TWI657518B

TWI657518B - 一種矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置

Info

Publication number: TWI657518B
Application number: TW106145180A
Authority: TW
Inventors: 趙向陽
Original assignee: 大陸商上海新昇半導體科技有限公司
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-04-21
Also published as: TW201916205A; CN109507559A

Abstract

本發明提供一種矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置，所述方法包括：提供待測試的矽片；將所述矽片浸入HF溶液中；測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命。本發明提供的矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置，能夠降低表面複合對矽片少數載子壽命測試結果的影響。

Description

一種矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置

本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置。

在半導體元件中，雖然MOS元件主要由多數載子（多子）控制，但少數載子的壽命也起到重要作用，例如較高的少數載子壽命有助於降低DRAM的刷新時間（refresh time）。因此，少數載子壽命是用來判定矽晶體完美性的重要指標之一。此外，晶體中本身的或經過處理後產生的微缺陷都會對少數載子壽命有一定的影響，而目前的少數載子壽命測試設備具有繪製（mapping）的功能，因此少數載子壽命對於長晶製程的改進有很重要的作用。

目前測試矽片少數載子壽命的方法很多，例如光電導衰減法、表面光電壓法等，其中，由於微波光電導衰減法(μ-PCD)操作簡單且測試精確度滿足檢測要求，而成為測試矽片少數載子壽命的主流測試方法。在μ-PCD法中，最終測試的少數載子壽命實際上是整個樣品的有效壽命，它是發生在矽片表面、體內所有複合疊加的淨結果，為了得到矽片的真實體壽命，需要利用鈍化方法降低表面複合的影響。

因此，有必要提出一種矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置，以解決上述問題。

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。

針對現有技術的不足，本發明提供一種矽片少數載子壽命的測試方法，所述方法包括：提供待測試的矽片；將所述矽片浸入HF溶液中；測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命。

示例性地，所述HF溶液的濃度為1%-49%。

示例性地，所述測試所採用的方法為微波光電導衰減法。

示例性地，將所述矽片浸入所述HF溶液中的步驟包括：提供具有蝕刻槽頂蓋的蝕刻槽；下降所述蝕刻槽；將所述矽片放置於所述蝕刻槽頂蓋上的矽片放置槽位中；上升所述蝕刻槽，直到所述蝕刻槽與所述蝕刻槽頂蓋相接觸；向所述蝕刻槽中通入HF溶液，以使所述矽片浸入所述HF溶液中。

示例性地，在測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命的步驟之後，還包括：向所述蝕刻槽中通入H ₂O，以清洗所述矽片和所述蝕刻槽。

示例性地，在測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命的步驟之後，還包括：再次下降所述蝕刻槽，並取出所述矽片。

本發明還提供一種矽片少數載子壽命的測試裝置，包括：用於盛放HF溶液的蝕刻槽，所述蝕刻槽可上下移動；位於所述蝕刻槽上方的蝕刻槽頂蓋，所述蝕刻槽頂蓋下部設置有放置矽片的矽片放置槽位；以及位於所述蝕刻槽頂蓋上方的探測器。

示例性地，通過馬達帶動所述蝕刻槽底部的絲杆來實現所述蝕刻槽的上下移動。

示例性地，所述蝕刻槽的兩側分別設置有HF進口和水進口，所述蝕刻槽的底部設置有廢液排口。

示例性地，所述蝕刻槽和所述蝕刻槽頂蓋的材料包括四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物和/或聚四氟乙烯。

本發明提供的矽片少數載子壽命的測試方法及測試裝置，能夠降低表面複合對矽片少數載子壽命測試結果的影響。

在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行描述。

應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限於這裡提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，並且將本發明的範圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被誇大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，儘管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區、層和/或部分，這些元件、部件、區、層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區分一個元件、部件、區、層或部分與另一個元件、部件、區、層或部分。因此，在不脫離本發明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區、層或部分可表示為第二元件、部件、區、層或部分。

