CN112986294A

CN112986294A - 一种晶圆缺陷检测方法及装置

Info

Publication number: CN112986294A
Application number: CN202110145161.XA
Authority: CN
Inventors: 李阳; 张海博
Original assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本发明提供一种晶圆缺陷检测方法及装置，所述方法包括：采用X射线衍射形貌术对晶圆样品进行第一次检测，得到第一检测结果；对晶圆样品进行亲水性处理，使晶圆样品的表面具备亲水性；对晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰；对晶圆样品进行热处理；采用X射线衍射形貌术对晶圆样品进行第二次检测，得到第二检测结果；将所述第一检测结果和所述第二检测结果进行比对，确定所述晶圆样品的缺陷类型和缺陷分布位置。根据本发明实施例的检测方法，可高效快速地检测出晶圆可能存在的所有缺陷类型及分布区域，在确保检测准确性的前提下，极大节省了检测成本；并且采用无损检测的方法，利于对晶圆进行重复检测，保证检测数据的可重复性。

Description

一种晶圆缺陷检测方法及装置

技术领域

本发明涉及晶圆缺陷检测技术领域，具体涉及一种晶圆缺陷检测方法及装置。

背景技术

目前，对晶体缺陷的种类与分布的检测评价对于开发高质量的无缺陷的单晶硅锭有着非常重要的指导意义，具体是通过在规定的晶体生长条件下生长的单晶晶圆，之后对上述生长的单晶晶圆加工处理，通过晶体缺陷的评价技术方法来评价晶圆中所含的晶体缺陷，然后将上述晶体缺陷的评价结果反馈给上述规定的生长条件，以便控制和避免产品的不良。

目前的晶体评价技术包括很多种技术，这些评价技术对检测某种特定缺陷非常有效，但这些方法只能检测出硅片当中是否存在某类特定缺陷，但却不能够检测出硅片当中可能存在的所有缺陷，例如，热处理+刻蚀的方法中，XRT设备只能区分较大尺寸的缺陷(P-band,位错环等)，对于检测点缺陷的能力非常有限；并且现有检测方法的成本较大，比如一般的热处理温度时间都在1000-1100℃，需要加热4-16小时，时间成本高；同时，这些检测技术都是对硅片有损害的，属于有损检测，不能对样品进行重复检测，无法保证数据的可重复性，比如热处理+铜刻蚀的检测方法对样品有损坏，只能进行一次处理，如果想要二次处理，需要更换样品硅片，从而造成浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种晶圆缺陷检测方法及装置，能够解决现有技术中晶圆缺陷检测方法对样品有损、无法高效快速地检测出所有缺陷以及成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种晶圆缺陷检测方法，包括：

采用X射线衍射形貌术对晶圆样品进行第一次检测，得到第一检测结果；

对所述晶圆样品进行亲水性处理，使所述晶圆样品的表面具备亲水性；

对亲水性处理后的晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰；

对金属沾污处理后的晶圆样品进行热处理；

采用X射线衍射形貌术对热处理后的晶圆样品进行第二次检测，得到第二检测结果；

将所述第一检测结果和所述第二检测结果进行比对，根据比对结果，确定所述晶圆样品的缺陷类型和缺陷分布位置。

可选的，所述对所述晶圆样品进行亲水性处理，使所述晶圆样品的表面具备亲水性，包括：

将所述晶圆样品置于过氧化氢溶液中浸泡0.1分钟～10分钟，使所述晶圆样品的表面具备亲水性。

可选的，所述对亲水性处理后的晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰，包括：

向所述晶圆样品的表面滴定金属离子溶液，或者，采用喷雾形式向所述晶圆样品的表面喷射金属离子溶液，以在所述晶圆样品表面形成缀饰。

可选的，所述金属离子溶液为氯化铜水溶液或者硫酸铜水溶液。

可选的，所述金属离子溶液的浓度为0.5～2mol/L。

可选的，所述对金属沾污处理后的晶圆样品进行热处理，包括：

将金属沾污处理后的晶圆样品置于热处理炉中加热，加热时间为80秒～5小时。

可选的，所述热处理炉的加热温度为20℃～1000℃。

可选的，所述热处理炉中采用惰性气体作为保护气体。

可选的，所述晶圆样品为经化学抛光处理后的抛光片或者经RCA清洗处理后的抛光片。

本发明另一方面实施例还提供了一种晶圆缺陷检测装置，包括：

第一检测模块，用于采用X射线衍射形貌术对晶圆样品进行第一次检测，得到第一检测结果；

第一处理模块，用于对所述晶圆样品进行亲水性处理，使所述晶圆样品的表面具备亲水性；

第二处理模块，用于对亲水性处理后的晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰；

第三处理模块，用于对晶圆样品进行热处理；

第二检测模块，用于采用X射线衍射形貌术对晶圆样品进行第二次检测，得到第二检测结果；

比对模块，用于将所述第一检测结果和所述第二检测结果进行比对，根据比对结果，确定所述晶圆样品的缺陷类型和缺陷分布位置。

本发明上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的检测方法，可高效快速地检测出晶圆中可能存在的所有缺陷类型及分布区域，在确保检测准确性的前提下，极大节省了检测成本；并且采用无损检测的方法，利于对晶圆进行重复检测，保证检测数据的可重复性。

