识别晶片中缺陷区域的方法与流程

发明领域

实施方式公开了一种识别硅晶片缺陷区域的方法。

相关领域说明

关于使用cz方法制备的单晶硅，根据与拉伸速度(v)/温度梯度(g)有关的沃龙佐夫理论(vorontsovtheory)，取决于在生长过程期间产生的点缺陷可以产生以下晶体缺陷区域。

例如，在其中单晶硅以v/g或更大的阈值生长的高速生长情况下，可以产生其中存在空隙缺陷的富v区域。

例如，在其中单晶硅以v/g或更低的阈值生长的低速生长情况下，可以产生o带，其中在边缘或中心区域以环的形式产生氧化诱导的堆垛层错(oisf)缺陷。

例如，当单晶硅进一步缓慢生长时，错位环可变得缠结，并且可产生富i区域作为环支配点缺陷区(loopdominantpointdefectzone，ldp)缺陷区域。

于富v区域和富i区域之间可以存在零缺陷区域，其中点缺陷未聚集。

零缺陷区域可以根据所包含的点缺陷的属性分类为pv区域和pi区域，所述pv区域是其中空位占优势的空位支配点缺陷(vdp)零缺陷区域，并且所述pi区域是其中自间隙占优势的间隙支配点缺陷区(idp)零缺陷区域。

内生缺陷(如晶体起源颗粒(cop)和环支配点缺陷区(ldp))与装置故障直接相关，因此，期望从生长过程中去除包含具有高频率内生缺陷的区域的晶片。

由vdp和idp缺陷区域的共存导致的氧沉淀力的差异可能导致由晶片中的金属污染引起的吸杂能力上的差异，以防止由于金属污染导致的装置故障，并且存在当氧气过度沉淀时，由于洁净区(denuded)减少和残余oi减少导致晶片强度下降的问题。

因此，期望控制内生缺陷区域，并且同时预先识别零缺陷区域的点缺陷分布，并且还精确区分o带、vdp区域和idp区域的边界。

具体来说，根据目前不含cop晶片被商业化的趋势，已经开发出了识别方法以区分包括o带以及vdp和idp的零缺陷区域的边界。

技术实现要素：

实施方式的目的在于提供一种识别晶片缺陷区域的方法，用于快速且简单地区分无结晶起源颗粒(cop)晶片的o带、空位支配点缺陷(vdp)、和间隙支配点缺陷(idp)区。

实施方式的额外优势、目的和特征在下面的描述中阐述，并且其中的部分特征、目的和优点对本领域的技术人员而言在下文描述后变得容易理解，或者可以从实施方式的实践中获知。通过所写的说明书和权利要求以及附图中特别指出的结构可以认识和获得实施方式的目的和其它优点。

为了实现这些目的和其它优点，根据实施方式的目的，如本文包括并宽泛地描述，识别晶片缺陷区域的方法包括：制备样品晶片，在800℃至1000℃的温度下在样品晶片上形成初级氧化物膜，在1000℃至1100℃的温度下在初级氧化物膜上形成第二氧化物膜，在1100℃至1200℃的温度下在第二氧化物膜上形成第三氧化物膜，去除初级氧化物膜至第三氧化物膜，对去除了初级氧化物膜至第三氧化物膜的样品晶片的一个表面进行蚀刻，以在样品晶片的一个表面上形成模糊化(haze)，并且基于模糊化识别样品晶片的缺陷区域。

所述初级氧化物膜和第二氧化物膜使用干氧化处理形成，并且，所述第三氧化物膜使用湿氧化处理形成。

第二氧化物膜的厚度可以大于初级氧化物膜的厚度，并且第三氧化物膜的厚度可以大于第二氧化物膜的厚度。

在识别样品晶片的缺陷区域时，模糊化可以包括白区域和黑区域中的至少一个，并且基于样品晶片白区域的面积或黑区域的面积来打出分数，并且基于所打出的分数识别样品晶片的缺陷区域。

实施方式的另一方面中，识别晶片缺陷区域的方法包括：制品样品晶片，在第一温度保持时间段使用干氧化处理在样品晶片上形成初级氧化物膜；初级氧化物膜的形成包括：其中温度升高至第一目标温度的第一温度升高时间段，以及其中维持第一目标温度的第一温度保持时间段；在第二温度升高时间段和第二温度保持时间段使用干氧化处理在初级氧化物膜上形成第二氧化物膜，第二氧化物膜的形成包括：温度从第一目标温度升高至第二目标温度的第二温度升高时间段以及维持第二目标温度的第二温度保持时间段，在第三温度升高时间段和第三温度保持时间段使用湿氧化处理在第二氧化物膜上形成第三氧化物膜，第三氧化物膜的形成包括：温度从第二目标温度升高至第三目标温度的第三温度升高时间段以及维持第三目标温度的第三温度保持时间段，去除初级氧化物膜至第三氧化物膜，对去除了初级氧化物膜至第三氧化物膜的样品晶片的一个表面进行蚀刻，以在样品晶片的一个表面上形成模糊化，并且基于模糊化识别样品晶片的缺陷区域。