空間關係術語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這裡可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特徵與其它元件或特徵的關係。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關係術語意圖還包括使用和操作中的元件的不同取向。例如，如果附圖中的元件翻轉，然後，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特徵將取向為在其它元件或特徵“上”。因此，示例性術語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。元件可以另外地取向(旋轉90度或其它取向)並且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在於描述具體實施例並且不作為本發明的限制。在此使用時，單數形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括複數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列專案的任何及所有組合。

這裡參考作為本發明的理想實施例(和中間結構)的示意圖的橫截面圖來描述發明的實施例。這樣，可以預期由於例如製造技術和/或容差導致的從所示形狀的變化。因此，本發明的實施例不應當局限於在此所示的區的特定形狀，而是包括由於例如製造導致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入區在其邊緣通常具有圓的或彎曲特徵和/或注入濃度梯度，而不是從注入區到非注入區的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區可導致該埋藏區和注入進行時所經過的表面之間的區中的一些注入。因此，圖中顯示的區實質上是示意性的，它們的形狀並不意圖顯示元件的區的實際形狀且並不意圖限定本發明的範圍。

為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發明提出的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。

少數載子壽命是被用來判定矽晶完美性的重要指標之一。目前測試矽片少數載子壽命的方法很多，例如光電導衰減法、表面光電壓法等，其中，由於微波光電導衰減法(μ-PCD)操作簡單且測試精度滿足檢測要求，而成為測試矽片少數載子壽命的主流測試方法。所述μ-PCD法測試得到的是樣品的測試壽命τ _meas，可由下式修正矽片200本身真正的體少數載子壽命τ _bulk： 1/τ _meas= 1/τ _bulk+ 1/（τ _diff+ τ _surf）

其中τ _diff為少數載子從矽片200體內擴散到表面所需時間，它與矽片的厚度和載子的擴散係數有關；τ _surf為由於樣品表面複合產生的表面壽命，它與矽片的厚度和再結合速度Sr有關。τ _surf對測試壽命有很大影響，使其偏離體壽命τ _bulk。為了減小表面複合的影響，需要對矽片進行鈍化處理，降低再結合速度Sr。傳統HF/HNO ₃/CH ₃COOH混酸蝕刻的矽片表面複合速度約為Sr≈10 ⁵cm/s，氧化處理的矽片表面複合速度約為Sr≈20 cm/s，浸入碘酒精的矽片表面複合速度約為Sr≈4 cm/s，均不能滿足需求。

針對上述問題，本發明提供一種矽片少數載子壽命的測試方法，包括：提供待測試的矽片；將所述矽片浸入HF溶液中；測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命。

所述HF溶液的濃度為1%-49%。

所述測試所採用的方法為微波光電導衰減法。

將所述矽片浸入所述HF溶液中的步驟包括：提供具有蝕刻槽頂蓋的蝕刻槽；下降所述蝕刻槽；將所述矽片放置於所述蝕刻槽頂蓋上的矽片放置槽位中；上升所述蝕刻槽，直到所述蝕刻槽與所述蝕刻槽頂蓋相接觸；向所述蝕刻槽中通入HF溶液，以使所述矽片浸入所述HF溶液中。

在測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命的步驟之後，還包括：向所述蝕刻槽中通入H ₂O，以清洗所述矽片和所述蝕刻槽。

在測試浸入所述HF溶液中的所述矽片的少數載子壽命的步驟之後，還包括：再次下降所述蝕刻槽，並取出所述矽片。

通過馬達帶動所述蝕刻槽底部的絲杆來實現所述蝕刻槽的上下移動。

所述蝕刻槽的兩側分別設置有HF進口和水進口，所述蝕刻槽的底部設置有廢液排口。

所述蝕刻槽和所述蝕刻槽頂蓋的材料包括四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物和/或聚四氟乙烯。

為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的結構及/或步驟，以便闡釋本發明提出的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。 [示例性實施例一]

