[发明专利]一种用于分析硅片体内金属沾污的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路硅片体内金属的定性分析方法，尤其涉及一种用于分析硅片体内金属沾污的测试方法。

背景技术

随着集成电路技术的飞速发展，光刻线宽逐渐缩小时，金属沾污的控制在集成电路制造中越来越重要，因此对硅衬底的要求也更加严格。金属沾污主指Na、Mg、K、Al、Ca、Zn、Fe、Cu、Ni、Co等金属，根据沾污的位置可以分为表面沾污和体内沾污：表面沾污主要是在硅片机械化学加工过程中形成的，主要是在硅片切、磨、抛、传递和运输等过程中形成的；而体金属沾污主要是在硅单晶的拉制、硅片的热处理、硅片外延等过程中形成的。表面金属沾污可以通过VPD-ICP-MS，或者VPD-TXRF等方法来测试，而且大部分表面金属可以通过返工，将金属消除。对于体金属沾污，目前测量的方法比较少，可以使用SPV测量Fe、Cu，但是对于其他金属，很难找到便捷的方式测量。而且体金属沾污对器件的潜在影响更大，更不易探测，因此需要不断探索新的测试方法。

硅片体内的金属沾污在器件加工过程中，会扩散到器件工作区形成缺陷。这些缺陷位置的金属会形成漏电源，导致器件失效。在器件沟道刻蚀前的热处理过程中，这些体金属沾污可能扩散到刻蚀区，在刻蚀区内形成金属硅化物。当在器件刻蚀工艺刻蚀沟道时，由于这些金属硅化物会阻碍沟道向下刻蚀，导致沟道刻蚀不完全。不完全刻蚀的沟道形貌也会导致后续工艺中缺陷数量增加，影响器件性能。因此体金属的沾污控制至关重要。在当前的工艺标准下，需要将体金属的含量控制在1E10atom／cm³(原子数／立方米)以下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于分析硅片体内金属沾污的测试方法，通过该方法可以将硅片体内的金属杂质分布在硅片表面表现出来，然后通过表面的分析对金属沾污做定性分析，确定金属沾污的来源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于分析硅片体内金属沾污的测试方法，包括以下步骤：

(1)清洗硅片，去除硅片表面的颗粒和金属，然后将硅片载入氧化炉炉腔；

(2)在高温、氩气和氧气的混合气氛下，使硅片表面生长氧化层，生长温度为1000～1100℃，形成氧化层的厚度为1000～1500

(3)使用表面颗粒激光分析仪测定硅片表面颗粒，分析表面缺陷的分布；

(4)使用扫描电镜对颗粒聚集区域进行分析，测试缺陷成分，并对沾污进行定性判断。

采用该方法，通过高温生长氧化层，使得金属扩散到硅片表面和氧化层反应，生产硅-金属-氧化物团聚体，通过表面颗粒激光分析仪和扫描电镜对硅片表面的团聚物中定位并分析能谱，可以获得金属杂质的成分，从而分析硅片体内金属的来源。

高温生长氧化层的过程至关重要，因为高温氧化过程若控制不当，将导致氧化层生长过程中形成新的沾污。因此为了确保沾污的控制，需要对氧化炉中金属杂质沾污做控制，避免因为氧化层的沾污导致测试结果的误导。高温生长氧化层的整个过程需要在氩气保护下进行，首先在将硅片载入氧化炉炉腔内，硅片载入的温度为500～700℃。硅片的载入过程需要在惰性气体保护下完成，可以是氮气气氛也可以是氩气气氛。硅片载入后，可以通过长时间氩气置换，进一步将炉腔内的杂质气体置换干净。气体置换完成后以10～30℃／s的升温速度升温至1000～1100℃恒温。在恒温过程中需要通入氩气和氧气，二者的体积比为6∶1～1∶1。恒温一定时间后完成氧化层的生长，以10～30℃／s的降温速度降温到600℃出炉。

恒温温度和恒温时间主要取决于氧化层厚度，需要的氧化层越厚，相应的恒温温度越高，恒温时间越长。同时恒温时间和气氛中氩气和氧气比例主要取决于恒温温度及氧化层厚度。氧化工艺中氩气的纯度要达到99.999999％以上，氧气的纯度要达到99.9999％以上。氧化炉中的炉管需要使用高纯石英材料，炉管导致的金属沾污需要控制在1E9atom／cm³以下。

高温氧化的温度和时间，可以通过测量氧化层的厚度分析，做适当的调整。氧化层厚度一般控制在1000～1500氧化层生长完成后，使用表面颗粒激光测试仪测量表面缺陷数量，并记录表面缺陷的分布位置。针对缺陷密度较高的位置，使用扫描电镜将缺陷位置定位，然后使用ESD分析缺陷位置的成分。通过对成分的分析，间接判断沾污源的元素分布，对沾污成分做定性分析。