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檢測硅晶體缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種檢測硅晶體缺陷的方法。該方法包括：提供測試樣品；將所述測試樣品浸入第一溶液去除所述多晶硅層之上的各層；將所述測試樣品浸入第二溶液去除所述多晶硅層，使得硅基片全裸；將所述測試樣品浸入第三溶液刻劃硅晶體缺陷；用光學(xué)顯微鏡檢查所述測試樣品上的硅晶體缺陷，并拍攝光學(xué)顯微鏡照片。本發(fā)明的方法確保了硅基片的全裸以及硅晶體缺陷的有效刻劃。并且操作簡便，快速，效率高，測量結(jié)果準(zhǔn)確和重復(fù)性好。
【專利說明】檢測硅晶體缺陷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種檢測硅晶體缺陷的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體晶片圓盤制造中，基片上硅晶體缺陷直接影響到晶圓的產(chǎn)率。所以在一 般的失效分析中鉻酸（WRIGHT)刻蝕方法常用為晶圓基片上硅晶體缺陷的刻劃和分析，并 以硅晶體缺陷的晶格、晶相、形狀和大小以判斷硅晶體缺陷的導(dǎo)因。
[0003] 但是在實際的失效分析中要獲得成功的和重復(fù)性好的刻劃結(jié)果卻很難。目前， 在剝層過程中，多晶硅（Poly-Si)的剝離很困難，特別是寬層多晶硅（Poly-Si)，用氫氟酸 (HF)難以徹底去除。
[0004] 一種常見的傳統(tǒng)的方法是在用HF酸液剝層的同時用棉花棍摩擦多晶硅 (Poly-Si)處幫助去除，也有采用藍粘膜來粘除多晶硅（Poly-Si)。但這些方法不僅費時費 力，而且難以徹底去除多晶硅（Poly-Si)層，并且重復(fù)性差，直接影響到隨后的硅晶體缺陷 的刻蝕成功與否。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種檢測硅晶體缺陷的方法，有效的對硅基片進行材料 層剝離處理，避免人工缺陷的假象，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。
[0006] 本發(fā)明提供的檢測硅晶體缺陷的方法，用于去除晶圓上的材料層并對晶圓硅基片 的硅晶體缺陷進行刻劃和分析，所述材料層包括覆蓋硅基片的多晶硅層及多晶硅層上的多 種膜層，該方法包括：
[0007] 切割所述晶圓以獲得測試樣品；
[0008] 將所述測試樣品浸入第一溶液去除所述多晶硅層之上的各層；
[0009] 將所述測試樣品浸入第二溶液去除所述多晶硅層，使得硅基片全裸；
[0010] 將所述測試樣品浸入第三溶液刻劃硅晶體缺陷；
[0011] 用光學(xué)顯微鏡檢查所述測試樣品上的硅晶體缺陷，并拍攝光學(xué)顯微鏡照片。
[0012] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述第一溶液為氫氟酸，濃度為 49%。
[0013] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述測試樣品在第一溶液中浸泡時 間為 10min ?15min〇
[0014] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述第二溶液為硝酸和緩沖氧化物 蝕刻液體積比為8:2的混合液，所述硝酸的濃度為69. 5%，所述緩沖氧化物蝕刻液為體積 比為NH4F:HF = 7:1的混合液。
[0015] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述測試樣品在第二溶液中浸泡時 間為3s?10s。
[0016] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述第三溶液的配方為：
[0017] 60毫升濃度為49 %的氫氟酸；
[0018] 30毫升濃度為69. 5 %的硝酸；
[0019] 30毫升濃度為5mol/L的三氧化鉻溶液；
[0020] 2克含結(jié)晶水硝酸銅[Cu (N03) 2. 3H20];
[0021] 60毫升濃度為99. 7 %的醋酸；
[0022] 60毫升去離子水。
[0023] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述測試樣品在第三溶液中浸泡時 間為3min?5min。
[0024] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，還包括：用掃描電子顯微鏡測量硅晶 體缺陷的形狀和大小，以判斷硅晶體缺陷的導(dǎo)因。
[0025] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，在浸入第一溶液、第二溶液及第三溶 液完成后，皆利用去離子水清洗測試樣品，然后用壓縮空氣槍吹干。
