TW202303137A - 一種矽片金屬含量測試方法和設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種矽片金屬含量測試方法和設備。本發明實施例的矽片金屬含量測試方法，包括以下步驟：獲取目標矽片的第一重量，其中，該目標矽片表面生長有多晶矽層；刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量；檢測刻蝕後的該目標矽片表面的金屬離子含量；根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態，其中，該刻蝕量是根據該第一重量和該第二重量確定的。本發明實施例能夠確定目標矽片的金屬離子狀態，有助於提高對於目標矽片中金屬含量和分佈的檢測精度。
Description
本發明屬於半導體檢測技術領域，尤其關於一種矽片金屬含量測試方法和設備。
隨著積體電路集成度的不斷提高，線寬度的縮小，以及積體電路（Integrated Circuit，IC）元件對暗電流的要求日益增高，即使微量的金屬也會影響到暗電流的產生，因此要求作為基板的單晶矽片內部的金屬含量濃度要越低越好，而且必須受到嚴格的監控。不同類型的金屬離子汙染可能導致半導體器件存在不同程度的缺陷，部分過渡金屬元素有很強的代表性，如銅Cu，鎳Ni，鐵Fe，鋰Li等元素，其不僅沾汙在矽片表面，由於其具有較高的固溶度和遷移速率，可以在短時間內擴散到矽片體內，生產過程中很難避免其與矽片接觸，又可以快速擴散進入矽片體內，對後續製備IC元件造成了更大的影響。因此，有必要對矽片中金屬含量進行檢測。
相關技術中的檢測方式主要為對矽片表面的金屬含量和分佈進行檢測，這種方式通過加熱等方式使金屬離子移動至矽片的表面，然後對矽片表面的金屬進行檢測，這種方式對於矽片中金屬含量的估測準確度相對較低。
本發明的目的是提供一種矽片金屬含量測試方法和設備，以提高對於矽片中金屬含量檢測精度。
本發明實施例提供了一種矽片金屬含量測試方法，包括以下步驟：
獲取目標矽片的第一重量，其中，該目標矽片表面生長有多晶矽層；
刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量；
檢測刻蝕後的該目標矽片表面的金屬離子含量；
根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態，其中，該刻蝕量是根據該第一重量和該第二重量確定的。
在一些實施例中，該獲取目標矽片的第一重量，包括：
將該目標矽片分割為多個扇形的子矽片，其中，各該子矽片的尺寸均相等；
檢測一個該子矽片的重量作為第一重量。
在一些實施例中，刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量，包括：
在相同的刻蝕條件下，分別刻蝕各該子矽片，其中，各該子矽片的刻蝕時間不相等；
分別測量每一該子矽片的第二重量。
在一些實施例中，該根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態，包括：
根據各該子矽片的第二重量和該第一重量之間的差值確定每一該子矽片的刻蝕量；
建立子矽片的刻蝕量與金屬離子含量之間的對應關係；
根據該對應關係確定該目標矽片不同深度位置的金屬離子狀態。
在一些實施例中，該將該目標矽片分割為多個扇形的子矽片之前，該矽片金屬含量測試方法包括：
沿垂直於待測矽片的中軸線的方向將待測矽片分割為等厚度的第一矽片和第二矽片，其中，該第一矽片作為該目標矽片；
加熱該第二矽片，並檢測加熱後的該第二矽片的表面金屬含量；
該根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態之後，該矽片金屬含量測試方法還包括：
對比該表面金屬含量和該金屬離子狀態，以確定該目標矽片中的金屬含量。
在一些實施例中，該刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，包括：
將該目標矽片置於刻蝕腔中；
向該刻蝕腔中通入氧化性氣體和刻蝕氣體以對該目標矽片表面的多晶矽進行刻蝕，其中，對於該目標矽片的刻蝕時間是根據該目標矽片表面的多晶矽層的厚度確定的。
在一些實施例中，該氧化性氣體包括臭氧，該臭氧的流速為2000至5000微升每分鐘。
在一些實施例中，該刻蝕氣體包括氟化氫蒸汽，該氟化氫蒸汽中氟化氫的濃度大於45%，流速為500至1500微升每分鐘。
在一些實施例中，該金屬離子含量通過電感耦合電漿體質譜檢測確定。