第一目标温度可以为850℃至900℃。

第二目标温度可以为950℃至1050℃。

第三目标温度可以为1100℃至1200℃。

第二温度升高时间段的温度升高斜度和第三温度升高时间段的温度升高斜度可以各自为4℃/分钟至6℃/分钟。

在识别样品晶片的缺陷区域时，模糊化可以包括白区域和黑区域中的至少一个，并且基于样品晶片白区域的面积或黑区域的面积来打出分数，并且基于所打出的分数识别样品晶片的缺陷区域。

所述方法还包括：在形成第三氧化物膜和去除初级至第三氧化物膜之间进行冷却处理，将温度从第三目标温度降低至第四目标温度。

第四目标温度是750℃至850℃，并且冷却处理的温度下降斜度为3℃/分钟至10℃/分钟。

实施方式的另一方面中，识别晶片缺陷区域的方法包括：制品样品晶片，在第一目标温度下使用干氧化处理在样品晶片上形成初级氧化物膜，在第一目标温度和高于第一目标温度的第二目标温度之间的温度下使用干氧化处理在初级氧化物膜上形成第二氧化物膜，在第二目标温度和高于第二目标温度的第三目标温度之间的温度下使用湿氧化处理在第二氧化物膜上形成第三氧化物膜，去除初级氧化物膜至第三氧化物膜，对去除了初级氧化物膜至第三氧化物膜的样品晶片的一个表面进行蚀刻，以在样品晶片的一个表面上形成模糊化，并且基于模糊化识别样品晶片的缺陷区域，其中，第一目标温度是850℃至900℃，第二目标温度是950℃至1050℃，并且第三目标温度是1100℃至1200℃。

附图简要说明

附图用来帮助进一步理解实施方式，附图纳入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图显示了实施方式中的一些实施方式，并且与说明书一起用来解释实施方式的原理。在附图中：

图1是根据一实施方式的识别晶片缺陷区域的方法的流程图；

图2显示了根据另一实施方式的初级干氧化处理、第二干氧化处理、和湿氧化物处理的加工条件；

图3是显示根据另一实施方式的初级干氧化处理、第二干氧化处理、和湿氧化物处理的加工条件的图；

图4显示了使用铜(cu)污染方法制备的用于识别的样品晶片和使用根据实施方式的方法形成的样品晶片；和

图5显示了图4样品晶片中测定的空位支配点缺陷(vdp)宽度的关系。

发明详述

下面将详细叙述实施方式中的优选实施方式，这些实施方式的示例在附图中显示。

在示例实施方式的描述中应当理解，当描述一种元件在另一元件“上”或“下”的时候，所述元件可以直接位于另一元件上，或者可以存在插入元件。此外，当描述一种元件在另一元件“上”或“下”的时候，这可以包括基于一个部件的向上方向或向下方向。

此外，在多个实施方式的描述中，虽然相关术语如“第一”、“第二”、“上方/上部/之上”以及“下方/下部/之下”可以用于区分任一基材或元件与另一基材或元件而不需要或不包含这些物质或元件之间的任意物理或逻辑关系或者顺序。只要可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

本文所述术语“包括”、“包含”或“具有”应理解为不排除其他元件，并且进一步包括这样的其它元件，因为除非另有说明，否则可以包括相应元件。此外，本文所述术语“对应”可以包括“相反”或“重叠”的含义中的至少一个。

图1是根据一实施方式的识别晶片缺陷区域的方法的流程图。

参见图1，识别晶片缺陷区域的方法可以包括：制备样品(s110)；使用初级干氧化处理形成初级氧化物膜(s120)；使用第二干氧化处理形成第二氧化物膜(s130)；使用湿氧化处理形成第三氧化物膜(s140)；进行氧化物膜去除和蚀刻处理(s150)；以及进行识别过程(s160)。

