[发明专利]一种显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法。

背景技术

空洞(Void)型缺陷是直拉硅单晶中的一类重要原生缺陷，它们是在直拉硅单晶的生长过程中由空位的聚集而形成的。用于制造集成电路的直拉硅单晶片（以下简称：直拉硅片）中若存在空洞型缺陷，将会导致栅氧化物的完整性(GOI)变差、PN结漏电显著、槽型电容短路和绝缘失效等问题。这些问题的存在将严重降低集成电路的成品率。因此，在生产直拉硅片时，需要一种简单快捷的方法来显示硅片中的空洞型缺陷，从而为控制乃至消除这类有害缺陷提供依据。

直拉硅单晶中的原生缺陷是由其晶体生长条件决定的。业已表明：晶体生长工艺的特征参数——拉晶速率（v）/固液界面的轴向温度梯度（G)的比值（V/G）决定了直拉硅单晶中原生缺陷的类型。即：当V/G大于临界值（一般认为是0.2mm²min^-1K^-1）时，直拉硅单晶中的原生缺陷为空洞型缺陷；当V/G小于上述临界值时，直拉硅单晶中的原生是间隙型缺陷（一般表现为位错环）。在直拉硅单晶的工业生产中，通常当单晶的直径达到150mm及以上时，晶体中才会出现空洞型缺陷；而对于直径小于150mm的直拉硅单晶而言，由于晶体生长时固液界面的轴向温度梯度G较大，使得V/G小于临界值，因而不存在空洞型缺陷。目前，直径在150mm及以上的直拉硅单晶通常是在V/G大于临界值的条件下生长的。

直拉硅片的空洞型缺陷依据检测方法的不同而表现出不同的形式。目前，人们普遍认为空洞型缺陷存在如下三种表现形式：1)晶体原生颗粒(Crystal originated particle,COP)，2)流动图形缺陷(Flow pattern defect,FPD)，3)激光散射层析缺陷(Laser scattering topography defect,LSTD)。它们对应的检测方法如下：

(1)COP：在洁净室环境下，将抛光后的直拉硅片经过RCA一号液(氨水，双氧水和去离子水的混合溶液，三者的体积比为1:1:5)清洗足够长的时间（一般为1小时以上），在此清洗过程中，直拉硅片中可能存在的空洞型缺陷将在一定程度上被腐蚀。将清洗后的直拉硅片用激光扫描颗粒度仪检测，此时直拉硅片中的空洞型缺陷将以颗粒的形式被检测到。

从上述过程可知：检测COP的条件苛刻，不仅需要复杂精密的仪器，而且必须在洁净室环境下进行。

(2)FPD：将抛光后的直拉硅片垂直浸入Secco腐蚀液(由0.15mol/LK₂Cr₂O₇和49％的HF按体积比1:2混合制成)中腐蚀10~30分钟。在空洞型缺陷处，腐蚀液与硅反应产生的氢气泡，影响了Secco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。

这种显示方法虽然简便易行，但只能间接反映空洞型缺陷的分布情况，即FPD与空洞型缺陷没有明确的对应关系。此外，在Secco腐蚀液的腐蚀过程中，在尺寸较小的空洞型缺陷处产生的氢气量有限，因而不能形成流动图形。也就是说，只有尺寸足够大的空洞型缺陷才能形成FPD。

(3)LSTD：通常是由红外激光散射断层术(IR-LST)检测到的以光点形式呈现的缺陷。不过，该方法很难将直拉硅片中的空洞型缺陷和氧沉淀物区分出来。为了识别空洞型缺陷，需加上荧光光谱(PL)等相关辅助手段，因而检测过程相当繁琐。目前，该方法较少被采用，几乎没有应用于生产实际。

需要进一步指出的是，上述三种检测方法虽然可以将直拉硅片中的空洞型缺陷以不同的形式表现出来，但是它们不能直观地将空洞型缺陷的几何形状显示出来。此外，只有COP与空洞型缺陷有良好的对应关系。不过，正如以上所述，COP的检测依赖昂贵的设施和设备。