附图说明

图1为晶体提速度V与晶体缺陷区域的关系示意图；

图2为本发明实施例提供的一种晶圆缺陷检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，采用CZ法制备单晶硅过程中，通过将籽晶浸渍在石英坩埚内的熔融硅中，一边旋转籽晶和坩埚，一边提拉籽晶，从而在籽晶的下方生长单晶硅。生长得到的单晶硅锭中会产生各种原生缺陷，这些原生缺陷会影响后续的加工工序。一般来说，单晶硅锭的晶体缺陷分布主要取决于晶体的生长速率或晶体的提拉速率V和固液界面处轴向温度梯度G。

请参考图1，为晶体提速度V与晶体缺陷区域的关系图。如图1所示，在高速的提拉条件下生长时是由空位占主导形成的空位簇或空隙区，也即空位型缺陷区域(v-rich区)；减小拉速V则形成晶体原生氧化颗粒区域(P band)，该区域可通过施行特定的氧化热处理时以环状的氧化诱生层错(OiSF)的形式显现化；若是进一步减小提拉速度V，则存在氧析出物且检测不到原生缺陷的晶体区域即是氧析出促进区域(Pv)，其次，形成不易引起氧析出且检测不到原生缺陷的晶体区域，即是氧析出抑制区域(Pi)；进一步降低拉速时，少量的间隙硅原子聚集形成小的自间隙硅团簇(B band)；在更低拉速下进而形成可检测到大位错团的晶体区域的位错团区域，也即间隙型缺陷区域(I rich区)。

一般的，对晶体缺陷的种类与分布的检测评价对于开发高质量的无缺陷的单晶硅锭有着非常重要的指导意义，其具体是通过在规定的晶体生长条件下生长的单晶晶圆，之后对上述生长的单晶晶圆加工处理，通过晶体缺陷的评价技术方法来评价晶圆中所含的晶体缺陷，将上述晶体缺陷的评价结果反馈给上述规定的生长条件，以便控制和避免产品的不良。

目前的晶体评价技术包括很多种技术，比如热处理+刻蚀的方法中，XRT设备只能区分较大尺寸的缺陷(P-band,位错环等)，对于检测点缺陷的能力非常有限；并且现有检测方法的成本较大，比如一般的热处理温度时间都在1000-1100℃，需要加热4-16小时，时间成本高；同时，这些检测技术都是对硅片有损害的，属于有损检测，不能对样品进行重复检测，无法保证数据的可重复性，比如热处理+铜刻蚀的检测方法对样品有损坏，只能进行一次处理，如果想要二次处理，需要更换样品硅片，从而造成浪费。

由此，请参考图2，为本发明实施例提供的一种晶圆缺陷检测方法的流程示意图。如图2所示，本发明实施例提供一种晶圆缺陷检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤201：采用X射线衍射形貌术对晶圆样品进行第一次检测，得到第一检测结果。

本发明实施例中，可以利用X射线扫描晶圆样品的表面，获取晶圆样品表面的形貌图，得到第一检测结果。其中，X射线衍射形貌术(X-ray Diffraction Topography，简称XRT)属于无损检测技术，不会对晶圆样品造成实际损坏，因此晶圆样品可以重复检测。

下面介绍采用X射线衍射形貌术检测的原理。

X射线衍射形貌术的检测原理基于布拉格方程(如式1所示)，利用晶体中缺陷周围的晶格畸变区与完整晶格区的X射线衍射强度差引起的强度衬度所形成的缺陷图像来分析晶圆样品可能在拉晶、热处理及外延过程中引入的杂质和缺陷；其检测原理利用缺陷在晶圆内部产生内应力，使得晶体中的晶格间距d发生变化。

式1：2d sinθ＝nλ (n＝1，2，3，4……)；

其中，d为晶面间距，θ为入射角，λ为X射线波长。

下面以采用铜离子进行金属沾污为例进行阐述。

铜(Cu)具有扩散速率快，原子半径小等特点，在1000℃高温下，铜在硅中的扩散系数达1×l0^-4[cm²*s]，即可以在100s内穿透1mm厚的硅片，而且随着温度的下降，铜的扩散系数降低得并不是很快，即使在室温下其扩散系数也达2.4×l0^-7[cm²*s]，即经过5h就可扩穿1mm厚的硅片。在一定条件下，铜在硅中形成硅铜化合物Cu₃Si沉淀物(基本反应如式2所示)，(stress)代表生成沉淀所释放的压力，由于Cu₃Si沉淀物的摩尔体积为

