[发明专利]显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液及其应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液及其应用。

背景技术

单晶硅中的空洞型缺陷(Void)是由空位的聚集而形成的，它们的存在不仅会使栅氧化物的完整性(GOI)受到严重破坏，还会造成PN结漏电、槽型电容短路或绝缘失效等问题，从而降低集成电路的成品率。因此需要一种简单快捷的方式来显示单晶硅中的空洞型缺陷，以控制这种有害缺陷。

一般说来，空洞型缺陷依据检测方法不同而表现出不同的形式，分别称为：Crystal Originated Particle(COP)，Flow Pattern Defect(FPD)和Light Scattering Tomography Defect(LSTD)。

(1)COP是Void缺陷经过RCA一号液(氨水，双氧水，去离子水的混合溶液且其体积比为1∶1∶5)处理后出现的小腐蚀坑，它们在激光扫描颗粒度仪器的测试中表现为颗粒的形式。AFM观察结果表明：COP是大小在100-200nm左右的凹坑。

(2)FPD的检测方法为：将硅片垂直浸入Secco溶液(由0.15mol/LK₂Cr₂O₇和49％HF按体积比1∶2混合制成)中腐蚀10-30分钟，腐蚀液与硅在Void处反应产生的氢气泡，影响了Secco溶液的垂直流动，从而产生了V字型的图形花样，由此形象地把它们称为流动图形缺陷。

(3)LSTD通常是由红外激光散射断层谱(IR-LST)检测到的一种光点形式的缺陷。由于此方法很难将大直径直拉硅中的Void和氧沉淀区分出来，所以用于研究Void时，需加上荧光光谱(PL)等相关辅助工具，所以测试手段繁杂，一般很少用于直拉硅中Void的研究。

使用择优腐蚀液来表征空洞型缺陷是一种简单快捷的方法，因此获得广泛使用。对于轻掺硅片来说，目前一般采用标准的Secco液来腐蚀显示硅片中的FPDs；但是对于重掺硅片来说，由于载流子浓度增加导致腐蚀速率加快，使得硅单晶中正常晶格位置和缺陷位置的腐蚀速率相接近，从而削弱了择优腐蚀效果，比如，P型重掺硼的单晶硅片经标准Secco液腐蚀后表面生成一种黑褐色的致密层，它覆盖在硅片表面，使得空洞型缺陷不能以FPD显示。因而，适用于轻掺硅片的缺陷择优腐蚀液往往不适用于重掺硅片。为此，很有必要开发一种适合于重掺杂硅单晶中空洞型缺陷的显示剂。

对于CrO₃-HF-H₂O体系，传统的腐蚀液有如下三种：Sirtl液(Sirtl，E.，t ADLER，A.(1961).Z.Metallk，1961.52：p.529.)、Schimmel液(Schimmel，D.G.，Defect etch for<100>silicon evaluatton.Journal of the Electrochemical Society，1979.126(3)：p.479-483.)和yang液(Yang，K.H.，An Etch for Delineation of Defects in Silicon.Journal of The Electrochemical Society，1984.131(5)：p.1140-1145.)。

Sirtl液含有：5mol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49％)，其体积比为1∶1。它可以用来显示位错、层错以及氧沉淀，对(111)面效果最好。

Schimmel液：对于电阻率大于0.2Ω·cm的硅片，含有1.0mol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49％)，其体积比为1∶2；对于电阻率小于0.2Ω·cm的硅片，含有1.0mol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49％)，去离子水，其体积比为1∶2∶1.5。它适用于显示(111)、(100)面的位错、层错以及氧沉淀。

yang液含有：1.5mol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49％)，且其体积比为1∶1。它适用于显示(111)、(100)、(110)面的位错、层错以及氧沉淀。

上述三种基于CrO₃-HF-H₂O体系的择优腐蚀液是针对硅单晶中的位错、层错以及氧沉淀等缺陷而发明的，不适用于硅单晶中空洞型缺陷的显示。

发明内容