本發明實施例提供了一種矽片金屬含量測試設備，包括稱量元件、刻蝕元件、檢測元件和計算元件，該測試設備配置為執行以上所述的矽片金屬含量測試方法。
本發明實施例的矽片金屬含量測試方法，包括以下步驟：獲取目標矽片的第一重量，其中，該目標矽片表面生長有多晶矽層；刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量；檢測刻蝕後的該目標矽片表面的金屬離子含量；根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態，其中，該刻蝕量是根據該第一重量和該第二重量確定的。這樣，本發明實施例的技術方案，通過根據目標矽片刻蝕前後的第一重量和第二重量，能夠確定目標矽片的刻蝕量，進一步的結合檢測的金屬離子含量，能夠確定目標矽片的金屬離子狀態，有助於提高對於目標矽片中金屬含量和分佈的檢測精度。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。
需要說明的是，當元件被稱為“固定於”或“設置於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者間接在所述另一個元件上。當一個元件被稱為是“連接於”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或間接連接至所述另一個元件上。
需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
本發明實施例提供了一種矽片金屬含量測試方法。
如圖1所示，在一個實施例中，該矽片金屬含量測試方法包括以下步驟：
步驟101：獲取目標矽片的第一重量。
如圖2所示，本實施例的技術方案中，目標矽片表面生長有多晶矽，實施時，可以在單晶的目標矽片上生長一層多晶矽，具體的生產方式可以參考相關技術，此處不對多晶矽的具體生長方式做進一步限定。
所生長的多晶矽層的厚度可以根據需要設置，示例性的，在一個實施例中，可以控制在0.05至2微米。
在生長完多晶矽之後，可以通過天平等測量裝置精確的檢測目標矽片的第一重量，需要理解的是，通過天平直接測得的是目標矽片的品質，本實施例中，第一重量可以通過品質的方式表示，也可以通過重量的方式表示，不同的表示方式是可以換算的。
本實施例中，可以測量完整的目標規模的重量作為第一重量。
在其中一些實施例中，該步驟101具體包括：
將該目標矽片分割為多個扇形的子矽片，其中，各該子矽片的尺寸均相等；
檢測一個該子矽片的重量作為第一重量。
本實施例的技術方案中，在檢測目標矽片時，先將圓形的矽片分割為多個扇形的子矽片。需要理解的是，對於由同一目標矽片分割獲得的多個子矽片來說，在分割前，其生產和處理流程是相同的，所以，本實施例中認為，各子矽片中金屬離子含量和分佈情況是大致相同的。本實施例中，在分割獲得子矽片之後，測量子矽片的重量作為第一重量。
步驟102：刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量。
本實施例的技術方案中，對目標矽片進行刻蝕。
在一些實施例中，對目標矽片進行刻蝕的步驟包括：
將該目標矽片置於刻蝕腔中；
向該刻蝕腔中通入氧化性氣體和刻蝕氣體以對該目標矽片表面的多晶矽進行刻蝕，其中，對於該目標矽片的刻蝕時間是根據該目標矽片表面的多晶矽層的厚度確定的。
在一些實施例中，氧化性氣體包括臭氧，臭氧的流速為2000至5000微升每分鐘（ul/min），刻蝕氣體包括氟化氫蒸汽，氟化氫蒸汽中氟化氫的濃度大於45%，流速為500至1500微升每分鐘。
如圖2所示，本實施例的技術方案中，通過將目標矽片置於臭氧環境中，能夠通過臭氧與多晶矽反應，生成氧化矽，氧化矽進一步與氟化氫反應，生成氣態的四氟化矽，氣態的四氟化矽可以通過排氣裝置排出刻蝕腔，然後進行回收和無害化處理，這樣，在刻蝕之後，能夠去除矽片表面的多晶矽層，而僅使金屬離子保留在矽片的表面。
本實施例中，需要選擇純度相對較高的氟化氫，示例性的，在一個實施例中，氟化氫中的金屬含量要小於10ppt，以避免引入新的汙染，對檢測結果造成干擾。
在其中一些實施例中，可以刻蝕完整的圓形的目標矽片，然後測量刻蝕後的目標矽片的第二重量。
在另外一些實施例中，該步驟102包括：
在相同的刻蝕條件下，分別刻蝕各該子矽片，其中，各該子矽片的刻蝕時間不相等；
分別測量每一該子矽片的第二重量。
本實施例中，由於各子矽片的刻蝕條件相同，各子矽片的刻蝕速率是基本相同的，這樣，在刻蝕時間不同的情況下，各子矽片的刻蝕深度也是不同的。換句話說，各子矽片的多晶矽層被刻蝕掉的厚度是不同的。
