CN1350700A - 测绘在硅晶片表面上金属杂质浓度的工艺方法 - Google Patents

Abstract

提供用于制备具有一种或多种关注的金属基本上均匀沾污的表面并适合用于全反射荧光X射线设备的定标的参考样片的工艺方法。该工艺方法包括把纯洁晶片浸入处理溶液中,该处理溶液是通过把含有关注的金属杂质的可溶于水的盐的含水储备溶液与有机溶剂混合获得的,然后干燥这样浸泡过的晶片。

Description

测绘在硅晶片表面上金属杂质浓度的工艺方法

本发明工艺方法一般来说是针对检测半导体表面上金属杂质的。更详细地说，本工艺方法是针对为了测定单晶硅晶片表面上金属沾污的分布而测绘单晶硅晶片表面的。本工艺方法进一步是针对制备在测绘工艺方法中所使用的参考样片或标准样片的。

通过从单晶硅锭切割晶片以生产适用于制造集成电路的半导体晶片。在切割以后，晶片经历研磨工艺过程而使晶片具有大体上均匀的厚度。然后蚀刻晶片以去除损伤并且产生光滑表面。在通用的晶片成形工艺过程中紧接的步骤是抛光步骤，在晶片的至少一个表面上产生高反射和无损伤的表面。电器件制作占用区域是在这样的抛光面上。

在半导体晶片的表面上沾污特别是金属沾污的存在会大大地降低从那里制作的集成电路的质量和性能，这是众所周知的。所以集成电路生产者根据金属杂质的表面浓度估计严格的界限，剔除超过这样浓度的那些晶片。因此，在一些或全部制备步骤以后一般清洗硅晶片，有助于减少在最终晶片产品上存在的表面沾污量。

对分析表面以测定在其上的金属杂质浓度而言有许多方法。这些方法根据它们是提供关于表面沾污的局部浓度的数据还是提供关于表面沾污的总浓度的数据一般可以分成两类。例如，提供关于表面沾污的总的或者全部的浓度的数据的方法一般包括用或是氢氟酸蒸汽或是氢氟酸溶液溶解存在在晶片表面上的氧化物层，然后分析浓缩的蒸汽或溶液以测定其内金属沾污的浓度。像这样的一些方法因为它们能检测很低程度的金属沾污所以是受到青睐的；也就是说，像这样的一些方法由于它们一般较之那些测定局部的金属沾污浓度的方法具有更低的检测极限而所以受到青睐的。因此，像这样的一些方法有效提供有关整个晶片的沾污浓度的数据。

提供关于局部金属沾污浓度的数据的一些方法一般包括用二次离子质谱仪、俄歇能谱分析法、中子活化分析法或者全X-射线反射荧光光谱(TXRF)分析法来分析晶片表面。像这样的一些方法因为它们基本上对晶片表面无破坏，这意味着对晶片表面能够进行重复分析而因此受到青睐的。例如，在晶片制造工艺过程中的任一步骤之后，在转到下一步骤之前可以分析晶片。因而上述的方法提供监测制造工艺过程和识别潜在的金属沾污源的手段。此外，因为这些方法对晶片表面提供局部结果，所以能够有效地“测绘”表面。也就是说，这些方法可以用来确定在表面上金属沾污的位置。因为特殊的沾污图形可以暗示沾污源，所以像这样的一些数据是有用的。例如，以晶片的中心成圆形的沾污图形可能暗示晶片装卸吸盘是沾污源，而沾污一般是均匀分布可能暗示蚀刻溶液或者抛光悬浮液是沾污源。

因此，这些表面分析的局部方法提供不仅是有关晶片的而且也是有关晶片制造工艺过程的非常有利的资料。然而，为了使这些方法提供可靠和可重复的结果，必须严格地标定所采用的方法和检测仪器。一般来说，由于会影响测量的许多像例如仪器本底噪声、检测器和收集效率中的偏差以及被测杂质在灵敏度上的偏差之类因子中的任一因子而必须标定在像这样一些方法中使用的检测仪器。在这样的情况下精确标定一般需要准备必须符合非常严格的有关在其表面上金属沾污浓度技术条件的参考标准或参考样片。这样，对照已知的参考样片杂质浓度能够标定设备的实际灵敏度。

对这些参考样片设置的重要条件之一是它们在整个表面上被均匀沾污，目的在于获得与在参考样片表面上使用的位置无关的精确而可靠的定标。并且最理想的是被均匀沾污的表面具有对给定的晶片制造设备来说特别关心的所有各种各样的金属沾污。因此，虽然参考样片从市场上是能买到的，但是这样的参考样片未必拥有对特定制造现场需要的将会出现测试的特性。另外，这样的参考样片未必能提供实现高准确度的标定。

而且，吸杂常常是硅晶片所希望的特性，一种通过各种各样性能测试研究的特性。然而，用于像这样的测试的参考样片是不容易买到的。所以，需要用例如ICP-MS或无焰原子吸收光谱测定法复核像这样的测试结果而改进上述的测试的准确度。

