CN117740855A - 一种硅单晶微缺陷的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅单晶微缺陷的检测系统及方法，本发明涉及直拉硅单晶检测技术领域。该硅单晶微缺陷的检测系统及方法，包括以下步骤：S1、准备检测所需样品；S2、对所述样品进行热氧化处理；S3、将热氧化后的所述样品进行SEM扫描和OM扫描，并切换不同放大倍数获取不同精度的图片；S4、利用初始缺陷检测工具扫描所述样品；S5、由检测系统进行对比分析S3、S4步骤中获取的扫描图片；S6、得到结果并通过检测系统生成检测报告，所述样品取自拉制完成后的原生硅单晶，可以快速实现硅单晶微缺陷的检测，具有检测结果直观化和检测无铬化的特点，能够避免传统检测方法的各种局限，通过对微缺陷的高效检出和判定,以获得无缺陷的硅单晶。
Description
技术领域
本发明涉及直拉硅单晶检测技术领域，具体为一种硅单晶微缺陷的检测系统及方法。
背景技术
作为半导体器件的制造工序中所使用的基板，以CZ方式制造的硅片在IC制造领域使用最广泛。在单一CZ晶体硅的生长过程中，如果晶体生长条件脱离理想的工艺条件，就会发生多种生长微缺陷，这些晶体微缺陷在后续器件热制程中容易形成二次缺陷影响产品质量。随着集成电路集成度提高、线宽收窄，对衬底硅材料的质量要求也越来越高。
为了检测这些晶体缺陷，可在去除氧化层后进行择优腐蚀，在显微镜下观察，或用X射线形貌分析法，LST等，其中化学择优腐蚀是最常用的方法；即先对样品进行温度为1100℃，时间为1～2H的热氧化和化学腐蚀处理，再用显微镜观察微缺陷分布及密度特征。这一传统检测方法对于多数规格的单晶微缺陷检测是有效的，但是化学腐蚀检测使用的腐蚀液中含有高比例的铬酸，铬酸是一种无机化合物，具有强氧化性，世界卫生组织公布铬(6价)化合物在1类致癌物清单中。出于对人员健康安全以及生态环境保护，硅单晶缺陷无铬化检测也将成为趋势。晶体中的微缺陷由于尺寸较小引起的晶格畸变应变场太小，X射线形貌成相技术很难直接观察；LST需要裂片观察断面，为破坏性检测方法，操作复杂且误差较大，因此提出一种硅单晶微缺陷的检测系统及方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种硅单晶微缺陷的检测系统及方法，解决了晶体中的微缺陷由于尺寸较小引起的晶格畸变应变场太小，X射线形貌成相技术很难直接观察；LST需要裂片观察断面，为破坏性检测方法，操作复杂且误差较大的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种硅单晶微缺陷的检测方法，包括以下步骤：
S1、准备检测所需样品；
S2、对所述样品进行热氧化处理；
S3、将热氧化后的所述样品进行SEM扫描和OM扫描，并切换不同放大倍数获取不同精度的图片；
S4、利用初始缺陷检测工具扫描所述样品；
S5、由检测系统进行对比分析S3、S4步骤中获取的扫描图片；
S6、得到结果并通过检测系统生成检测报告。
优选的，所述样品取自拉制完成后的原生硅单晶，所述样品在热氧化处理之前还需要进行表面研磨、清洗处理获得平整和洁净的表面，并对清洗后的样品进行化学抛光处理，去除表面损伤。
优选的，所述热氧化处理时样品的温度位于600℃-680℃之间，升温速率位于2℃/min-4℃/min之间，所述热氧化处理时的加热温度位于900℃-1000℃之间，保温时间位于10min-20min之间。
优选的，所述热氧化处理时样品的降温速率位于-5℃/min至-2℃/min之间，所述热氧化处理后样品的温度为650℃，所述热氧化采用湿养为氧化气体，氧气流量为7LPM，热氧化处理后样品的氧化层厚度为1000埃。
优选的，所述SEM扫描借助扫描电子显微镜机台完成，所述OM扫描借助光学显微镜完成。
优选的，所述SEM扫描时的Beam Current为2000pa，Landing Energy为600ev，Image size为1024pixel，Frame average为20，Scan rate为2XScan rate。
本发明还提供了适用于一种硅单晶微缺陷的检测方法的检测系统，包括CPU模块，所述CPU模块中包括接收模块、图像识别模块、图像增强模块，所述接收模块的信号输出端与CPU模块的信号接收端连接，所述CPU模块的信号输出端与图像识别模块的信号接收端连接，所述图像识别模块的信号输出端与图像增强模块的信号接收端连接，所述CPU模块中还包括分类模块、比对模块、分析模块，所述图像增强模块的信号输出端与分类模块的信号接收端连接。
