專利名稱：一種利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法
技術領域：
本發明涉及一種利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法，具體地說是用于精確地測試硅片里COP密度和分布，找出最佳單晶工藝條件，以此來提高器件產量和可靠性，屬于檢測方法技術領域。
背景技術：
摩爾法則對以硅為基礎的芯片闡明了一個芯片上的位數/功能的比將每三年趨向四倍。自1965年此法則發現以來，已成為推動半導體業發展的強勁力量。現在大尺寸硅材料(8”及12”)和微米級(90nm以下)半導體器件領域已經取得巨大進步，尋求下一個科技節點將會給此市場帶來巨大價值。
超大規模的集成電路(ULSI)的失敗往往歸咎于所用硅材料的不能滿足技術要求。簡單地說，制造不同功能集成電路需要用與其功能相應的硅材料，必須根據集成電路的功能要求設計硅材料參數。然而根據摩爾法則，隨特征尺寸的縮小，硅片表面的缺陷使得ULSI器件制造變得越來越困難。
由于在CMOS器件的柵絕緣體內有非常高的運行電場，依賴時間的絕緣崩潰(TDDB)可以成為一個重要的ULSI失效機制。在通常一段很長時間的退化(誘導/封裝毀損)后，絕緣體會因為嚴重的電流將最終經歷一個災難性的熱量流失情形。這種在絕緣體內形成的嚴重焦耳熱量導致在MOS的器件中柵極與襯底短路。
在ULSI的制造過程中，硅片參數的控制是提高產量及器件可靠性的主要因素。減少大直徑硅襯底層的生產成本，保持高質量及采用像90nm或更復雜的加工技術，為未來的器件發展開發最適宜的硅襯底結構，是我們目前的課題。當今世界上在四個領域的初步研究已經推進了硅襯底材料行業的進步，表現在(1)、硅片表面研究平整度(局部厚度變化，SFQR)，毫微形貌學，微粗糙，顆粒(局部光散射(LLS))，缺陷(氧化誘導層錯(OSF)，生長缺陷等.)，沾污(金屬，有機物等等)；(2)、硅片近表層(活動層)研究同質，缺陷(生長缺陷，體缺陷(BMD))，污染物(金屬離子等)；(3)、硅片內部研究摻雜(氧沉淀，光元素)，電阻率，生長缺陷，金屬雜質，(4)、背面研究摻雜(背損，薄膜沉積)，污染(金屬等)，顆粒。
研究表明，硅片表面的顆粒極大影響半導體器件的性能，所以人們投入了巨大努力來減少顆粒的數量。顆粒的最小尺寸已經被控制到小于ULSI器件的特征尺寸。被廣泛應用的激光掃描方法計算出的顆粒通常被認為是晶片上的灰塵，因此研究硅片的清洗工藝是主要用來發現除去此類顆粒的方法。SC1清洗液(用NH4OH/H2O2/H2O混和)在減少灰塵總量方面是有效的。不過，著名科學家Rytual et al先生發現在經過SC1清洗后，剩下的大多數小顆粒并不是硅片表面的沾污，而是在SC1清洗時留下的凹陷。據分析這樣的凹陷是源自于硅晶體內的生長缺陷，這種生長缺陷被叫做COP(晶體原生顆粒)。
在硅單晶體內生長缺陷包括COP，FPD(流動圖案缺陷)和LSTD(激光散射X線斷層攝影術下的缺陷)。對不同缺陷產生機制的研究顯示出它們是在凝固工藝，在從硅熔點1200℃到冷卻過程中產生的，它們的密度及分布強烈地依賴于晶體的生長環境。含較高COP密度的硅片在MOS(金屬氧化物半導體)電容內有時間零絕緣體的擊穿(TZDB)而導致硅片產出較低。因為COP降低柵氧化的完整性(GOI)及影響DRAM和Flash存儲器的產量，COP在過去的幾年里在半導體器件領域引起了極大的關注。因此，需要一種有效的技術來精確地監測硅片里COP密度和分布，用于找出最佳單晶工藝條件，以此來提高器件產量和可靠性。
各種生長缺陷的描述方法被開發和應用，已經用了如X光地形學，干法刻蝕后的FPD計算，激光散射X斷層攝影術，光學沉淀模擬和用激光散射顆粒計算器對用SC-1清洗后的COP圖例等定量或定性的方法去測定COP，然而，由于它們是破壞性試驗，缺乏靈敏性和不可逆轉，所有的這些方法都有很大的局限性。因此，需要開發一種非關聯的無破壞性分布監測工具及方法，它們可以在近似模擬器件加工工藝的情況下，以好的靈敏度和伸縮性，高速度地對整個硅片進行測量。
