[发明专利]使用金属污染及热处理识别单晶硅中的晶体缺陷区的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造用于半导体装置中的晶片的方法，且特别是涉及一种识别以及评价单晶硅锭(monocrystalline silicon ingot)或硅晶片中所存在的各种缺陷区的方法。

背景技术

一般来说，使用浮区法(floating zone，FT)或切克劳斯基法(Czochralski，CZ)制造硅晶片。CZ法最广泛地用于制造硅晶片。在CZ法中，将多晶硅置于石英坩埚中。由石墨放热材料将多晶硅加热并熔融，且将籽晶(seed crystal)浸没在熔融态硅中。通过在旋转经浸没籽晶的同时、将籽晶向上拉伸使单晶硅锭生长。将经生长的硅锭切割、蚀刻并且抛光成硅晶片。

单晶硅锭或硅晶片可能具有晶体缺陷，诸如，晶体起因的微粒(CrystalOriginated Particle，COP)、流动图案缺陷(FlowPattern Defect，FPD)、氧诱发叠层缺陷(Oxygen induced Stacking Fault，OiSF)以及内层微观缺陷(Bulk Micro Defect，BMD)，这些称为生长中缺陷。需要减少生长中缺陷的浓度以及尺寸。晶体缺陷会影响装置的质量和生产率。因此，去除晶体缺陷、以及容易且快速地评价晶体缺陷非常重要。

视晶体生长条件而定，硅晶片或单晶硅包括：空位富集区(V-richregion)、Pv区、空位/间隙边界(vacancy/interstitial boundary)、Pi区、及间隙富集区(I-rich region)。空位富集区中普遍存在空位型点缺陷(vacancy-type point defect)、且存在过饱和空位的凝聚(簇)缺陷。Pv区中普遍存在空位型点缺陷但不存在簇缺陷(cluster defect)。Pi区中普遍存在间隙点缺陷(interstitial point defect)但不存在簇缺陷。间隙富集区中普遍存在间隙点缺陷且存在过饱和间隙硅的簇缺陷。检查上述各区如何视其位置以及单晶硅锭的晶体长度而变化是评价晶体质量的基本原则。

已存在几种识别单晶硅的缺陷区的方法。在第一种方法中，使用微粒计数器评价经抛光以及清洗的晶片的COP分布。在第二种方法中，使用射哥蚀刻(Secco etching)的湿蚀刻剂进行FPD评价。在第三种方法中，通过高温/长时间热处理产生氧沉淀(oxygen precipitate)，且使用不同缺陷区沉淀行为之间的差异进行评价。在第四种方法中，使用过渡金属以及扩散热处理进行低浓度污染，且接着测量复合寿命(recombinationlifetime)。

然而，在第一种方法中，必须在评价之前通过抛光以及清洗来清洁晶片。因此，在单晶生长之后必须进行几个后续过程，此增加了所需时间，而且需要高成本的微粒计数器来进行评价。

在第二种方法中，必须制备可提供合适蚀刻速率、可施加到所有晶体表面且不含环境毒性材料的选择性蚀刻剂。

第三种方法在所需评价时间、所需高温热处理成本以及高成本设备方面具有许多缺点并且，在样品中的氧浓度小于10ppma(parts per millionatomic，百万分之一原子浓度)(新ASTM标准)的情况下，第三种方法不能识别晶体缺陷区。

第四种方法的一个实例为韩国专利公开案第2005-0067417号，其揭露一种测量单晶硅锭中的点缺陷分布，来单独评价锭状态的方法。详细来说，在轴向上将锭切割。其后，用两个或两个以上的金属元素(例如Cu、Ni、Fe以及Co)以低污染浓度来污染两个样品。其后，进行热处理，以在硅中产生复合中心(recombination center)。其后，测量复合寿命来测量点缺陷的分布。在此方法中，必须综合两个金属元素的污染结果来解释晶体缺陷。当在表面上产生金属沉淀或薄雾时，也不可能进行测量。因此，此方法在金属污染量以及热处理时间方面受到限制，且污染浓度必须低至1×10¹²到1×10¹⁴个原子/平方厘米(atoms/cm²)。当产生沉淀时，也需要另一蚀刻过程以及另一分析装置。

另外，使用选择性蚀刻或金属污染的常规方法不能识别整个晶体缺陷区。