首先，可以制备晶片样品(s110)。

在该情况下，所制备的晶片样品可以是用于半导体的晶片，其通过生长硅单晶锭并对所生长的单晶锭进行晶锭细磨加工、切割加工和切片加工而获得。

或者，所制备的晶片可以通过在用于半导体的晶片表面上进行研磨加工、细磨加工、蚀刻加工、和抛光加工中的至少一种来获得。

然后在样品晶片上进行初级干氧化处理，以在样品晶片上形成初级氧化物膜(s120)。

在初级干氧化处理中，可以在800℃至1000℃的温度下将氧气(o2)注入反应炉(或室)，并且使用所注射的氧气在样品晶片的表面上形成初级氧化物膜(s120)。

例如，初级氧化物膜的厚度可以是16nm至35nm。

在初级干氧化处理中，可能发生自间隙的过饱和和氧沉淀物的成核。在低温氧化处理中，过饱和的自间隙可以变为高温处理中的错位型缺陷。

此外，氧沉淀物可以用作单晶生长之后在氧化物-基材界面上过饱和自间隙的汇点(sink)，并且因此可以通过将氧沉淀力的差异应用于是否形成间隙缺陷来识别点缺陷区域。

然后，在第二干氧化处理中，可以在1000℃至1100℃的温度下将氧气(o2)注入反应炉(或室)，并且使用所注射的氧气在样品晶片的初级氧化物膜上形成第二氧化物膜(s130)。

用于第二干氧化处理的时间段比用于初级干氧化处理的时间段长，但不限于此。

第二氧化物膜的厚度可以大于初级氧化物膜的厚度。例如，第二氧化物膜的厚度可以是66nm至116nm。

第二干氧化处理可以是如下过程：其中生长氧沉淀物并且通过自间隙的扩散在所生长的氧沉淀物中发生重组。

在第二干氧化处理中，氧沉淀物可用作自间隙的重组位点，以及因此可以识别间隙支配点缺陷区(idp)和氧主动沉淀于其上的o带/空位支配点缺陷(vdp)之间的边界。

为了提供自间隙的重组位点，氧沉淀物需要以足够的尺寸生长，因此，第二干氧化处理的时间段可以比初级干氧化处理的时间段长，但不限于此，而且根据另一实施方式，两个时间段可以是相同的，或者第二干氧化处理的时间段可以比初级干氧化处理的时间段短。

在第二干氧化处理中的氧气流速(或输入量)可以与初级干氧化处理中的氧气流速(或输入量)相同，但不限于此。

然后，进行湿氧化处理，以在第二氧化物膜上形成第三氧化物膜(s140)。

亦即，可以在1100℃至1200℃的温度下将氧气(o2)和氢气(h2)注入反应炉(或室)，并且使用所注射的氧气和氢气在样品晶片的第二氧化物膜上形成第三氧化物膜(s140)。

第三氧化物膜的厚度可以大于第二氧化物膜的厚度。例如，第三氧化物膜的厚度可以是870nm至1150nm。

用于湿氧化处理的加工时间可以比初级干氧化处理的加工时间短，或者可以比第二干氧化处理的加工时间短。

湿氧化处理中的氧气流速可以与初级干氧化处理和第二干氧化处理中每一个的氧气流速相同。

此外，湿氧化处理中的氢气流速可以大于湿氧化处理中的氧气流速。例如，湿氧化处理中，氢气的流速可以是1slm至6slm，或者氧气的流速可以是1slm至4slm。

在湿氧化处理s140中，未重组的剩余过饱和自间隙可以变为初级干氧化处理s120和第二干氧化处理s130中的错位型缺陷，但不限于此。

在湿氧化处理中形成的缺陷可以用作随后的蚀刻处理s150中的表面模糊化，以实现视觉分析。

图2显示了根据另一实施方式的初级干氧化处理s120、第二干氧化处理s130、和湿氧化物处理s140的加工条件。

参见图2，初级干氧化处理s120的温度条件可以是850℃至900℃，并且用于处理的保持时间可以是1小时至4小时。所形成的初级氧化物膜的厚度可以是16nm至35nm。

第二干氧化处理s130的温度条件可以是950℃至1050℃，并且用于处理的保持时间可以是1小时至3小时，并且第二氧化物膜的厚度可以是66nm至116nm。

此外，湿氧化处理s140的温度条件可以是1100℃至1200℃，并且用于处理的保持时间可以是1小时至2小时，并且第三氧化物膜的厚度可以是870nm至1150nm。

图3是显示根据另一实施方式的初级干氧化处理s120、第二干氧化处理s130、和湿氧化物处理s140的加工条件的图。

在图中，x轴表示加工时间，并且y轴表示加工温度。

参见图3，初级干氧化处理s120可以包括第一温度升高时间段p1和第一温度保持时间段p2。

第一温度升高时间段p1可以是在未注入氧气(o2)的状态下温度以预定斜度增加的时间段，并且在这种情况下，可能不会在样品晶片上形成氧化物膜。

第一温度升高时间段p1可以是其中温度从800℃升高高达第一目标温度t1的时间段。例如，第一目标温度t1可以是850℃至900℃。例如，第一目标温度t1可以是870℃。