而硅的摩尔体积为

也就是说每生成一个铜沉淀，就会有1.3个自间隙硅产生，同时对硅基体产生很大的压应力，所以铜沉淀与硅基体之间存在晶格失配，导致铜沉淀周围存在较大的应力，而在某些条件下，沉淀周围就会诱生出位错、层错等二次缺陷。而这些缺陷则会使晶体的晶格间距发生较大的改变，以至于和单晶硅原来的晶格间距d有明显的差异。

式2：nSi+3Cu→Cu₃Si+(y-1)Si_i+(stress)；

其中，Si_i为自间隙硅原子，(stress)代表生成沉淀所释放的压力。

由上可知，对于晶圆的本征缺陷，在经过铜处理后，使得原生缺陷处产生新应力从而诱生出新的位错甚至层错，也即使得原生缺陷附近的晶面间距与单晶硅原来的晶格间距d产生比较大的差异，使得缺陷周围的晶格参数不满足布拉格方程，使该处的衍射强度发生变化，从而与完美晶区区分开。

步骤202：对所述晶圆样品进行亲水性处理，使所述晶圆样品的表面具备亲水性。

本步骤中，在采用X射线衍射形貌术检测晶圆样品后，对晶圆样品进行亲水性处理，以使所述晶圆样品的表面具备亲水性；也就是说，通过对晶圆样品的表面进行亲水性处理，从而使晶圆样品的表层变为亲水性表层，晶圆样品的表面变成亲水性有利于后续金属沾污处理中金属离子在晶圆样品表面均匀的铺展开来，使晶圆样品的表面所有部位均被金属离子均匀沾污，以确保可以将晶圆样品的包括点缺陷在内的所有缺陷都检测出来。

本发明的一些实施例中，所述对所述晶圆样品进行亲水性处理，使所述晶圆样品的表面具备亲水性，包括：

也就是说，通过将晶圆样品置于一定浓度的过氧化氢溶液中浸泡0.1分钟～10分钟，可以使所述晶圆样品的表面具备亲水性，其中，浸泡的时间与过氧化氢溶液的浓度有关，一般过氧化氢溶液的浓度越大，浸泡所需的时间也将越短。在浸泡后，可以采用去离子水漂洗去晶圆样品表面残留的过氧化氢溶液。当然，也可以采用其他方法将所述晶圆样品的表面变成亲水性，只要不对晶圆样品造成污染且能够使所述晶圆样品的表面变成亲水性即可，本发明实施例不做具体限定。

步骤203：对亲水性处理后的晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰。

在使所述晶圆样品的表面变成亲水性表面之后，紧接着在晶圆样品表面进行金属沾污处理，即采用金属离子溶液对晶圆样品表面进行沾污，以在晶圆样品的各类缺陷所在位置形成缀饰。金属沾污处理可以在晶圆样品表面产生金属沾污，由于晶圆样品的表面被处理为亲水性表面，金属离子可以在晶圆样品表面均匀的铺展，以全面沾污晶圆样品的表面。所述金属离子溶液中的金属离子可以是铜离子、锂离子、金离子等，其扩散速度较快。

本发明实施例中，可选地，所述对亲水性处理后的晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰，包括：

具体的，在进行金属沾污处理时，具体可以采用向晶圆样品的表面滴定金属离子溶液的方法，也可以将亲水性处理后的晶圆样品置于容器内，通过喷雾的方式向晶圆样品的表面喷射金属离子溶液，其中，喷雾的金属沾污处理方式可以节省金属离子溶液的用量，在节约成本的同时可以降低环境污染。

本发明的一些实施例中，所述金属离子溶液为氯化铜水溶液或者硫酸铜水溶液，其扩散速度较快，可以节省金属沾污处理所需的时间，同时确保沾污均匀。可选地，所述金属离子溶液的浓度为0.5～2mol/L，也即氯化铜水溶液或者硫酸铜水溶液的浓度为0.5～2mol/L，以确保能够全面、均匀沾污晶圆样品。