优选的，所述分类模块的信号输出端与比对模块的信号接收端连接，所述比对模块的信号输出端与分析模块的信号接收端连接，所述CPU模块的信号输出端上连接有整合模块，所述整合模块的信号输出端上连接有输出模块。
本发明提供了一种硅单晶微缺陷的检测系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该硅单晶微缺陷的检测方法，通过借助SEM机台利用电子枪发射电子束经聚焦后在试样表面作光栅状扫描，入射电子与试样相互作用激发出二次电子、背散射电子、吸收电子、俄歇电子、阴极荧光和特征X射线等各种信息，然后对这些信息收集、放大、再成像以达到对样品表面的成分、形貌及结构等进行观察和分析，可有效检测LDL等层错微缺陷。
(2)、该硅单晶微缺陷的检测方法，通过热氧化结合SEM检测手段对硅单晶微缺陷进行检测，可以快速实现硅单晶微缺陷的检测，操作简便易实现，缺陷检出率高，且具有检测结果直观化和检测无铬化的特点，能够避免传统检测方法的各种局限，通过对微缺陷的高效检出和判定,以获得无缺陷的硅单晶。
(3)、该硅单晶微缺陷的检测系统，通过对扫描所得图像进行优化处理，使得在对微缺陷进行判定时更加容易，同时能够出具判定报告，由系统先给出判定结果随后人工根据判定报告进行核验，核验无误后再将判定报告连同被测样品封存，以便后面查验使用。
附图说明
图1为本发明的系统图；
图2为本发明原理示意图；
图3为本发明LDL缺陷在OM扫描出的典型记录图；
图4为本发明LDL缺陷在SEM扫描出的典型记录图。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，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。
请参阅图1-图4，本发明提供以下技术方案：
对晶体中的缺陷进行准确的检测和评价是开发高质量无缺陷硅单晶的基础。在单一CZ晶体硅的生长过程中，如果晶体生长条件脱离理想的工艺条件，就会发生多种生长微缺陷：被称为COP的Void是由快速Pull Speed引起的过剩空隙的集合体；类似于Void，氧析出物是在空位的帮助下生成的；A-defect，即位错环或循环集群是由慢速Pull Speed引起的过剩磁自间隙原子的集合体；类似于A-defect，B-defect被广泛认为是过剩磁自间隙原子的小集合，但不是位错环或循环集群。
实施例一：一种硅单晶微缺陷的检测方法，包括以下步骤：
S1、准备检测所需样品；
S2、对样品进行热氧化处理；
S3、将热氧化后的样品进行SEM扫描和OM扫描，并切换不同放大倍数获取不同精度的图片；
S4、利用初始缺陷检测工具扫描样品；
S5、由检测系统进行对比分析S3、S4步骤中获取的扫描图片；
S6、得到结果并通过检测系统生成检测报告。
其中样品取自拉制完成后的原生硅单晶，样品在热氧化处理之前还需要进行表面研磨、清洗处理获得平整和洁净的表面，并对清洗后的样品进行化学抛光处理，去除表面损伤，热氧化处理时样品的温度为600℃，升温速率为2℃/min，热氧化处理时的加热温度为900℃，保温时间为10min，热氧化处理时样品的降温速率为-5℃/min，热氧化处理后样品的温度为650℃，热氧化采用湿养为氧化气体，氧气流量为7LPM，热氧化处理后样品的氧化层厚度为1000埃，SEM扫描借助扫描电子显微镜机台完成，OM扫描借助光学显微镜完成，SEM扫描时的Beam Current为2000pa，Landing Energy为600ev，Image size为1024pixel，Frameaverage为20，Scan rate为2XScan rate。
实施例二：一种硅单晶微缺陷的检测方法，包括以下步骤：
S1、准备检测所需样品；
S2、对样品进行热氧化处理；
S3、将热氧化后的样品进行SEM扫描和OM扫描，并切换不同放大倍数获取不同精度的图片；
S4、利用初始缺陷检测工具扫描样品；
S5、由检测系统进行对比分析S3、S4步骤中获取的扫描图片；
S6、得到结果并通过检测系统生成检测报告。