具體而言，可以在同一刻蝕腔中刻蝕各子矽片，然後在不同的時間點取出不同的子矽片，又如，可以在一個刻蝕腔內設置多個相互獨立的腔體，在不同的時間點封閉不同的腔體，從而實現控制各子矽片的刻蝕時間。
步驟103：檢測刻蝕後的該目標矽片表面的金屬離子含量。
如圖2所示，在一些實施例中，該金屬離子含量通過電感耦合電漿體質譜檢測確定。
具體而言，本實施例中提供一定量的掃描溶液，以收集金屬離子，在一個實施例中，掃描溶液的體積為1000微升，掃描速度為5~20毫米每秒（mm/s），具體的。可以根據實際矽片的類型設置速度。
如圖2所示，進一步的，可以通過電感耦合電漿體質譜儀（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）測試掃描溶液的金屬含量，即得到矽片表面多晶矽層的金屬含量。
掃描溶液可以由氫氟酸和硝酸混合而成，示例性的，在一個實施例中，選擇了配製比例為3%氫氟酸+2%硝酸的混合溶液作為掃描溶液。掃描溶液應當選擇金屬含量盡可能少的原料配置，示例性的，金屬含量可以小於10ppt，以避免引入新的汙染。
步驟104：根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態。
本實施例中，刻蝕量是根據第一重量和第二重量確定的，可以理解的是，金屬離子的重量可以忽略不計，因此，第一重量和第二重量的差值，即可理解為被刻蝕掉的多晶矽層的重量。
在確定了刻蝕量和金屬離子含量之後，可以根據被刻蝕掉的多晶矽中的金屬含量預估目標矽片中的總的金屬含量，示例性的，如果目標矽片的第一重量為M1，第二重量為M2，則刻蝕量為M1-M2，如果檢測到的金屬離子含量為N1，認為多晶矽中金屬離子均勻分佈的情況下，則能夠得到目標矽片中的金屬離子總含量N2=N1*M2/M1。所求得的N2可以作為對於目標矽片金屬離子狀態的金屬離子總含量的估計值。
在一些實施例中，該步驟104包括：
根據各該子矽片的第二重量和該第一重量之間的差值確定每一該子矽片的刻蝕量；
建立子矽片的刻蝕量與金屬離子含量之間的對應關係；
根據該對應關係確定該目標矽片不同深度位置的金屬離子狀態。
進一步的，在一些實施例中，實施例中，為了得到目標矽片中的金屬離子狀態的更精確的結果，還分析不同深度位置的金屬離子狀態。
具體而言，由於各子矽片的刻蝕深度是不同的，因此，能夠獲得不同厚度的多晶矽層中的金屬離子含量。
舉例而言，刻蝕量M3對應的多晶矽層厚度為L3，金屬離子含量為N3；刻蝕量M4對應的多晶矽層厚度為L4，金屬離子含量為N4；刻蝕量M5對應的多晶矽層厚度為L5，金屬離子含量為N5。則距離目標矽片表面L4至L5部分的金屬離子含量為N5-N4，依次類推，能夠確定目標矽片不同位置的金屬離子含量。
根據目標矽片不同位置的金屬離子含量，進一步的，能夠確定目標矽片不同位置的金屬離子含量變化趨勢，示例性的，可以通過回歸分析等方式擬合出目標矽片的不同深度的金屬離子含量變化趨勢作為目標矽片的金屬離子狀態。
此外，在一些實施例中，還可以在目標矽片上劃分多個同心圓，示例性的，可以劃分出4個同心圓，且這些同心圓的圓心與目標矽片的圓心重合，各同心圓的半徑呈等差數列設置，在對各子矽片進行刻蝕時，分別遮擋各子矽片與不同的同心圓對應的區域，然後測得各子矽片對應的金屬離子含量，這樣，能夠獲得金屬離子沿著目標矽片的半徑的分佈狀態。
在一些實施例中，該將該目標矽片分割為多個扇形的子矽片之前，該矽片金屬含量測試方法包括：
沿垂直於待測矽片的中軸線的方向將待測矽片分割為等厚度的第一矽片和第二矽片，其中，該第一矽片作為該目標矽片；
加熱該第二矽片，並檢測加熱後的該第二矽片的表面金屬含量；
該根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態之後，該矽片金屬含量測試方法還包括：
對比該表面金屬含量和該金屬離子狀態，以確定該目標矽片中的金屬含量。
本實施例的技術方案中，還可以將待測矽片沿著其厚度方向分割為第一矽片和第二矽片，其中，第一矽片作為目標矽片，參考上述方式進行測量，第二矽片以相關技術中的方式進行測量，即加熱第二矽片，使得金屬離子移動至第二矽片的表面然後檢測表面的金屬離子含量預估目標矽片中的金屬含量。進一步的，通過對比表面金屬含量和所獲得的金屬離子狀態之間的差異，以建立表面金屬含量與金屬離子狀態之間的對應關係，後續進行金屬離子狀態測量時，可以使相對快捷且成本相對較低的表面金屬含量測量方式，然後根據所建立的對應關係預估金屬離子狀態，從而獲得相對準確的測量結果，同時，還能夠有效的降低測試成本、縮短測試時間。
