CN114280069A - 晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法，所述晶体缺陷的检测方法包括：对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来；对所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。本发明的技术方案使得能够准确分辨出位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法。
背景技术
在晶体生长过程中，受晶体生长的工艺条件的影响，会形成不同类型的原生微缺陷，如空洞(Crystal Originated Particle，COP)、氧沉淀、位错环(A-defect)以及自间隙原子团聚体(B-defect)。
为获得高品质的晶圆，需要对单晶硅中的各类微缺陷进行详细表征，并且将表征结果用于监控晶体生长过程，调整晶体生长的参数，最终获得无缺陷晶体。其中，对于COP、氧沉淀、A-defect的表征已经有了多种光学和化学方法，比如光散射扫描(SP3)、激光散射层析缺陷(Laser Scattering Tomography Defect，LSTD)、X射线形貌技术(X-rayDiffraction Topography，XRT)、透射电镜(Transmission Electron Microscope，TEM)、铜修饰和气相刻蚀等等，而对于B-defect或B-defect缺陷带有效的表征手段不多，最有效的表征方法是热处理加铜修饰的方法。
其中，热处理加铜修饰的方法表征B-defect，属于对热处理过程中产生的与B-defect有关的二次缺陷进行更进一步的间接表征。在铜修饰之后，A-defect和与B-defect有关的二次缺陷具有相似的形貌；依据表征结果，只能再结合晶体缺陷带分布规律粗略分辨位于A-defect分布区域边缘的B-defect缺陷带。
但是，B-defect缺陷带和A-defect缺陷带经常有交叉，在A-defect缺陷带开始消失并逐渐过渡到B-defect缺陷带的情况下，由于A-defect和与B-defect有关的二次缺陷具有相似的铜修饰刻蚀形貌，如果没有其他方法的辅助，热处理加铜修饰的方法将无法帮助分辨探测到的缺陷是在热处理过程中进一步长大并达到铜修饰探测限的更小尺寸的A-defect，还是在热处理过程中产生的与B-defect有关的二次缺陷，进而无法准确的分辨出B-defect缺陷带。
因此，如何准确分辨出晶体里的B-defect缺陷带是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法，能够准确分辨出位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带。
为实现上述目的，本发明提供了一种晶体缺陷的检测方法，包括：
对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来；
对所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。
可选地，所述热处理的温度为500℃～1000℃，所述热处理的时间为2h～10h。
可选地，所述气相刻蚀的温度为800℃～1000℃，所述气相刻蚀的时间为1min～10min。
可选地，对所述硅片的表面进行观察的方法包括扫描电镜、透射电镜或原子力显微镜。
可选地，所述沉淀物为氧化硅。
可选地，所述沉淀物的尺寸为纳米级。
可选地，所述沉淀物位于所述凹坑的中心。
可选地，若所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷，则在对所述硅片进行热处理之后，所述位错环缺陷的尺寸增大；若所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷，则在对所述硅片进行热处理之后，所述自间隙原子团聚体缺陷转变为二次缺陷。
可选地，在对所述硅片进行气相刻蚀之后且对所述硅片的表面进行观察之前，对所述硅片的表面进行光散射扫描。
本发明还提供了一种晶棒生长方法，采用所述的晶体缺陷的检测方法检测一硅片中的晶体缺陷，并根据所述晶体缺陷的类型调整晶棒的生长工艺。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的晶体缺陷的检测方法，包括：对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来；以及，对所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。本发明提供的晶体缺陷的检测方法能够从位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带的交叉区域以及未交叉区域中，通过观察气相刻蚀后形成的凹坑中是否存在沉淀物，来准确分辨出凹坑所在位置的缺陷是热处理过程中尺寸增大的位错环缺陷，还是热处理过程中产生的与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷，进而能够准确分辨出出凹坑所在位置的晶体缺陷是位错环缺陷还是自间隙原子团聚体缺陷，从而准确分辨出位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带。