激光散射顆粒測量儀已經被發展成為一種簡單的可重復操作的新光學觀測法，并成功應用于對整個硅片表面的評估。然而，由于激光散射顆粒測量儀沒有能力發覺微小的COP，這些小尺寸COP在柵氧化之前位于硅片表面，對硅片表面處理前COP數據的監測仍然不能精確計量。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種可精確地測試硅片里COP密度和分布，找出最佳單晶工藝條件，以此來提高器件產量和可靠性的利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法。
本發明的主要解決方案是這樣實現的本發明利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法步驟如下1、被測試硅片氧化先將硅片推進石英氧化爐中，硅片推進速度為60cm/min，通入氮氣升溫至950～1050℃，時間25～30分鐘，關氮氣，通氧氣，氧化時間15～20分鐘；再通入氮氣降溫1.2～2小時，關氮氣，取出硅片，氧化層厚度200～500埃；硅片取出速度為60cm/min；2、去除氧化膜在完成氧化過程后，用稀釋的氫氟酸溶液和棉簽，將硅片背面的氧化膜去除，氫氟酸溶液濃度為20～30％；3、測試程序將化學反應槽內裝滿甲醇溶液，甲醇溶液濃度為98～99％，依次放置銅板、硅片、銅板、電極，然后將蓋子蓋嚴，通過導線連接電極、銅板，并接通電源，用直流電20～50V在兩極間通電，通電時間10～30分鐘后關掉電源，拆除電線；4、硅片干燥處理從化學反應槽中排出甲醇溶液，取出硅片，在凈化級別10級以下層流罩中干燥，干燥在常溫中進行，干燥時間0.5～1小時；5、測量硅片缺陷數量使用光學顯微鏡或激光散射顆粒計數儀來測量硅片缺陷數量。
本發明與已有技術相比具有以下優點本發明可精確地測試硅片里COP密度和分布，找出最佳單晶工藝條件，以好的靈敏度和伸縮性，高速度地對整個硅片進行測量，以此來提高器件產量和可靠性，器件成品率大幅提升。
圖1為本發明測試硅片缺陷裝置結構示意圖。
圖2為本發明硅片缺陷放大示意圖。
圖3為本發明測試硅片缺陷區域堆積的Cu示意圖。
具體實施例方式
下面本發明將結合附圖中的實施例作進一步描述實施例1本發明被測試硅片為8英寸以上硅片，利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法步驟如下先將被測試硅片氧化先將硅片緩慢推進恒溫750℃石英氧化爐中，推進速度為60cm/min，首先通入氮氣(N2)，以每分鐘93°的斜坡升溫至950～1050℃(約26分鐘)，去掉氮氣，通氧氣，以每分鐘2.5°斜坡降溫至750℃后關掉氧氣(11分鐘)，再通入氮氣降溫(1.5小時)，關氮氣，將硅片取出。硅片取出速度為60cm/min。氧化層厚度500埃；氧化溫度、環境、時間及氧化層厚度按照器件的設計，器件的性能來設定。
2、去除氧化膜在完成氧化過程后，用稀釋的氫氟酸溶液和棉簽，將硅片背面的氧化膜去除，氫氟酸溶液濃度為30重量％(氫氟酸20～30重量％，水70～80重量％)；這個過程應該在有通風/排氣系統設備的凈化級別10級以下的層流罩內進行。注意請勿吸入氫氟酸(HF)化學氣體，請勿觸摸氫氟酸(HF)溶液，操作人員應穿戴防酸手套/外套/鞋以及氫氟酸(HF)氣體過濾面具。
3、測試程序圖1所示將化學反應槽1內裝滿甲醇溶液5，甲醇溶液5濃度99重量％(1～3重量％，97～99重量％)，并依次放置銅板2、硅片3、二氧化硅(SiO2)薄膜4、銅板6、電極8，然后將蓋子7蓋緊，通過導線7連接電極8，電極8與銅板6連接，并接通電源正極，銅板2連接導線接電源負極。用直流電(DC)50V在兩極(正負)間通電，通電時間10分鐘后關掉電源，拆除電線。從圖2、3中可見在化學液CH3OH(甲醇)中金屬銅發生化學反應形成銅離子(Cu+2)并且向著陰極方向移動。因為與無缺陷區域相比有缺陷區域有更高的能量狀況，因而銅離子Cu+2主要在缺陷區被捕獲。這些在缺陷區域堆積的銅離子Cu+2促使原有SiO2薄膜很快被穿透，并且使得微小缺陷顯露。
