CN1555486A - 利用x射线检查半导体材料的晶片的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用X射线检查晶体半导体材料的晶片的方法，其中利用X射线束扫描该晶片的表面，并检测所述X射线束产生的二次辐射。在检查之前，将X射线束在检查过程中将要扫描的晶片表面粘接到一衬底，随后从该晶片被暴露的一侧去除晶体半导体材料，去除一直进行到与表面相邻的顶层。从而可以检查顶层，而该检查不会受到位于顶层以下的晶片层中出现的晶体缺陷或杂质的影响。

Description

利用X射线检查半导体材料的晶片的方法
本发明涉及一种利用X射线检查晶体半导体材料的晶片的方法，其中利用X射线束来扫描该晶片的表面，并检测由该射线束产生的二次辐射。
该二次辐射是由X射线束与半导体本体中存在的晶面相互作用而产生的X射线的衍射造成的。为了利用X射线衍射产生二次辐射，利用具有符合布拉格条件的波长的X射线束从一个角度对该薄片进行扫描。然后可以在该晶片的背面检测到相对比较强的第二X射线束。实际上，从晶片背面发射出来的射线束被记录在照相底板上。在扫描该晶片表面过程中，在该照相底板上形成一图像。如果该晶片不包含晶体缺陷，则发射束将表现出恒定的强度，且该照片底板会得到均匀的光学密度。但是，如果该晶片包含晶体缺陷，则形成一个图像，该图像能够确定这些晶体缺陷在晶片上的位置和特征。该技术也称为X射线形貌学。
在半导体材料的晶片中形成半导体电路期间，在这些晶片中，形成彼此隔离的作用区，即其相邻的表面；例如通过硅的局部氧化在硅晶片中形成它们。随后，通过例如离子注入，在这些作用区中加入掺杂剂。然后通常在高温下对该晶片进行热处理。这些处理应当在非常精确和极其清洁的环境下执行。在这些处理期间可能会出现误差，使晶体出现缺陷和引入不希望的杂质。从而，可能使形成的半导体电路无法正常工作。可由前述类型的方法发现(trace)这些缺陷。在许多情况下，可以确定这些缺陷的原因，从而采用适当的步骤。晶体缺陷可能是由不正确执行的热处理或应力(stress)下对晶片的处理造成的。晶体缺陷也可能在通过离子注入施加掺杂剂的期间或随后执行的完成处理中出现，该完成处理在高温下进行以便修复任何晶格损坏。
实际上已发现晶体缺陷和不希望的杂质会阻碍所述检查，而晶体缺陷和不希望的杂质不是由半导体元件的形成过程中的误差造成的。该晶体缺陷和杂质容易影响测量，从而导致不能适当地检测出实际感兴趣的晶体缺陷和杂质，这些晶体缺陷和杂质是由半导体元件形成过程中的误差造成的。
本发明的目的是克服上述的缺点。为此，根据本发明所述的一种方法其特征在于，在利用X射线执行检查之前，将检查过程中X射线束将要扫描的晶体表面粘接到一个衬底，随后从该晶片，即从晶片曝露的自由侧直到与表面相邻的顶层去除晶体材料。
从而，在检查半导体材料层之前，位于顶层以下的较深半导体材料层已被去除。确切地说，实际上在这些较深层中引入考虑到的晶体缺陷。实际上半导体晶片具有例如600μm的厚度，而在半导体元件的形成过程中只有厚度约为5到30μm的顶层被处理。为了保证此顶层尽可能的不含杂质，在所述晶片的较深层中故意的引入晶体缺陷从而约束了所述杂质。这种较深的晶体缺陷和受约束的杂质不会受到顶层中半导体元件的形成的影响，但可通过已知的方法被检测到。这将对可能的晶体缺陷的定位和顶层中的杂质(contamination)产生不利影响。根据本发明的方法，这种半导体材料的较深层在检查之前被去除，从而它们不会再影响测量。令人惊讶的是，实际上已发现，在很大的程度上该半导体材料的去除并不会引入新的晶体缺陷和杂质，并且所获得的层厚度非常均匀，从而测量结果不会受厚度差异的影响。用X射线形貌学技术的情况下厚度差异可能会导致照片上出现不希望的衍射图。
最好，该晶片被粘接到传输(transmit)X射线的材料衬底上。用于衬底的适当材料尤其是无铅玻璃，石英玻璃和氧化铝。最好使用氮化硼的衬底，因为这种衬底几乎可完全透射X射线；具有例如500μm厚度的一个衬底可传输95％的射线。
最好，通过两个步骤去除该晶片的材料直至顶层，在第一步骤通过化学机械的抛光处理，进行去除直到接近顶层附近，随后在第二步骤通过蚀刻处理将顶层暴露，在蚀刻处理期间由抛光处理导致的晶体缺陷可通过蚀刻被去除。从而通过抛光处理可相当迅速地去除材料，而由抛光处理引起的任何晶体缺陷可通过蚀刻处理被去除。并且，这些步骤可产生一个被连接在衬底上的厚度非常均匀的层。
在具有晶体半导体材料的顶层的半导体材料晶片的检查期间，其中晶体半导体材料的顶层位于绝缘材料层之上并与表面相邻的，去除该晶片的半导体材料，从而暴露绝缘材料层。为了利用X射线检查这种SOI晶片，在绝缘材料层停止去除半导体材料是有利的，该绝缘材料层可用作自动停止蚀刻处理的一个层。
下面将参照附图来详细描述本发明。其中：