[0026] 可選的，對于所述的檢測硅晶體缺陷的方法，所述測試樣品為硅基片晶圓或切割 后的娃基片晶圓。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的檢測硅晶體缺陷的方法中，利用多次溶液浸泡，去 除了硅基片上的其他物質(zhì)，特別是多晶硅。相比現(xiàn)有技術(shù)，確保了硅基片的全裸以及硅晶體 缺陷的有效刻劃。本發(fā)明的方法操作簡便，快速，效率高，并可以測量大面積范圍內(nèi)的硅晶 體缺陷，而且測量結(jié)果準(zhǔn)確和重復(fù)性好。此外，本發(fā)明的方法成本低，只有用透射電鏡（TEM) 來測量硅晶體缺陷方法的八分之一，大大的降低了資本的投入和樣品失效分析的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實施例檢測硅晶體缺陷的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0029] 下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的檢測硅晶體缺陷的方法進行更詳細的描述，其中表 示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然 實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而 并不作為對本發(fā)明的限制。
[0030] 為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認為在任何實際實施例的開 發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費 時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0031] 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0032] 通過研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用WRIGHT刻蝕液刻劃硅晶體缺陷時，為了得到重復(fù) 性好的刻劃結(jié)果，關(guān)鍵步驟是要建立一套完整的樣品前處理方法，特別是在用WRIGHT刻 蝕液刻劃硅晶體缺陷之前如何將硅基片上層的所有材料進行徹底地剝離，特別是多晶硅 (Poly-Si)，確保硅基片的全裸，從而避免由于晶圓基片上層材料剝離不干凈而造成的人工 缺陷假象，確保取得準(zhǔn)確和重復(fù)性好的刻劃結(jié)果。
[0033] 基于這一思想，本發(fā)明提供如下的檢測硅晶體缺陷的方法，請參考圖1，本方法包 括：
[0034] 步驟S101 :提供測試樣品。所述測試樣品可以為型號是〈100>、〈111>等的晶圓： 包括一硅基片，所述硅基片上形成有多晶硅層，所述多晶硅層上覆蓋有多種膜層。在本發(fā)明 實施例中，所述測試樣品可以是一整個硅基片晶圓，也可以是進行切割后的硅基片晶圓的 某一部分。
[0035] 步驟S102 :將所述測試樣品浸入第一溶液去除所述多晶硅層之上的各層。較佳 的，本發(fā)明實施例中，所述第一溶液為氫氟酸（HF)，濃度為49%。為了去除多晶硅層上的各 層，所述測試樣品在第一溶液中浸泡時間為l〇min?15min，由于不同樣品的膜層數(shù)量及種 類不同，因此浸泡時間應(yīng)隨之靈活變動。
[0036] 利用本步驟的方法，能夠很好的去除多晶硅層上的各層，從而為高質(zhì)量的去除多 晶硅層打下基礎(chǔ)。為了獲得更好的效果，測試樣品浸泡在第一溶液中時，需要被完全浸沒， 并且保持一定的移動，使得溶液與測試樣品有著充分的接觸和化學(xué)反應(yīng)，以提高剝層效率。
[0037] 在本步驟完成后，要馬上用去離子水（DI water)清洗測試樣品，然后及時用壓縮 空氣槍吹干。
[0038] 步驟S103 :在第一溶液中浸泡結(jié)束后，將所述測試樣品浸入第二溶液去除所述多 晶硅層，使得硅基片全裸。較佳的，所述第二溶液為HB82,具體是硝酸（ΗΝ0 3)和緩沖氧化 物蝕刻液（Β0Ε)體積比為8:2的混合液，所述硝酸的濃度為69. 5%，所述Β0Ε為體積比為 NH4F:HF = 7:1的混合液。多晶硅層的剝離時間為3s?10s，以5s?8s為佳，即所述測試 樣品在第二溶液中浸泡時間為3s?10s，優(yōu)選為5s?8s，同樣的，也應(yīng)當(dāng)視多晶娃層的厚 度而對浸泡時間進行微調(diào)，以徹底清除多晶硅，確保硅片的全裸。
[0039] 同樣的，測試樣品浸泡在第二溶液中時，需要被完全浸沒，并且保持一定的移動， 使得溶液與測試樣品有著充分的接觸和化學(xué)反應(yīng)，以提高剝層效率。
[0040] 在本步驟完成后，要馬上用去離子水（DI water)清洗測試樣品，然后及時用壓縮 空氣槍吹干。
[0041] 本步驟所用第二溶液為本發(fā)明的一個關(guān)鍵點，利用本步驟中配置的第二溶液，能 夠?qū)⒍嗑Ч鑼舆M行完美的剝離，確保硅基片全裸。相比現(xiàn)有技術(shù)中的去除過程，便捷可靠， 并且有著良好的可重復(fù)性。