其中样品取自拉制完成后的原生硅单晶，样品在热氧化处理之前还需要进行表面研磨、清洗处理获得平整和洁净的表面，并对清洗后的样品进行化学抛光处理，去除表面损伤，热氧化处理时样品的温度为680℃，升温速率为4℃/min，热氧化处理时的加热温度为1000℃，保温时间为20min，热氧化处理时样品的降温速率为-2℃/min，热氧化处理后样品的温度为650℃，热氧化采用湿养为氧化气体，氧气流量为7LPM，热氧化处理后样品的氧化层厚度为1000埃，SEM扫描借助扫描电子显微镜机台完成，OM扫描借助光学显微镜完成，SEM扫描时的Beam Current为2000pa，Landing Energy为600ev，Image size为1024pixel，Frame average为20，Scan rate为2XScan rate。
实施例三：一种硅单晶微缺陷的检测方法，包括以下步骤：
S1、准备检测所需样品；
S2、对样品进行热氧化处理；
S3、将热氧化后的样品进行SEM扫描和OM扫描，并切换不同放大倍数获取不同精度的图片；
S4、利用初始缺陷检测工具扫描样品；
S5、由检测系统进行对比分析S3、S4步骤中获取的扫描图片；
S6、得到结果并通过检测系统生成检测报告。
其中样品取自拉制完成后的原生硅单晶，样品在热氧化处理之前还需要进行表面研磨、清洗处理获得平整和洁净的表面，并对清洗后的样品进行化学抛光处理，去除表面损伤，热氧化处理时样品的温度为650℃，升温速率为3℃/min，热氧化处理时的加热温度为950℃，保温时间为16min，热氧化处理时样品的降温速率为-3℃/min，热氧化处理后样品的温度为650℃，热氧化采用湿养为氧化气体，氧气流量为7LPM，热氧化处理后样品的氧化层厚度为1000埃，SEM扫描借助扫描电子显微镜机台完成，OM扫描借助光学显微镜完成，SEM扫描时的Beam Current为2000pa，Landing Energy为600ev，Image size为1024pixel，Frameaverage为20，Scan rate为2XScan rate。
样品在进行氧化理后，样品表面的微缺陷获得了放大缀饰，通过SEM扫描样品获得缺陷缀饰后的形貌图；利用初始缺陷检测工具(SPX)扫描硅晶圆，获取晶圆的初始缺陷信息，即含有缺陷的位置信息和尺寸信息的KLARF坐标文件；SEM机台在光学显微镜(OpticalMicroscope，简称OM)模式下通过晶圆的初始缺陷信息获取初始缺陷图像并根据初始缺陷图像确定包括完整缺陷图像和部分晶圆图像的目标区域图像，再切换至放大倍数更高的扫描电镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)下，根据目标区域图像调整扫描电镜模式下的放大倍数，得到完整缺陷的高清放大图像。SEM扫描图像能够更加清晰且显著地展示缺陷及其形貌，从而进行有效的分析。
当检测到所存在的缺陷之后，进而就是针对这些缺陷进行分类识别，以LDL缺陷为例，其对应的典型的图像形貌如图3、图4所示。从图3、图4中可以看出，LDL缺陷的典型形貌为撇/捺状线条形。对于这些缺陷的形貌，可以通过图像处理手段提取缺陷所在区域的图像特征进行表征，提取扫描图像中各缺陷对应的图像特征，包括：针对扫描图像中各缺陷所在区域，通过图像检测手段获取各缺陷对应的长度值、宽度值、形态和缺陷面积值中的一个或多个。利用图像中与缺陷形貌对应的图像特征，进而能够快速识别出对应的缺陷类型，提高缺陷检测的效率和准确度。
经过实验发现微缺陷环区经过热氧化工艺，缺陷区的微缺陷会先和氧结合形成氧沉淀继而在后续氧化过程形成OISF，OISF的尺寸大小与热氧化的温度和时间相关，本发明采用在950℃下保温16min的热氧化工艺作为微缺陷缀饰长大为OISF的工艺条件，硅片样品经过热氧化处理后使用扫描电镜进行检测，更容易识别出缺陷部分。
本发明实施例还提供了一种硅单晶微缺陷的检测方法的检测系统，包括CPU模块，CPU模块中包括接收模块、图像识别模块、图像增强模块，接收模块的信号输出端与CPU模块的信号接收端电信号连接，CPU模块的信号输出端与图像识别模块的信号接收端电信号连接，图像识别模块的信号输出端与图像增强模块的信号接收端电信号连接，CPU模块中还包括分类模块、比对模块、分析模块，图像增强模块的信号输出端与分类模块的信号接收端电信号连接，分类模块的信号输出端与比对模块的信号接收端电信号连接，比对模块的信号输出端与分析模块的信号接收端电信号连接，CPU模块的信号输出端与整合模块的信号接收端电信号连接，整合模块的信号输出端与输出模块的信号接收端电信号连接。