第一温度保持时间段p2中，第一目标温度t1可以保持为加工温度，并且可以注入氧气o2以形成初级氧化物膜。

第二干氧化处理s130可以包括第二温度升高时间段q1和第二温度保持时间段q2。

第二温度升高时间段q1中，温度可以从第一目标温度t1升高至第二目标温度t2。

例如，第二目标温度t2可以是950℃至1050℃。例如，第二目标温度t2可以是1000℃。

第二温度升高时间段q1的温度升高斜度可以为4℃/分钟至6℃/分钟。例如，第二温度升高时间段q1的温度升高斜度可以为5℃/分钟。

第一温度升高时间段p1的加工时间可以比第二温度升高时间段q1的加工时间短。此外，第一温度保持时间段p2的加工时间可以比第一温度升高时间段p1的加工时间和第二温度升高时间段q1的加工时间中的每一个长。

第二温度保持时间段q2中，可以保持第二目标温度t2的加工温度，并且可以注入氧气(o2)以形成第二氧化物膜。

湿氧化处理s140可以包括第三温度升高时间段r1和第三温度保持时间段r2。

第三温度升高时间段r1中，温度可以从第二目标温度t2升高至第三目标温度t3。

例如，第三目标温度t3可以是1100℃至1200℃。例如，第三目标温度t3可以是1150℃。

第三温度升高时间段r1的温度升高斜度可以为4℃/分钟至6℃/分钟。例如，第三温度升高时间段r1的温度升高斜度可以为5℃/分钟。

第三温度升高时间段r1的温度升高斜度可以与第二温度升高时间段q1的温度升高斜度相同，但不限于此。根据另一实施方式，第三温度升高时间段r1的温度升高斜度可以大于第二温度升高时间段q1的温度升高斜度，或者根据另一实施方式，第三温度升高时间段r1的温度升高斜度可以小于第二温度升高时间段q1的温度升高斜度。

第三温度保持时间段r2中，可以将加工温度保持在第三目标温度t3，并且可以注入氧气(o2)和氢气(h2)以形成第三氧化物膜。

第一温度保持时间段p2的加工时间可以比第二温度保持时间段q2的加工时间短。第三温度保持时间段r2的加工时间可以比第一温度保持时间段p2的加工时间短。

第一温度保持时间段p2的加工时间可以是110分钟至150分钟。

第二温度保持时间段q2的加工时间可以是160分钟至200分钟。

第三温度保持时间段r2的加工时间可以是80分钟至100分钟。

例如，第一温度保持时间段p2的加工时间可以是120分钟，第二温度保持时间段q2的加工时间可以是180分钟，第三温度保持时间段r2的加工时间可以是100分钟。

第一温度升高时间段p1的加工时间可以比第二温度升高时间段q1的加工时间短，并且第二温度升高时间段q1的加工时间可以等于或小于第三温度升高时间段r1的加工时间。

在第一温度保持时间段p2、第二温度升高时间段q1、第二温度保持时间段q2、第三温度升高时间段r1和第三温度保持时间段r2中供应的氧气流速可以相同，但不限于此。根据另一实施方式，在上述时间段p2、q1、q2、r1和r2中的至少一个中，可以供应与其余时间段内流速不同的氧气。

第三温度保持时间段r2中的氢气流速可以大于上述时间段p2、q1、q2、r1和r2中的氧气流速，但不限于此。根据另一实施方式，第三温度保持时间段r2中的氢气流速可以等于或小于上述时间段p2、q1、q2、r1和r2中的氧气的流速。

在使用湿氧化处理形成第三氧化物膜之后，可以去除样品晶片上形成的初级氧化物膜至第三氧化物膜，并且可以对去除了氧化物膜的样品晶片的一个表面进行蚀刻，以形成模糊化以用于在晶片表面的识别(s150)。

例如，可以使用氢氟酸(hf)溶液从其上形成有初级氧化物膜至第三氧化物膜的样品晶片上去除初级氧化物膜至第三氧化物膜。例如，初级氧化物膜至第三氧化物膜可以通过hf剥离工艺去除。