此外，对参考样片或者标准样片继续有能够容易制备具有均匀沾污表面和能够用作适当使制造条件和最终测定的吸杂特性相协调的比较检验的要求。

所以，在本发明的目的中间，会提到工艺方法的制备适用硅片的不破坏表面分析以测定在其上金属沾污的浓度和分布的参考样片的措施；上述工艺方法的实施经济的和时间高效率的措施；上述工艺方法的特别适合用于用全反射X射线荧光的硅晶片表面分析的措施；以及工艺方法的在其中使用参考样片测绘硅晶片表面的表面沾污浓度的措施。

简单地说，所以，本发明是针对制备适用于全反射X射线荧光分光计定标的参考样片的工艺方法。工艺过程包括制备有水和可溶解于水的盐溶液的含水盐溶液以及然后使一部分含水盐溶液与有机溶剂混合而形成处理溶液。把大体上无金属的硅晶片浸入处理溶液而后取出硅晶片。然后使被处理的晶片干燥。

本发明进一步是针对用全反射X射线荧光分光计测定硅晶片表面上的金属杂质分布的工艺方法。工艺方法特征在于制备用来标定分光计的参考样片，是通过把无沾污晶片浸入由可溶于水的所需金属盐与从低级醇或酮中选出的有机溶剂混合而获得的混合溶液中预定的时间段，然后在使用这样处理的样片以前使其干燥。

本发明的其他目的和特点有一些将是显而易见的，而有一些将在下文中指出。

附图的简略描述

图1是如全反射X射线荧光光谱测定法所测定的说明沉积在根据本发明工艺过程制备的参考样片表面上的镍的分布的研究结果的成柱状的图。

图2是如全反射X射线荧光光谱测定法所测定的说明沉积在通过用通常技术进行的离心涂敷制备的参考样片表面上的镍的分布的研究结果的成柱状的图。

最佳实施例的详细描述

本发明的工艺方法能制备其表面被用一种或更多种关注的金属杂质大体上均匀沾污的参考样片或标准样片，以便标定用于测定在用一般制造方法制备的硅晶片的表面上金属沾污的浓度和分布两者的检测仪器。更准确地说，本工艺过程能制备用于全反射X射线荧光检测仪的定标的具有大体上被均匀沾污的表面的参考样片，因而使TXRF检测仪适用于测绘硅晶片表面以便测定在其上金属沾污的浓度和分布。

根据本发明的工艺过程，用通常可以买到的将要分析样品晶片的金属的可溶于水的盐(通常用于配制这种类型检测仪器的校准的用途的纯度)制备含水溶液。通用的硅晶片制备条件或环一般引起晶片表面的其中包括像锌、镍、铜、铁、钙和铬之类金属的沾污。所以，通过把一种或更多种相应的盐加到一定量的纯化水能够制备这种含水溶液。然而，一般来说，配制具有约为10ppm(百万分率)的各种金属盐的普通溶液或标准溶液。

在配制成以后，各种普通溶液与一定量的市场上可以买到的与水可以互溶像例如一般分子量较低的醇或酮之类的易挥发有机溶剂(能适用于制备这种类型检测仪器的校准标准的用途的纯度)混合，以使各种普通溶液可以在室温下容易除去水分。最好是，在丙酮是优先选用的酮的时候，这些分子量较低的醇具有三个碳或更少的碳，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇。在具体最佳实施例中，使用异丙醇。

一般来说，为了配制处理溶液可以把普通溶液和溶剂以使盐保持溶液状态和足以使在参考样片表面上大体均匀沉积适当的金属沾污浓度的任何比例混合。然而，一般是，在处理溶液中普通溶液对溶剂的比例，按照体积比是在大约1∶1到大约1∶100范围内变化。

在普通溶液和溶剂通过混合，而因此配制成处理溶液以后，为了制备参考样片，使得被大体上均匀沾污的晶片与处理溶液接触。一般是，通过在采用晶片转动的情况下或全部地或是部分地浸没晶片来处理晶片，保证整个表面充分处理，就时间来说，足以保证完成表面处理并且也足以保证在整个晶片表面上大体均匀地加上适度的沾污层。所以，以上所述一般预定晶片表面与处理溶液接触大约1分钟到大约10分钟。

通常，将与处理溶液接触的晶片可以是任何在严格的制造条件下制备的适合于制备这种类型检测仪器校准标准的用途的晶片。说明另一种方法，只要硅晶片最初经历在技术上合符足以使关心的金属杂质浓度有效地降低到这些杂质将不妨碍标定过程的非常低的程度的清洗工艺过程就基本上可以净化任何硅晶片。因此，将使用“纯洁”晶片或具有基本上无金属的表面的晶片。

在处理所需时间期满以后，从溶液取出晶片(即去除保留在晶片表面上的残余处理溶液)而然后使晶片在调节到一般在从大约20到大约25℃的范围内变化的室温下的普通的干净房间(即基本上无任何会妨碍标定过程的金属沾污的房间)内干燥。由于有机溶剂赋予处理溶液的易挥发性，所以净化的晶片将很快干燥而不需要采取加快干燥过程的手段。