2、本发明的晶棒生长方法，由于采用所述晶体缺陷的检测方法检测一硅片中的晶体缺陷，使得能够准确的分辨出所述晶体缺陷为位错环缺陷还是自间隙原子团聚体缺陷，进而使得在根据所述晶体缺陷的类型调整晶棒的生长工艺后能够获得无缺陷的晶棒。
附图说明
图1a是与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷在铜修饰后的显微镜图；
图1b是位错环缺陷在铜修饰后的显微镜图；
图2是本发明一实施例的晶体缺陷的检测方法的流程图；
图3a是与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷在气相刻蚀后的扫描电镜图；
图3b是位错环缺陷在气相刻蚀后的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下对本发明提出的晶体缺陷的检测方法及晶棒生长方法作进一步详细说明。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。本文中“和/或”的含义是二选一或者二者兼具。
本发明一实施例提供一种晶体缺陷的检测方法，参阅图2，图2是本发明一实施例的晶体缺陷的检测方法的流程图，所述晶体缺陷的检测方法包括：
步骤S1、对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来；
步骤S2、对所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。
下面参阅图1a～图1b和图3a～图3b更为详细的介绍本实施例提供的晶体缺陷的检测方法。
按照步骤S1，对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来。
在晶体生长过程中，受晶体生长的工艺条件的影响，会形成不同类型的原生微缺陷，从而导致获得的硅片中形成晶体缺陷。其中，所述晶体缺陷包括位错环缺陷(A-defect)和自间隙原子团聚体缺陷(B-defect)等，由于所述晶体缺陷位于所述硅片的内部，需要先将所述晶体缺陷显现出来。
首先，对所述硅片进行热处理。所述热处理的温度可以为500℃～1000℃，所述热处理的时间可以为2h～10h。
其中，若所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷，则在对所述硅片进行热处理之后，所述位错环缺陷的尺寸增大；若所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷，则在对所述硅片进行热处理之后，所述自间隙原子团聚体缺陷转变为与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷。
在对所述硅片进行热处理之后，现有的一种方法是对所述硅片进行铜修饰，通过铜修饰改变所述晶体缺陷的形貌，通过形貌的差异判断所述晶体缺陷的类型。但是，铜修饰之后的位错环缺陷和与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷具有相似的形貌，此时，只能再结合晶体缺陷带分布规律粗略分辨位于位错环缺陷带边缘的自间隙原子团聚体缺陷带，分辨的结果不准确。如图1a所示，在显微镜图中，与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷在铜修饰后的形貌显现为凹坑A1，位错环缺陷在铜修饰后的形貌显现为凹坑A2，凹坑A1与凹坑A2的形貌非常相似。
并且，由于位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带经常有交叉，在位错环缺陷带开始消失并逐渐过渡到自间隙原子团聚体缺陷带的区域内，由于位错环缺陷和与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷具有相似的铜修饰后的形貌，如果没有其他方法的辅助，热处理结合铜修饰的方法将无法帮助分辨此区域内检测到的缺陷是在热处理过程中进一步长大并达到铜修饰探测限的更小尺寸的位错环缺陷，还是在热处理过程中产生的与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷，进而无法准确的分辨出此区域内的自间隙原子团聚体缺陷带。
因此，本发明提出在热处理之后对所述硅片进行气相刻蚀。
所述气相刻蚀可以采用20slm～80slm的氢气气氛中通入0.1％～10％的第七主族氢化物。所述第七主族氢化物例如是HF、HCl、HBr、HI刻蚀气体，在本实施例中，所述第七主族氢化物采用HCl气体。
所述气相刻蚀的温度可以为800℃～1000℃，所述气相刻蚀的时间可以为1min～10min。
由于在气相刻蚀过程中，所述硅片中形成有晶体缺陷的区域比未形成有晶体缺陷的区域的刻蚀速率更快，使得所述硅片中形成有晶体缺陷的区域会形成凹坑。
其中，对于所述位错环缺陷，由于在热处理的过程中仅尺寸增大(即位错更严重)，尺寸增大后的位错环缺陷所在区域的材质不变，均为硅，使得在气相刻蚀中会被刻蚀形成为凹坑；但是，对于所述自间隙原子团聚体缺陷，其所在区域的部分硅在热处理的过程中很容易与所述硅片内部的氧杂质反应生成氧化硅，使得与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷包含氧化硅，而氧化硅无法被气相刻蚀去除或者仅被微量去除，进而使得在热处理之后产生的与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷所在区域除了在气相刻蚀中会被刻蚀形成为凹坑之外，凹坑中还存在材质为氧化硅的沉淀物。