4、硅片干燥處理從化學反應槽中排出CH3OH(甲醇)溶液，然后小心地取出樣品硅片，在凈化級別10級以下層流罩中使樣品干燥，干燥在常溫下進行，干燥時間0.5小時。
5、測量硅片缺陷數量使用光學顯微鏡或激光散射顆粒計數儀來測量硅片缺陷數量，硅片缺陷數量越小硅片成品率越高。在這種情況下注意不要將銅和灰塵污染激光散顆粒計數儀的的硅片測量平臺表面。
實施例2本發明被測試硅片為8英寸以上硅片，利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法步驟如下被測試硅片為8英寸以上硅片。
本發明實施例中被測試硅片氧化溫度950℃；氧化層厚度200埃。氫氟酸溶液濃度為20％；甲醇溶液濃度為98％；直流電(DC)20V在兩極(正負)間通電，通電時間30分鐘后關掉電源；在常溫下進行，干燥時間1小時；采用實施例1中的測試裝置及測試方法，同樣可以精確地測試硅片里COP密度和分布，以好的靈敏度和伸縮性，高速度地對整個硅片進行測量，提高硅片的成品率，以此來提高器件產量和可靠性。
實施例3本發明實施例中被測試硅片為8英寸以上硅片。
本發明實施例中被測試硅片氧化溫度1000℃；氧化層厚度350埃。氫氟酸溶液濃度為25％；甲醇溶液濃度為98.5％；直流電(DC)35V在兩極(正負)間通電，通電時間20分鐘后關掉電源；干燥溫度常溫，干燥時間0.75小時。
采用實施例1中的測試裝置及測試方法，同樣可以精確地測試硅片里COP密度和分布。
權利要求
1.一種利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法，其特征是采用以下工藝步驟被測試硅片氧化先將硅片推進石英氧化爐中，硅片推進速度為60cm/min，通入氮氣升溫至950～1050℃，時間25～30分鐘，關氮氣，通氧氣，氧化時間15～20分鐘；再通入氮氣降溫1.2～2小時，關氮氣，取出硅片，氧化層厚度200～500埃；硅片取出速度為60cm/min；去除氧化膜硅片氧化后，用稀釋的氫氟酸溶液和棉簽，將硅片背面的氧化膜去除；測試程序將化學反應槽內裝滿甲醇溶液，依次放置銅板、硅片、銅板、電極，然后將蓋子蓋上，通過導線連接電極、銅板，并接通電源，用直流電20～50V在兩極間通電，通電時間10～30分鐘后關掉電源，拆除電線；硅片干燥處理從化學反應槽中排出甲醇溶液，取出硅片，在凈化級別10級以下層流罩中干燥，在常溫下進行，干燥時間0.5～1小時；測量硅片缺陷數量使用光學顯微鏡或激光散射顆粒計數儀來測量硅片缺陷數量。
2.根據權利要求1所述的一種利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法，其特征在于所述的氫氟酸溶液濃度為20～30％。
3.根據權利要求1所述的一種利用Cu誘導硅片表面COP的測試方法，其特征在于所述的甲醇溶液濃度為98～99％。
全文摘要
本發明涉及一種利用Cu誘導硅片表面COP的測試裝置及其測試方法，屬于檢測方法技術領域。其主要先將被測試硅片氧化，去除硅片背面氧化膜，將化學反應槽內裝滿甲醇溶液，依次放置銅板、硅片、銅板、電極，然后將蓋子蓋嚴，通過導線連接電極、銅板，并接通電源，用直流電在兩極間通電，從化學反應槽中排出甲醇溶液，取出硅片，經干燥處理后測量硅片缺陷數量。本發明可精確地測試硅片里COP密度和分布，找出最佳單晶工藝條件，以好的靈敏度和伸縮性，高速度地對整個硅片進行測量，以此來提高器件產量和可靠性，器件成品率大幅提升。
文檔編號G01R31/00GK1815205SQ20061003836
公開日2006年8月9日 申請日期2006年2月17日 優先權日2006年2月17日
發明者朱汪龍 申請人:無錫樂東微電子有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
