[发明专利]一种单晶硅片无缺陷区深度的测量方法

说明书

本发明提供一种单晶硅片无缺陷区深度的测量方法。所述测量方法包括如下步骤：(1)使用光致发光成像光谱仪对单晶硅片进行分层缺陷密度测试，得到每层的缺陷分布图像，得到含有缺陷的缺陷区间；(2)对步骤(1)得到的缺陷区间进行进一步分层缺陷测试，确定累计缺陷个数为M颗时，距离单晶硅片表面的深度，即完成单晶硅片无缺陷区深度的测量；所述M≥1，且M为整数。本发明提供的测量方法简便精准，无需破坏单晶硅片试样，且容易保存试样进行重复测量。

技术领域

本发明属于单晶硅半导体晶片技术领域，具体涉及一种单晶硅片无缺陷区深度的测量方法。

背景技术

单晶硅，为大多数制造半导体电子组件的方法的起始物质，其通常使用柴可拉斯基(Czochralski，Cz)法制备。柴可拉斯基是指将晶种(或称“籽晶”)置于一根精确定向的棒的末端，并使末端浸入熔融状态的硅，然后，将棒缓慢地向上提拉，同时进行旋转，如果对棒的温度梯度、提拉速率、旋转速率进行精确控制，那么就可以在棒的末端得到一根较大的、圆柱体状的单晶晶锭。上述过程通常在惰性气体(例如氩气)氛围中进行，并采用坩埚这种由较稳定的化学材料制成的反应室。但是，熔融硅盛放在石英坩埚内，受到各种杂质的污染，其中一种是氧，在硅的熔融温度下，氧渗入晶格直到达到预定浓度，该浓度通常由硅熔融温度下氧在硅中的溶解度以及氧在固化硅中的实际偏析系数所确定的。

在Czochralski(Cz)生长的硅片的近表面区域的缺陷和氧气沉淀物会降低GOI(栅极氧化物完整性)和漏电流的性能，因此降低硅片近表面区域缺陷对于硅片性能极其重要。为了在硅片的近表面区域获得无缺陷层，可以在特定气体氛围内，经过高温退火产生无缺陷区域，以消灭包括生长缺陷在内的近表面缺陷，如晶体起源颗粒和氧析出物。用这种方法生产出来的硅片，又称为硅退火晶圆。例如，CN103578976A公开了一种单晶硅半导体晶片及其制造方法。所述包括根据Czochralski法提拉硅单晶，将单晶加工成为经抛光的单晶硅基底晶片，对基底晶片快速的加热和冷却，对经过快速的加热和冷却的基底晶片缓慢的加热，及将该基底晶片在特定的温度下保持特定的时间。CN110799678A公开了一种处理硅晶片以具有内部去疵与栅极氧化物完整性良率的方法。所述方法包括在包含含氮气体，如NH₃或N₂的环境气氛中进行快速热退火之后恢复硅晶片的栅极氧化物完整性良率的方法。通过这些在特定气体氛围内进行的高温退火处理，可以消灭包括生长缺陷在内的近表面缺陷，从而在晶片近表面形成一层无缺陷区域，同时保留在晶体内部的缺陷，如晶体起源颗粒和氧析出物等。这些缺陷在进一步氧化热处理后，可以形成作为吸杂位点与金属杂质结合的BMD缺陷。BMD缺陷指晶体内部的微缺陷，如位错，层错和氧化析出物等。BMD缺陷可以作为吸杂位点与金属杂质结合，使这些金属杂质远离无缺陷区域，进一步保障单晶硅片的近表面区域的GOI(栅极氧化物完整性)和漏电流的性能。

因此值得期待的是，半导体硅片具备在近表面存在无缺陷且可以保障栅极氧化物完整性的无缺陷区域，同时在半导体硅片块体内存在高密度的持久地使杂质远离无缺陷区域的BMD缺陷区域。所以如何准确的测量半导体硅片高温退火后以及氧化热处理后的无缺陷深度是至关重要的。现有技术中对于无缺陷区深度的测量大多是通过显微镜进行测量的。JEITA EM-3508标准中定义无缺陷区深度测量的方法为：对试样进行一定的氧化热处理，随后将其分成两部分，然后对断口表面进行蚀刻，借助光学显微镜测量，在100倍到500倍下沿着断口边缘观察到累计BMD缺陷达到3颗时的深度即为无缺陷区深度。

上述对无缺陷区深度的测量方法中，需要将硅晶片进行裂片操作，并需要对剖面进行腐蚀后，才能观测BMD缺陷的深度，制样过程复杂，且对于BMD缺陷的深度需要人工计数测量，测量得到的结果误差较大。

因此，如何提供一种便捷简单且不破坏试样的方法，用以精准测量单晶硅片无缺陷区的深度，已成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容