干燥的晶片现在可以用作参考样片以便按照给定的检测仪器的通用特定的定标方法标定将要分析从制造工艺过程获得的样品晶片的表面的这种给定的检测仪器。在最佳实施例中，本工艺方法的参考样片可以用来用通常的技术标定全反射X射线荧光检测仪(像例如从Technos Corp.，Inc.of Osaka，Japan能够大批供应的modelTREX610T之类)。

鉴于上面内容，根据本发明的工艺方法能够做到制备具有一种或更多种关心的金属沾污的浓度的、在整个晶片表面上浓度是大体上均匀分布的参考样片。因为有晶片制造的现场可以实现本工艺方法，因而本工艺方法提供一种效率更高而成本低收效大的手段。而且，通过在晶片制造设备上进行本工艺过程和使用来自生产线的晶片以便制备参考样片，能够收集更准确和更可靠的数据。

如下面例子所说明的那样，能够容易地和高效率地制备在整个晶片表面具有大体上均匀的沾污浓度的、适用于全反射X射线荧光检测仪定标的参考样片。然而，将注意到，除以上提供的工艺条件外，在本文中提供的工艺条件可以有不同的描述而没有脱离本发明的范围。例子

配制在溶液中各种金属的浓度约为10ppm的铁、铜、镍、锌、铬和钙的一些含水的普通溶液。从每种普通溶液取出各在从大约1到大约200毫升范围内的试样，把试样加到异丙醇以使每种溶液的总体积大约为1000毫升。摇动配制的每种处理溶液，到确保充分混合为止，然后倒入浸泡容器。然后把清洗得很干净的六英寸硅晶片(用标准的技术方法清洗的)浸入容器中的含镍处理溶液大约3到4分钟。然后从容器取出晶片，并且在使残余溶液滴离以后，使晶片在干净的房间内在室温下干燥。

在被干燥以后，用全反射X射线荧光检测仪(产自Technos Corp的TREX610YT model)在晶片表面上的九个不同位置上分析参考样片。现在参阅图1，表示用图解说明从所有九个位置得出镍沉积的综合结果的成柱形的插图。另外，参阅图2，在从市场上买到的用离心涂敷制备的参考样片上也通过重复以上提到的步骤测定镍沉积。在用以上所述的方法制备的参考样片上和在从市场上买到的用离心涂敷制备的参考样片上用Technos Corporation，Inc.制造的全反射荧光X射线设备测定金属沉积。在下面的表1中表明测试结果。

表1

分析点编号	本发明的方法	从市场买到的样片
			1	13.0441	77.4742
2	8.0963	89.8240
			3	11.5328	81.2665
4	11.8583	85.5087
			5	11.2154	118.6100
6	10.5565	75.6795
			7	7.4390	71.8325
8	9.6834	99.7520
			9	8.6127	83.1578
平均值	10.2265	87.0118
			标准偏差	1.8983	14.4421

如这些测试结果所示，能观察到本发明制备的参考样片的镍沉积大体上是均匀的，与从市场上可以买到的参考样片比较大大改进镍沾污的均匀性。因而，表明本发明的参考样片对工业应用来说是合格的，所以本工艺方法适用于制备用于定量分析的标准样片。

将要提到用本发明的参考样片实际测定金属沉积，而且发现获得的测定结果有高的复验性。

如上所述，为了制备参考样片，通过配制含水盐溶液并且使含水盐溶液与特定的有机溶剂混合把预定量的锌、镍、铜、铁、钙和铬沉积到纯洁的晶片表面。这样制备的参考样片因而被用于用全反射X射线荧光设备测定在样品晶片表面上的金属沉积。由此可见，本发明能够显示出能更精确地测定晶片表面上的金属沉积和在生产现场能容易地进行成品晶片的产品检验、质量控制等等的效果。

鉴于以上内容，会看出发明的各个目的已达到。

由于在以上的工艺方法中能够作各种各样的变化而没有脱离发明范围，所以意在把在以上的描述中包含的所有实全理解为举例说明而不在限制意义上。

Claims (3)

1.一种制备适用于全反射X射线荧光分光计标定的参考晶片的工艺方法，参考样片表面具有在其上沉积金属杂质大体上均匀的分布，该工艺方法包括：

配制包括水和金属杂质的可溶于水的盐的含水盐溶液；

把一部分含水盐溶液与有机溶剂混合而形成处理溶液；

把大体上无金属的硅晶片浸入处理溶液；

从处理溶液取出被处理的晶片；和

干燥处理过的晶片。

2.一种用全X射线反射荧光检测仪测绘在样品晶片上的金属沉积分布的方法，其特征在于在上述的检测仪的定标中使用通过把纯洁晶片在由所需的金属杂质的可溶于水的盐与从低级醇或酮中选出的有机溶剂混合获得的混合溶液中浸泡预定的时间期间制备成的参考样片。

3.根据权利要求2的方法，其中用异丙醇作有机溶剂。

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