在湿氧化处理之后，可以不注入氧化气体，可以注入氮气，并且可以在第三目标温度t3下进行冷却处理用于降低温度。

例如，在冷却处理中，温度可以从第三目标温度t3降低至第四目标温度，并且在该情况下，温度下降斜度可以是3℃/分钟至10℃/分钟。例如，温度下降斜度可以是3℃/分钟。

例如，第四目标温度可以是750℃至850℃。例如，第四目标温度可以是800℃。

然后，可以通过湿法蚀刻对样品晶片的一个表面进行蚀刻，从该表面去除初级氧化物膜至第三氧化物膜，以在样品晶片的一个表面上形成模糊化用于识别点缺陷区域模糊化。

然后，晶体缺陷区域和样品晶片的质量可以通过相对于其上指示有模糊化的样品晶片的模糊化评分来识别(s160)。

例如，模糊化可以包括白区域和黑区域中的至少一个，并且可以将基于白区域面积(或宽度)、黑区域面积(或宽度)、或白区域的面积(或宽度)与黑区域的面积(或宽度)的比率的分数分配给其上指示有模糊化的样品晶片。

例如，白区域可以指示pi区域，并且黑区域可以指示pv区域。

例如，可以在白区域的pi区域和黑区域的pv区域上进行评分。

例如，可以在从晶片一个表面的中心向着边缘的方向上以预定长度(例如，10mm)为单位，将分数分配给白区域或黑区域10分。白区域的分数可以与白区域的面积成比例。

基于分配给样品晶片的分数，可以识别样品晶片的空位支配点缺陷(vdp)的宽度和样品晶片的间隙支配点缺陷区(idp)的宽度是大还是小，并且可以识别vdp和idp之间的边界区域。

图4显示了使用铜(cu)污染方法制备的用于识别的样品晶片和使用根据实施方式的方法形成的样品晶片。图5显示了图4样品晶片中测定的vdp宽度的关系。

参见图4，cu污染方法和根据一实施方式的方法可以施加到同一硅晶片样品，提取各vdp宽度和各idp宽度。基于cu污染方法和根据一实施方式的方法的施加结果，点缺陷区域的边界可以高亮的白区域形式可视化。这里，关于高亮，当高强度的光投射到晶片的一个通过蚀刻暴露的表面时，如果存在缺陷区域，则光被散射并反射，并且以模糊化的形式被观察到，因为缺陷区域和点缺陷区域可以通过高亮来可视化。

此处，vdp区域可以指示为黑区域，并且idp区域可以指示为白区域。

如图4所示，使用根据一实施方式的方法可视化的白区域和黑区域可以类似于使用cu污染方法可视化的白区域和黑区域。因此，基于使用根据一实施方式的方法获得的模糊化识别缺陷区域可以获得与基于cu污染方法识别缺陷区域对应的可靠性。

亦即，氧沉淀物的成核可以通过初级干氧化处理进行，并且氧沉淀物的生长和重组可以通过第二干氧化处理进行，过饱和自间隙可以通过湿氧化处理变为过饱和自间隙的错位型缺陷，通过氧化物膜去除和蚀刻处理可以在晶片的一个表面上形成用于vdp和idp识别的模糊化，所形成的模糊化可以具有与通过cu污染方法获得的白区域和黑区域类似的形式，并且其优点可以是采用储存经cu污染方法获得的模糊化的常规方法而无需改变。

如图5所示，使用cu污染方法获得的vdp宽度和使用根据一实施方式的方法获得的vdp宽度可以是类似的。

相对于直线图的线性方程(y＝1.1793x+0.1037)表示基于cu污染方法的vdp宽度的理想趋势线。在图5中，r²表示使用根据一实施方式的方法获得的vdp宽度与线性方程之间的近似值。

可以看出，包括上述操作s120至s160的实施方式与使用cu污染方法识别点缺陷区域的方法具有高相关性或关系(r²>0.9)。

根据一实施方式，可以将下述晶片投入工艺并可进行识别：通过混合酸蚀刻仅去除表面损伤的晶片以及通过使用cz法将单晶硅锯切成预定厚度，然后完成去除表面损伤并进行抛光而形成的晶片。

因此，点缺陷识别操作可以提前到锭刚生长后的时间点，因此，实施方式可以降低制造成本和减少cu材料。根据一实施方式，可以不需要单独的金属污染物用于识别点缺陷，因此，可能没有必要准备金属污染装置，并且也可以不用担心由于金属而污染反应炉。

根据一实施方式，可以识别晶片缺陷区域以快速且简单地区分无结晶起源颗粒(cop)晶片的o带、vdp、idp。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以对实施方式进行各种修改和变动而不背离本实施方式的精神和范围。因此，实施方式旨在覆盖实施方式的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。