[0042] 步驟S104 :將所述測試樣品浸入第三溶液刻劃硅晶體缺陷。在本實施例中，所述 第三溶液的配方為：
[0043] 60毫升濃度為49 %的氫氟酸；
[0044] 30毫升濃度為69. 5 %的硝酸；
[0045] 30毫升濃度為5mol/L的三氧化鉻溶液，即2ml溶液中含有1克Cr03 ;
[0046] 2克含結(jié)晶水硝酸銅[Cu (N03) 2· 3H20];
[0047] 60毫升濃度為99. 7 %的醋酸；
[0048] 60毫升去離子水（DI water)。
[0049] 所述測試樣品浸泡在第三溶液中的時間為3min?5min，以完成刻劃娃晶體缺陷。
[0050] 同樣的，測試樣品浸泡在第三溶液中時，需要被完全浸沒，并且保持一定的移動， 使得溶液與測試樣品有著充分的接觸和化學(xué)反應(yīng)。在本步驟完成后，要馬上用去離子水（DI water)清洗測試樣品，然后及時用壓縮空氣槍吹干。
[0051] 在上述幾個步驟中，浸泡過程皆是需要一次完成，即不可進行例如將測試樣品從 第三溶液中浸泡一會后拿出觀察，然后再浸泡在第三溶液中，以避免人工缺陷假象的引入。
[0052] 步驟S105 :用光學(xué)顯微鏡檢查所述測試樣品上的硅晶體缺陷，并拍攝光學(xué)顯微鏡 照片。進一步的，還可以再用掃描電子顯微鏡測量硅晶體缺陷的形狀和大小，以判斷硅晶體 缺陷的導(dǎo)因。例如，"花"狀結(jié)構(gòu)硅晶體缺陷的導(dǎo)因可能是由于受到沾污加高溫處理。
[0053] 由本發(fā)明的上述方法，可以引申出：若僅針對硅基片，可直接進行本發(fā)明的步驟 S104,用第三溶液刻劃硅晶體缺陷。之后利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡測量和分析硅 晶體缺陷。
[0054] 針對未完工硅晶圓，如果沒有多晶硅（Poly-Si)層，則可跳過步驟S103。
[0055] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種檢測硅晶體缺陷的方法，用于去除晶圓上的材料層并對晶圓硅基片的硅晶體缺 陷進行刻劃和分析，所述材料層包括覆蓋硅基片的多晶硅層及多晶硅層上的多種膜層，該 方法包括： 提供測試樣品； 將所述測試樣品浸入第一溶液去除所述多晶硅層之上的各層； 將所述測試樣品浸入第二溶液去除所述多晶硅層，使得硅基片全裸； 將所述測試樣品浸入第三溶液刻劃硅晶體缺陷； 用光學(xué)顯微鏡檢查所述測試樣品上的硅晶體缺陷，并拍攝光學(xué)顯微鏡照片。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述第一溶液為氫氟酸， 濃度為49%。
3. 如權(quán)利要求2所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述測試樣品在第一溶 液中浸泡時間為lOmin?15min。
4. 如權(quán)利要求1所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述第二溶液為硝酸和 緩沖氧化物蝕刻液體積比為8:2的混合液，所述硝酸的濃度為69. 5%，所述緩沖氧化物蝕 刻液為體積比為NH4F:HF = 7:1的混合液。
5. 如權(quán)利要求4所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述測試樣品在第二溶 液中浸泡時間為3s?10s。
6. 如權(quán)利要求1所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述第三溶液的配方為： 60毫升濃度為49 %的氫氟酸； 30毫升濃度為69. 5 %的硝酸； 30毫升濃度為5mol/L的三氧化鉻溶液； 2克含結(jié)晶水硝酸銅[Cu(N03)2. 3H20]; 60毫升濃度為99. 7 %的醋酸； 60毫升去離子水。
7. 如權(quán)利要求6所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述測試樣品在第三溶 液中浸泡時間為3min?5min。
8. 如權(quán)利要求1所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，還包括：用掃描電子顯微 鏡測量硅晶體缺陷的形狀和大小，以判斷硅晶體缺陷的導(dǎo)因。
9. 如權(quán)利要求1所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，在浸入第一溶液、第二溶 液及第三溶液完成后，皆利用去離子水清洗測試樣品，然后用壓縮空氣槍吹干。
10. 如權(quán)利要求1所述的檢測硅晶體缺陷的方法，其特征在于，所述測試樣品為硅基片 晶圓或切割后的娃基片晶圓。
【文檔編號】G01N21/88GK104155302SQ201410314199
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】華佑南, 李曉旻 申請人:勝科納米（蘇州）有限公司