[发明专利]一种采用断面切割腐蚀技术检测硅晶片体内微缺陷的方法

说明书

一种采用断面切割腐蚀技术检测硅晶片体内微缺陷的方法，适用于半导体硅衬底片生产厂对硅晶片体内缺陷的检测和控制，及时发现衬底片不良，减少成品器件的失效。本发明采用三次循环湿氧高温热氧化工艺和断面切割技术，使常规检测方法无法探测到的体内缺陷在多次热氧化过程中充分缀饰并长大，然后将氧化后的硅晶片选择表面不同位置切割成宽度为1.5至2.0cm的硅晶片长条（1），经过择优腐蚀后用双面胶将硅晶片长条（1）背面粘接在四氟垫块（2）上，用光学显微镜观察断面（3）形貌，并采用连续扫描法计数微观下的缺陷密度。本发明的检测方法，适合大规模和批量生产的工厂使用。

技术领域

本发明属于半导体硅材料中晶体缺陷检测技术领域，主要涉及一种采用断面切割腐蚀技术检测硅晶片体内微缺陷的方法。

背景技术

半导体硅衬底片在器件加工过程中通常要经过氧化、扩散、离子注入、外延等多道高温热处理工序。在热处理过程中，由于硅晶片体内的空位、填隙原子及杂质原子的运动和重新排列组合，会诱使硅材料片体内的微缺陷聚集成核，形成位错或层错等缺陷并通过择优腐蚀后显现出来。缺陷的存在，会造成电路器件产品的漏电流、功耗损失增加和成品器件的失效。为了保证半导体硅衬底片的质量，通常材料生产厂会对晶体内部的原生微缺陷进行腐蚀检测。但此种腐蚀检测的方法无法确定硅片在器件加工厂经过多道热工序后的缺陷变化。

目前对于硅片体内微缺陷的检测常用的具体方法有：

方法1、原生缺陷腐蚀法：

由于硅晶体生长过程中会产生大量的点缺陷、层错和位错等，这些缺陷会在外延层中延伸，严重影响衬底片的质量，所以衬底片厂家通常会采用将硅片进行化学抛光后再择优腐蚀的方法，对原生体内缺陷进行控制。此种方法可显示晶体的原生内在缺陷，但无法确定衬底片在器件厂家经过多道不可或缺的热过程后的缺陷表现及质量状况。

方法2：扫描电子显微镜SEM观察法：

利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态。扫描电镜放大倍率高，景深和视场均很大，对硅片不同深度的层面结构进行成像观察，以确定各层结构是否相同。此种方法的弊端是，需要特殊制样，操作繁琐；仅能观察到不同深度层的结构，但无法定性缺陷类型；受限于样品尺寸，仅能观测到硅片局部 ，无法评价硅片全貌；扫描电镜投入成本较高。

方法3：透射电子显微镜TEM观察法：

透射电镜是用电子束作光源，用电磁场作透镜，将电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射，由此形成明暗不同的影像。透射电镜分辨率非常高，但由于仅能观察到厚度约50nm左右的超薄切片，需要配置超薄切片机，在半导体行业仅可用来实验研究，无法应用于批量生产。

发明内容

针对国内外现有技术中无法探测和评价硅晶片在器件加工厂经过必须的外延、氧化、扩散、注入等多道高温热处理工艺后的缺陷变化的问题，本发明提出一种适用于大规模生产、可准确评价硅衬底片体内缺陷的三道氧化工艺和断面切割检测方法。

本发明的检测方法是基于以下理论基础：硅晶片中最主要的杂质氧在高热过程中会形成沉淀，硅晶片中的点缺陷、金属杂质会找到新的复合中心，空位，电子及各种原子也会在多次热过程中重新排列找到平衡，在原子、分子、点缺陷的运动过程中，会产生大量新的成核中心，这些成核中心聚集长大，通过高温湿氧氧化诱生，会以氧化热生缺陷的形态表现出来，而且不同的温度，不同的氧化时间，不同的热次数，会对热生缺陷产生不同的影响。同时经过大量的工艺试验，采用三次循环湿氧氧化工艺，使硅晶片体内缺陷充分缀饰并长大，然后将氧化后的硅晶片选择表面不同位置处进行切割，利用微分干涉显微镜连续扫描观察其形貌，以评价晶体内部的微缺陷密度，同时可对硅晶片不同位置处内部微缺陷的径向变化进行探测。

为实现上述发明目的，本发明所采取的一种采用断面切割腐蚀技术检测硅晶片体内微缺陷的方法的步骤及具体工艺方案如下：

步骤1：