步骤S2、对气相刻蚀后的所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。
其中，由于所述沉淀物的尺寸为纳米级，为了确认凹坑中是否存在沉淀物，对所述硅片的表面进行观察的方法包括采用放大倍率很高的扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)或原子力显微镜(AFM)。
在对所述硅片的表面进行气相刻蚀之后，参阅图3a，在扫描电镜图中，观察到凹坑B1的中心形成有未被刻蚀去除的沉淀物B11，则说明此区域在热处理之后是与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷，在热处理之前是自间隙原子团聚体缺陷；参阅图3b，在扫描电镜图中，观察到仅存在凹坑B2，凹坑B2中未存在沉淀物，则说明此区域为位错环缺陷。
另外，在对所述硅片进行气相刻蚀之后且对所述硅片的表面进行观察之前，可以对所述硅片的表面进行光散射扫描，以确认所述硅片表面的缺陷分布，进而便于后续对所述硅片表面的缺陷进行观察。
从上述内容可知，本发明提供的晶体缺陷的检测方法，包括：对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来；以及，对所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。本发明提供的晶体缺陷的检测方法能够从位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带的交叉区域以及未交叉区域中，通过观察气相刻蚀后形成的凹坑中是否存在沉淀物来准确分辨出凹坑所在位置的缺陷是热处理过程中尺寸增大的位错环缺陷还是热处理过程中产生的与自间隙原子团聚体缺陷有关的二次缺陷，进而能够准确分辨出出凹坑所在位置的晶体缺陷是位错环缺陷还是自间隙原子团聚体缺陷，从而准确分辨出位错环缺陷带与自间隙原子团聚体缺陷带。
本发明一实施例提供一种晶棒生长方法，采用所述的晶体缺陷的检测方法检测一硅片中的晶体缺陷，并根据所述晶体缺陷的类型调整晶棒的生长工艺。
由于晶体生长为晶棒后，通过切割所述晶棒获得硅片，因此，通过检测所述硅片中的晶体缺陷，即可获得所述晶棒中的晶体缺陷。
所述晶体缺陷的检测方法参见上述说明，在此不再赘述。
通过采用所述晶体缺陷的检测方法检测所述硅片中的晶体缺陷，以准确的分辨出所述晶体缺陷为位错环缺陷还是自间隙原子团聚体缺陷，从而根据所述晶体缺陷的类型来调整所述晶棒的生长工艺，以获得无缺陷的晶棒。
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 (10)
1.一种晶体缺陷的检测方法，其特征在于，包括：
对一具有晶体缺陷的硅片依次进行热处理和气相刻蚀，以使得所述晶体缺陷显现出来；
对所述硅片的表面进行观察，若所述硅片的表面形成有凹坑，则所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷；若所述硅片的表面形成有凹坑以及位于所述凹坑中的沉淀物，则所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷。
2.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，所述热处理的温度为500℃～1000℃，所述热处理的时间为2h～10h。
3.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，所述气相刻蚀的温度为800℃～1000℃，所述气相刻蚀的时间为1min～10min。
4.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，对所述硅片的表面进行观察的方法包括扫描电镜、透射电镜或原子力显微镜。
5.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，所述沉淀物为氧化硅。
6.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，所述沉淀物的尺寸为纳米级。
7.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，所述沉淀物位于所述凹坑的中心。
8.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，若所述硅片中的晶体缺陷为位错环缺陷，则在对所述硅片进行热处理之后，所述位错环缺陷的尺寸增大；若所述硅片中的晶体缺陷为自间隙原子团聚体缺陷，则在对所述硅片进行热处理之后，所述自间隙原子团聚体缺陷转变为二次缺陷。
9.如权利要求1所述的晶体缺陷的检测方法，其特征在于，在对所述硅片进行气相刻蚀之后且对所述硅片的表面进行观察之前，对所述硅片的表面进行光散射扫描。
10.一种晶棒生长方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一所述的晶体缺陷的检测方法检测一硅片中的晶体缺陷，并根据所述晶体缺陷的类型调整晶棒的生长工艺。
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