步骤204：对金属沾污处理后的晶圆样品进行热处理。

本步骤中，在对晶圆样品进行金属沾污处理后，需要对晶圆样品进行热处理，以形成金属相关复合体或沉淀，对晶圆样品的缺陷进行放大。

本发明的一些实施例中，所述对金属沾污处理后的晶圆样品进行热处理，包括：

所述热处理炉的加热温度为20℃～1000℃。

也就是说，可以将金属沾污处理后的晶圆样品放置于热处理炉中进行加热，所采用的热处理炉可以是常规热处理炉或快速热处理炉，在所述热处理炉内的加热时间为80秒～5小时，加热温度为20℃～1000℃。加热过程中，使晶圆样品表面过饱和的金属离子在退火过程中进入到晶圆样品内部，并形成金属相关复合体或沉淀，例如铜相关复合体等。其中，加热时间与加热温度相关，通常来说，加热温度越高，金属离子扩散速度越快，加热所需时间可以相应缩短，因此本发明实施例可以根据实际需要调整加热温度，从而缩短加热时间，以节省检测流程所需的时间成本；所述热处理炉中采用惰性气体作为保护气体，以避免空气中的杂质在加热过程中与金属离子以及晶圆样品发生反应而影响检测结果；可选的，所述惰性气体具体可以为氩气。

步骤205：采用X射线衍射形貌术对热处理后的晶圆样品进行第二次检测，得到第二检测结果。

由于在热处理后，晶圆样品表面将生成金属相关复合体或沉淀，对晶圆样品的缺陷进行了放大，在缺陷周围产生较大的应力，使得缺陷周围晶格的间距发生较大的改变，可以通过X射线衍射形貌术测得晶圆样品的形貌图，得到第二次检测结果。

步骤206：将所述第一检测结果和所述第二检测结果进行比对，根据比对结果，确定所述晶圆样品的缺陷类型和缺陷分布位置。

最终，将未处理前的晶圆样品的第一次检测结果和经上述各步骤处理后的晶圆样品的第二次检测结果进行比对，即比对两者的形貌图，即可根据比对结果，确定出所述晶圆样品的缺陷类型和缺陷分布位置。

本发明的一些实施例中，所述晶圆样品为经化学抛光处理后的抛光片或者经RCA清洗处理后的抛光片。其中，RCA清洗包括两步：①采用标准清洗液1(SC1)清洗，SC1是氨水、双氧水和水的混合物，主要去除有机物膜污染、金属(如金、银、铜、镍、镉、汞、等)、颗粒。②采用标准清洗液2(SC2)清洗，SC2是盐酸、双氧水和水的混合物，主要是去除无机物、一些碱金属和重金属。

第三处理模块，用于对晶圆样品进行热处理；

可选地，所述第一处理模块包括：

第一处理单元，用于将所述晶圆样品置于过氧化氢溶液中浸泡0.1分钟～10分钟，使所述晶圆样品的表面具备亲水性。

可选地，第二处理模块包括：

第二处理单元，用于向所述晶圆样品的表面滴定金属离子溶液，或者，采用喷雾形式向所述晶圆样品的表面喷射金属离子溶液，以在所述晶圆样品表面形成缀饰。

可选地，所述金属离子溶液为氯化铜水溶液或者硫酸铜水溶液。

可选地，所述金属离子溶液的浓度为0.5～2mol/L。

可选地，所述第三处理模块包括：

第三处理单元，用于将金属沾污处理后的晶圆样品置于热处理炉中加热，加热时间为80秒～5小时。

可选地，所述热处理炉的加热温度为20℃～1000℃。

可选地，所述热处理炉中采用惰性气体作为保护气体。

可选地，所述晶圆样品为经化学抛光处理后的抛光片或者经RCA清洗处理后的抛光片。

本发明实施例中的晶圆缺陷检测装置能够实现如上述晶圆缺陷检测方法实施例中的各个步骤，且能达到相同的技术效果，为避免重复，在此不再赘述。

根据本发明实施例的检测装置，可高效快速地检测出晶圆中可能存在的所有缺陷类型及分布区域，在确保检测准确性的前提下，极大节省了检测成本；并且采用无损检测的方法，利于对晶圆进行重复检测，保证检测数据的可重复性。

以上所述是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种晶圆缺陷检测方法，其特征在于，包括：

对金属沾污处理后的晶圆样品进行热处理；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述晶圆样品进行亲水性处理，使所述晶圆样品的表面具备亲水性，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，所述对亲水性处理后的晶圆样品进行金属沾污处理，在晶圆样品表面形成缀饰，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属离子溶液为氯化铜水溶液或者硫酸铜水溶液。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属离子溶液的浓度为0.5～2mol/L。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对金属沾污处理后的晶圆样品进行热处理，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热处理炉的加热温度为20℃～1000℃。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热处理炉中采用惰性气体作为保护气体。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶圆样品为经化学抛光处理后的抛光片或者经RCA清洗处理后的抛光片。

10.一种晶圆缺陷检测装置，其特征在于，包括：

第三处理模块，用于对晶圆样品进行热处理；