃，恒温氧化3.5h，以使硅片100体内的缺陷被氧化成核。再以速度为5℃/min将温度800℃升高至1050℃，开始对硅片100进行恒温氧化，氧化时间为18h，使硅片100体内的缺陷被氧化长大。因为随着硅片直径的增加，其需要被氧化的面积也增加，相应地，恒温氧化的温度和时间都增加。再以3℃/min的速度使温度从1050℃降到800℃，在这一过程中对硅片100进行后氧化处理，保证硅片100被氧化后的缺陷均匀、稳定一致。
S2：再对氧化后的硅片100进行解理，以获得半圆形的硅片100。
沿硅片100中的V槽200顶角所在直径边作为解理边并沿该直径边垂直于硅片100的面作为解理面进行解理，并在解理过程中向解理面吹氮气，形成两个半圆形的硅片100。
S3：在任一半圆形硅片100的抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点300。
具体地，在直径为300mm的12英寸半圆形硅片100的抛光面的直径边上选择测试点300，依次为-130mm、-110mm、-90mm、-70mm、-50mm、-30mm、-10mm、0、10mm、30mm、50mm、70mm、90mm、110mm、130mm。
S4：将带有测试点300的半圆形硅片100放入红外光学成像设备中进行微缺陷分析。
获得的微缺陷数据如表3所示，从表3中即可看出各个测试点300所在位置处的微缺陷尺寸范围、平均密度值和洁净区宽度。由表1中可以清楚地看出每个不同测试点300对应位置的微缺陷密度与洁净区宽度，为硅片100的外延加工提供有效依据。
表3 12英寸硅片测出的微缺陷数据
同时根据表3中的数据，以测试点300在硅片100上的位置为X轴，以表3中获得的测试点300相对应的微缺陷颗粒密度值为Y轴，进行线性分析，如图7所示。从图7中明显看出整个硅片300沿其直径方向上的各测试点300所在位置的微缺陷密度分布情况，根据不同位置处的微缺陷密度差别，可以进一步针对异常点处的缺陷，即氧沉淀进行性能分析，对直拉硅棒的工艺及时作出调整，以改善硅棒质量，提高生产效率。
同时对硅片100的中心圆点的测试点300的微缺陷图进行分析，分析后得出的洁净区DZ与硅片体内微缺陷区的分布情况如图8所示，可看出洁净区的宽度，为后续提高集成电路提供参考。
采用本发明设计的测试方法，在不影响硅片质量并使硅片可循环利用的情况下，可快速、精准地得出硅片内部微缺陷密度分布情况和洁净区宽度，根据微缺陷密度分布情况即可判断硅片体内氧沉淀区所在位置，即微缺陷颗粒密度分布的较大值所对应的测试点的位置即为硅片氧沉淀富集区，根据判断可及时对拉晶生产过程中出现的微缺陷进行解决，改进产品质量，提高硅片生产效率，从而可降低生产成本。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，步骤包括：
对硅片进行氧化处理，以使所述硅片内的缺陷成核并长大；
再对氧化后的所述硅片进行解理，以获得半圆形所述硅片；
在任一半圆形所述硅片抛光面上靠近直径边处一侧设置若干测试点，并对半圆形所述硅片上的所述测试点对应的位置进行微缺陷分析，即可获得所述测试点对应的所述微缺陷颗粒密度和洁净区宽度，所述微缺陷颗粒密度较大值对应的所述测试点的位置即为所述硅片氧沉淀富集区。
2.根据权利要求1所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，所述硅片的氧化处理步骤，具体包括在氧气条件下：
预氧化：所述硅片在设定第一温度下恒温预氧化处理一段时间；
氧化：所述第一温度升温到第二温度后，在所述第二温度下恒温氧化处理一段时间；
后氧化：在所述第二温度逐步降到第三温度过程中，氧化设定时间后，使所述硅片出炉再自然降温处理。
3.根据权利要求2所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，所述第一温度与所述第二温度相同，均为700-800℃；
所述第二温度为900-1050℃；
所述预氧化时间和所述后氧化时间均小于所述氧化时间，且所述氧化时间为15-18h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，解理所述硅片的步骤包括：沿设置在所述硅片边缘的V槽顶角所在直径作为解理边，并沿该直径边垂直于所述硅片的面为解理面进行解理。
5.根据权利要求4所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，所述V槽位置在所述硅片<110>晶向上。
6.根据权利要求5所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，解理所述硅片还包括向所述硅片解理面吹氮气，以防止所述硅片解理面粘附杂质。
7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，所述测试点均设置在半圆形所述硅片抛光面的直径边上，并相对于所述硅片圆心对称分布。
8.根据权利要求7所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，所述测试点均匀间隔设置，所述测试点间隔距离为2-20mm。
9.根据权利要求8所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，最外侧所述测试点距离所述硅片外圆边有一定距离。
10.根据权利要求8或9所述的一种硅片微缺陷测试方法，其特征在于，测试时将设有所述测试点的所述硅片的抛光面水平放置并使所述硅片抛光面朝下放置。
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