下面將參照第1圖以及第2A~2G圖，對本發明一實施方式的矽片少數載子壽命的測試方法做詳細描述。

首先，執行步驟101，提供待測試的矽片200。所述矽片200的材料包括多晶矽或單晶矽；其導電類型可以為p型，也可以為n型；其具體形態可以為塊狀晶體矽，也可為片狀晶體矽。可首先對所述矽片200進行表面處理，以去除其表面的污垢和氧化層。其中，污垢的去除方式有多種，為了提高去除效率，可選用超音波清洗和化學試劑清洗。當採用超音波清洗時，由於矽片表面的污垢一般為油漬，可將待測矽片放入有機溶劑中進行超音波清洗。當採用化學試劑清洗時，可採用具有氧化腐蝕效果的試劑，例如濃硫酸與雙氧水的混合液。此外，也可採用其他方式去除矽片200表面的污垢，如機械打磨等。接著還可通過化學試劑的浸泡來去除氧化層。

接著，執行步驟102，將所述矽片200浸入氫氟酸（HF）溶液中。作為示例，可首先將所述矽片200放置於蝕刻槽中，再向所述蝕刻槽中通入HF溶液，以使所述矽片浸入HF溶液中。

具體地，首先，如第2A圖所示，提供具有蝕刻槽頂蓋202的蝕刻槽201。其中所述蝕刻槽201可上下移動，所述蝕刻槽頂蓋202上設置有放置所述矽片200的矽片放置槽位。所述蝕刻槽201用於盛放HF，其材料選用耐HF的PFA（四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物）或聚四氟乙烯材料。接著，下降蝕刻槽201。可通過馬達207帶動所述蝕刻槽201底部的絲杆來下降所述蝕刻槽201。接著，如第2B圖所示，將所述矽片200放置於蝕刻槽頂蓋202上的矽片放置槽位中。可由矽片傳輸機器人進行傳片。接著，如第2C圖所示，上升蝕刻槽201，直到蝕刻槽201頂部接觸到蝕刻槽頂蓋202，由此使所述矽片200置於蝕刻槽201內部。

接著，如第2D圖所示，向蝕刻槽201中通入HF溶液。

具體地，可通過設置於蝕刻槽一側的HF進口204向蝕刻槽201中通入所述HF溶液，以避免操作人員接觸HF溶液。作為示例，所述HF溶液的濃度為1%-49%，例如為49%。在一個實施例中，所述HF溶液的濃度為2%。在另一個實施例中，所述HF溶液的濃度為25%。所述HF溶液使矽片200表面鈍化，降低表面複合。

接著，執行步驟103，對浸入所述HF溶液中的所述矽片200進行少數載子壽命測試。

在本實施例中，採用微波光電衰減（μ-PCD）法對所述矽片的少數載子壽命進行測試。其所採用的測試裝置例示為位於蝕刻槽頂蓋202上方的探測器203。所述微波光電衰減法主要包括雷射注入產生電子-電洞對和微波探測信號這兩個過程。示例性地，採用波長為904nm的雷射進行注入產生電子-電洞對，以使矽片電導率增加，其注入深度約為30μm。當撤去外界光注入時，電導率隨時間指數衰減，這一趨勢間接反映少數載流子的衰減趨勢，通過微波探測電導率隨時間變化的趨勢就可以得到少數載流子的壽命。所述μ-PCD法測試得到的是樣品的測試壽命τ _meas，可由下式修正矽片200本身真正的體少數載子壽命τ _bulk： 1/τ _meas= 1/τ _bulk+ 1/（τ _diff+ τ _surf）

其中τ _diff為少數載子從矽片200體內擴散到表面所需時間，它與矽片200的厚度和載子的擴散係數有關；τ _surf為由於樣品表面複合產生的表面壽命，它與矽片200的厚度和再結合速度Sr有關。本發明中採用HF溶液對矽片200進行鈍化，浸入HF溶液的矽片200表面複合速度Sr約為0.25cm/s，遠小於其他試劑的Sr，從而減小了表面複合作用，降低了測試壽命τ _meas與體少數載子壽命τ _bulk之間的偏差。