图1示出了利用X射线形貌学技术检查半导体晶片的装置示意图，和
图2到4是表示根据本发明制备用于检查的半导体材料晶片的步骤的截面示意图。
图1示意性的表示出利用X射线来检查晶体半导体材料的晶片的一个装置，在此情况下该晶片通常是一个硅晶片。显而易见，以这种方式也可以检查其他晶体半导体材料的晶片。利用X射线束3来扫描晶片1的表面2，在此情况下，一射线束在附图的平面上的尺寸是几毫米，在垂直于附图的的方向上的尺寸可以实现可照射到晶片1的整个直径。X射线3在半导体本体的晶面入射，该晶面不是必需与表面2平行延伸；该光束以一定角度入射并包括满足布拉格条件的波长的射线。在出现X射线衍射的情况下，在晶片1的背面，即以布拉格条件定义的角度发出相对较强的第二X射线束4。检测由X射线衍射产生的光束4。在此情况下通过将光束4记录到照相底板5上来实现检测。在检查期间，以箭头6所示的方向来扫描晶片1的表面2。在对晶片表面扫描期间，在照相底板上形成一个图像。若该晶片不包含晶体缺陷，则发出的光束将表现出恒定强度，从而在照相底板上获得均匀的光学密度。然而，若该晶片包含晶体缺陷，则形成一个图像，该图像适于确定这些晶体缺陷在晶片上位置和特征。该技术也被称为X射线形貌学。
图2到4是制备用于上述检查之一的半导体硅晶片的步骤的截面示意图。在检查过程中X射线束将要扫描的晶片1的表面2被粘接到衬底7。在本例中该晶片通过环氧树脂或丙烯酸脂胶合剂被粘接到由石英玻璃板构成的衬底7。随后从晶片1，即从其暴露侧9直到与表面相邻的顶层10去除晶体材料。随后利用X射线来检查这样形成的结构7，8，10。
因此在利用X射线执行检查之前，去除位于顶层10之下较深处的半导体材料层。实际上正是在这种较深层中故意的进入晶体缺陷。实际上半导体晶片具有例如600μm的厚度，而在晶片中的半导体元件形成过程中只有约为5到30μm厚度的顶层10被处理。为了保证此顶层10尽可能的不含杂质，在所述晶片的较深层中故意的引入晶体缺陷从而约束了所述杂质。因为去除了较深层，这种晶体缺陷和杂质不会影响到测量。从而可适当的确定顶层中的晶体缺陷和杂质的位置和特征。
该半导体材料的去除实际上没有引入新的晶体缺陷和杂质，并且所获得的层的厚度非常均匀，从而测量结果不会受厚度差异的影响，其中厚度差异在X射线形貌的情况下可能会导致相片上出现不希望的衍射图。
晶片1被粘接到可透射X射线的衬底7。该衬底的特别适用的材料是无铅玻璃，石英玻璃和氧化铝。最好使用氮化硼的衬底，因为这种衬底几乎可完全透射X射线；具有例如500μm厚度的一个衬底可传输95％的钼的kα1射线。
在本例中通过两个步骤去除该晶片1的半导体材料直至顶层。在第一步骤中，通过传统化学机械的抛光处理，材料被去除到直至顶层附近约50μm处，随后在第二步骤中，以传统的氟化氢和硝酸蚀刻槽通过蚀刻处理将顶层10暴露。在蚀刻处理期间可通过蚀刻去除由抛光处理导致的晶体缺陷。从而可通过抛光处理相当迅速地去除材料，而由抛光处理引入的任何晶体缺陷可通过蚀刻处理被去除。并且由此，粘接到衬底7的将被检查的顶层10具有非常均匀的厚度。
为了检查具有位于绝缘材料层之上并与表面相邻的晶体半导体材料顶层的半导体材料晶片(未示出)，去除该晶片的半导体材料，从而暴露该绝缘材料层。为了利用X射线检查这种SOI晶片，在绝缘材料层停止去除半导体材料是有利的，从而该绝缘材料层可作为自动停止蚀刻处理的一个层。

Claims (5)

1.一种利用X射线检查晶体半导体材料的晶片的方法，其中利用X射线束扫描该晶片的表面，并检测该射线束产生的二次辐射，其特征在于，在利用X射线检查之前，将X射线束在检查过程中将要扫描的晶片表面粘接到一衬底，随后从该晶片，即从其暴露的自由侧去除晶体材料，到到与表面相邻的顶层为止。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该晶片被粘接到可透射X射线的材料的衬底上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于该晶片被粘接到氮化硼衬底上。
4.如权利要求1，2或3所述的方法，其特征在于通过两个步骤去除该晶片的材料直至顶层为止，在第一步骤通过化学机械的抛光处理去除该晶片的材料直到顶层的附近，随后在第二步骤通过蚀刻处理将顶层暴露，在蚀刻处理期间由抛光处理导致的晶体缺陷可通过蚀刻被去除。
5.如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在具有晶体半导体材料顶层的半导体材料晶片的检查期间，其中晶体半导体材料顶层位于绝缘材料层之上并与晶片的半导体材料表面相邻，去除该半导体材料，从而暴露绝缘材料层。
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