通过接收模块对SEM扫描以及OM扫描出的图像进行接收，随后通过CPU模块利用图像识别模块对这些图像进行识别，在识别之后通过图像增强模块对扫描出的图像进行锐化、降噪、色彩增强等优化方法进行增强图像，随后通过分类模块更具缺陷的不同进行分类，随后通过比对模块、分析模块协同作业，将扫描所得图像与缺陷图样库进行比对，看扫描所得图像中是否有缺陷，由CPU模块将结果输送至整合模块，由整合模块将样品、检测时间、扫描图片、缺陷部分放大图以及分析结果综合制成判定报告，通过输出模块将判定报告输出。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种硅单晶微缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备检测所需样品；
S2、对所述样品进行热氧化处理；
S3、将热氧化后的所述样品进行SEM扫描和OM扫描，并切换不同放大倍数获取不同精度的图片；
S4、利用初始缺陷检测工具扫描所述样品；
S5、由检测系统进行对比分析S3、S4步骤中获取的扫描图片；
S6、得到结果并通过检测系统生成检测报告。
2.根据权利要求1所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法，其特征在于：所述样品取自拉制完成后的原生硅单晶，所述样品在热氧化处理之前还需要进行表面研磨、清洗处理获得平整和洁净的表面，并对清洗后的样品进行化学抛光处理，去除表面损伤。
3.根据权利要求1所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法，其特征在于：所述热氧化处理时样品的温度位于600℃-680℃之间，升温速率位于2℃/min-4℃/min之间，所述热氧化处理时的加热温度位于900℃-1000℃之间，保温时间位于10min-20min之间。
4.根据权利要求1所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法，其特征在于：所述热氧化处理时样品的降温速率位于-5℃/min至-2℃/min之间，所述热氧化处理后样品的温度为650℃，所述热氧化采用湿养为氧化气体，氧气流量为7LPM，热氧化处理后样品的氧化层厚度为1000埃。
5.根据权利要求1所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法，其特征在于：所述SEM扫描借助扫描电子显微镜机台完成，所述OM扫描借助光学显微镜完成。
6.根据权利要求5所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法，其特征在于：所述SEM扫描时的Beam Current为2000pa，Landing Energy为600ev，Image size为1024pixel，Frameaverage为20，Scan rate为2XScan rate。
7.适用于权利要求1-6任意一项所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法的检测系统，包括CPU模块，其特征在于：所述CPU模块中包括接收模块、图像识别模块、图像增强模块，所述接收模块的信号输出端与CPU模块的信号接收端连接，所述CPU模块的信号输出端与图像识别模块的信号接收端连接，所述图像识别模块的信号输出端与图像增强模块的信号接收端连接，所述CPU模块中还包括分类模块、比对模块、分析模块，所述图像增强模块的信号输出端与分类模块的信号接收端连接。
8.根据权利要求7所述的一种硅单晶微缺陷的检测方法的检测系统，其特征在于：所述分类模块的信号输出端与比对模块的信号接收端连接，所述比对模块的信号输出端与分析模块的信号接收端连接，所述CPU模块的信号输出端上连接有整合模块，所述整合模块的信号输出端上连接有输出模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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