本發明實施例提供了一種矽片金屬含量測試設備，包括稱量元件、刻蝕元件、檢測元件和計算元件，該測試設備配置為執行以上任一項該的矽片金屬含量測試方法。
其中，稱量元件可以用於稱量目標矽片的第一重量和第二重量，刻蝕元件用於實現上述刻蝕功能，檢測元件包括ICP-MS，用於進行金屬離子的檢測，計算元件可以是電腦，用於根據測量結果確定金屬離子狀態。
本實施例的矽片金屬含量測試設備具體可以實現上述矽片金屬含量測試方法實施例的各個步驟，並能實現相同或相似的技術效果，此處不再贅述。
上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的具有通常知識者在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，均屬於本發明的保護之內。
101-104:步驟
圖1是本發明一實施例矽片金屬含量測試方法的流程圖；
圖2是本發明一實施例矽片的處理示意圖。
101-104:步驟
Claims (10)
- 一種矽片金屬含量測試方法，包括以下步驟： 獲取目標矽片的第一重量，其中，該目標矽片表面生長有多晶矽層； 刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量； 檢測刻蝕後的該目標矽片表面的金屬離子含量； 根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態，其中，該刻蝕量是根據該第一重量和該第二重量確定的。
- 如請求項1所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該獲取目標矽片的第一重量，包括： 將該目標矽片分割為多個扇形的子矽片，其中，各該子矽片的尺寸均相等； 檢測一個該子矽片的重量作為第一重量。
- 如請求項2所述的矽片金屬含量測試方法，其中，刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，並獲取刻蝕後的該目標矽片的第二重量，包括： 在相同的刻蝕條件下，分別刻蝕各該子矽片，其中，各該子矽片的刻蝕時間不相等； 分別測量每一該子矽片的第二重量。
- 如請求項3所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態，包括： 根據各該子矽片的第二重量和該第一重量之間的差值確定每一該子矽片的刻蝕量； 建立子矽片的刻蝕量與金屬離子含量之間的對應關係； 根據該對應關係確定該目標矽片不同深度位置的金屬離子狀態。
- 如請求項2至4中任一項所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該將該目標矽片分割為多個扇形的子矽片之前，該矽片金屬含量測試方法包括： 沿垂直於待測矽片的中軸線的方向將待測矽片分割為等厚度的第一矽片和第二矽片，其中，該第一矽片作為該目標矽片； 加熱該第二矽片，並檢測加熱後的該第二矽片的表面金屬含量； 該根據該金屬離子含量和該目標矽片的刻蝕量確定該目標矽片的金屬離子狀態之後，該矽片金屬含量測試方法還包括： 對比該表面金屬含量和該金屬離子狀態，以確定該目標矽片中的金屬含量。
- 如請求項1至4中任一項所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該刻蝕該目標矽片表面的多晶矽，包括： 將該目標矽片置於刻蝕腔中； 向該刻蝕腔中通入氧化性氣體和刻蝕氣體以對該目標矽片表面的多晶矽進行刻蝕，其中，對於該目標矽片的刻蝕時間是根據該目標矽片表面的多晶矽層的厚度確定的。
- 如請求項6所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該氧化性氣體包括臭氧，該臭氧的流速為2000至5000微升每分鐘。
- 如請求項6所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該刻蝕氣體包括氟化氫蒸汽，該氟化氫蒸汽中氟化氫的濃度大於45%，流速為500至1500微升每分鐘。
- 如請求項6所述的矽片金屬含量測試方法，其中，該金屬離子含量通過電感耦合電漿體質譜檢測確定。
- 一種矽片金屬含量測試設備，包括稱量元件、刻蝕元件、檢測元件和計算元件，該測試設備配置為執行請求項1至9中任一項所述的矽片金屬含量測試方法。
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