接著，如第2E圖所示，清洗所述蝕刻槽201及所述矽片200。具體地，通過與HF進口204相對的水進口205向蝕刻槽201中注入去離子水（DIW），對矽片200和蝕刻槽201進行清洗。廢酸可通過蝕刻槽201底部的廢酸排口206排出。HF進口204、水進口205和廢酸排口206的設置可避免操作人員接觸HF溶液，提高了安全性。

接著，取出所述矽片200。

具體地，首先，如第2F圖所示，下降蝕刻槽201。可通過馬達207帶動蝕刻槽201底部的絲杆來下降所述蝕刻槽201。接著，如圖2G所示，從矽片放置槽位上取下所述矽片200。

至此，完成了本發明實施例的矽片少數載子壽命的測試方法的相關步驟的介紹。可以理解的是，本實施例的測試方法不僅包括上述步驟，在上述步驟之前、之中或之後還可包括其他需要的步驟，其都包括在本實施方法的範圍內。

本發明提供的矽片少數載子壽命的測試方法，能夠降低表面複合對矽片少數載子壽命測試結果的影響。 [示例性實施例二]

下面將參照第3圖，對本發明一實施方式的矽片少數載子壽命的測試裝置做詳細描述。所述測試裝置用於實現上述測試方法。

如圖所示，所述測試裝置包括：用於盛放HF溶液的蝕刻槽301，所述蝕刻槽301可上下移動；以及位於所述蝕刻槽301上方的蝕刻槽頂蓋302，所述蝕刻槽頂蓋302下部設置有放置矽片300的矽片放置槽位元，所述測試裝置還包括位於所述蝕刻槽頂蓋302上方的探測器303。

在一個實施例中，通過馬達307帶動所述蝕刻槽301底部的絲杆來實現所述蝕刻槽301的上下移動。

在一個實施例中，所述蝕刻槽301的兩側分別設置有HF進口304和水進口305，所述蝕刻槽301的底部設置有廢液排口306。HF進口304、水進口305和廢酸排口306的設置可避免操作人員接觸HF溶液，提高了安全性。

在一個實施例中，所述蝕刻槽301和所述蝕刻槽頂蓋302的材料包括耐HF的四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物（PFA）和/或聚四氟乙烯。

本發明提供的矽片少數載子壽命的測試裝置，能夠降低表面複合對矽片少數載子壽命測試結果的影響。

本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由附屬的權利要求書及其等效範圍所界定。

200、300 矽片

201、301 蝕刻槽

202、302 蝕刻槽頂蓋

203、303 探測器

204、304 HF進口

205、305 水進口

206、306 廢液排口

207、307 馬達

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用於理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。附圖中：

第1圖示出了本發明一實施例提供的矽片少數載子壽命的測試方法的製程流程圖。

第2A-2G圖為根據本發明一實施例的方法依次實施的步驟中測試裝置的示意圖。

第3圖示出了本發明一實施例提供的矽片少數載子壽命的測試裝置的示意圖。

Claims

一種矽片少數載子壽命的測試裝置，包括：用於盛放HF溶液的蝕刻槽，所述蝕刻槽可上下移動；位於所述蝕刻槽上方的蝕刻槽頂蓋，所述蝕刻槽頂蓋下部設置有放置矽片的矽片放置槽位；以及位於所述蝕刻槽頂蓋上方的探測器，其中通過馬達帶動所述蝕刻槽底部的絲杆來實現所述蝕刻槽的上下移動。
根據請求項1所述的裝置，其中所述蝕刻槽的兩側分別設置有HF進口和水進口，所述蝕刻槽的底部設置有廢液排口。
根據請求項1所述的裝置，其中所述蝕刻槽和所述蝕刻槽頂蓋的材料包括四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物和/或聚四氟乙烯。