專利名稱：測繪在硅晶片表面上金屬雜質(zhì)濃度的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明工藝方法一般來說是針對檢測半導(dǎo)體表面上金屬雜質(zhì)的。更詳細(xì)地說，本工藝方法是針對為了測定單晶硅晶片表面上金屬沾污的分布而測繪單晶硅晶片表面的。本工藝方法進(jìn)一步是針對制備在測繪工藝方法中所使用的參考樣片或標(biāo)準(zhǔn)樣片的。
通過從單晶硅錠切割晶片以生產(chǎn)適用于制造集成電路的半導(dǎo)體晶片。在切割以后，晶片經(jīng)歷研磨工藝過程而使晶片具有大體上均勻的厚度。然后蝕刻晶片以去除損傷并且產(chǎn)生光滑表面。在通用的晶片成形工藝過程中緊接的步驟是拋光步驟，在晶片的至少一個(gè)表面上產(chǎn)生高反射和無損傷的表面。電器件制作占用區(qū)域是在這樣的拋光面上。
在半導(dǎo)體晶片的表面上沾污特別是金屬沾污的存在會(huì)大大地降低從那里制作的集成電路的質(zhì)量和性能，這是眾所周知的。所以集成電路生產(chǎn)者根據(jù)金屬雜質(zhì)的表面濃度估計(jì)嚴(yán)格的界限，剔除超過這樣濃度的那些晶片。因此，在一些或全部制備步驟以后一般清洗硅晶片，有助于減少在最終晶片產(chǎn)品上存在的表面沾污量。
對分析表面以測定在其上的金屬雜質(zhì)濃度而言有許多方法。這些方法根據(jù)它們是提供關(guān)于表面沾污的局部濃度的數(shù)據(jù)還是提供關(guān)于表面沾污的總濃度的數(shù)據(jù)一般可以分成兩類。例如，提供關(guān)于表面沾污的總的或者全部的濃度的數(shù)據(jù)的方法一般包括用或是氫氟酸蒸汽或是氫氟酸溶液溶解存在在晶片表面上的氧化物層，然后分析濃縮的蒸汽或溶液以測定其內(nèi)金屬沾污的濃度。像這樣的一些方法因?yàn)樗鼈兡軝z測很低程度的金屬沾污所以是受到青睞的；也就是說，像這樣的一些方法由于它們一般較之那些測定局部的金屬沾污濃度的方法具有更低的檢測極限而所以受到青睞的。因此，像這樣的一些方法有效提供有關(guān)整個(gè)晶片的沾污濃度的數(shù)據(jù)。
提供關(guān)于局部金屬沾污濃度的數(shù)據(jù)的一些方法一般包括用二次離子質(zhì)譜儀、俄歇能譜分析法、中子活化分析法或者全X-射線反射熒光光譜(TXRF)分析法來分析晶片表面。像這樣的一些方法因?yàn)樗鼈兓旧蠈砻鏌o破壞，這意味著對晶片表面能夠進(jìn)行重復(fù)分析而因此受到青睞的。例如，在晶片制造工藝過程中的任一步驟之后，在轉(zhuǎn)到下一步驟之前可以分析晶片。因而上述的方法提供監(jiān)測制造工藝過程和識(shí)別潛在的金屬沾污源的手段。此外，因?yàn)檫@些方法對晶片表面提供局部結(jié)果，所以能夠有效地“測繪”表面。也就是說，這些方法可以用來確定在表面上金屬沾污的位置。因?yàn)樘厥獾恼次蹐D形可以暗示沾污源，所以像這樣的一些數(shù)據(jù)是有用的。例如，以晶片的中心成圓形的沾污圖形可能暗示晶片裝卸吸盤是沾污源，而沾污一般是均勻分布可能暗示蝕刻溶液或者拋光懸浮液是沾污源。
因此，這些表面分析的局部方法提供不僅是有關(guān)晶片的而且也是有關(guān)晶片制造工藝過程的非常有利的資料。然而，為了使這些方法提供可靠和可重復(fù)的結(jié)果，必須嚴(yán)格地標(biāo)定所采用的方法和檢測儀器。一般來說，由于會(huì)影響測量的許多像例如儀器本底噪聲、檢測器和收集效率中的偏差以及被測雜質(zhì)在靈敏度上的偏差之類因子中的任一因子而必須標(biāo)定在像這樣一些方法中使用的檢測儀器。在這樣的情況下精確標(biāo)定一般需要準(zhǔn)備必須符合非常嚴(yán)格的有關(guān)在其表面上金屬沾污濃度技術(shù)條件的參考標(biāo)準(zhǔn)或參考樣片。這樣，對照已知的參考樣片雜質(zhì)濃度能夠標(biāo)定設(shè)備的實(shí)際靈敏度。
對這些參考樣片設(shè)置的重要條件之一是它們在整個(gè)表面上被均勻沾污，目的在于獲得與在參考樣片表面上使用的位置無關(guān)的精確而可靠的定標(biāo)。并且最理想的是被均勻沾污的表面具有對給定的晶片制造設(shè)備來說特別關(guān)心的所有各種各樣的金屬沾污。因此，雖然參考樣片從市場上是能買到的，但是這樣的參考樣片未必?fù)碛袑μ囟ㄖ圃飕F(xiàn)場需要的將會(huì)出現(xiàn)測試的特性。另外，這樣的參考樣片未必能提供實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的標(biāo)定。
而且，吸雜常常是硅晶片所希望的特性，一種通過各種各樣性能測試研究的特性。然而，用于像這樣的測試的參考樣片是不容易買到的。所以，需要用例如ICP-MS或無焰原子吸收光譜測定法復(fù)核像這樣的測試結(jié)果而改進(jìn)上述的測試的準(zhǔn)確度。
此外，對參考樣片或者標(biāo)準(zhǔn)樣片繼續(xù)有能夠容易制備具有均勻沾污表面和能夠用作適當(dāng)使制造條件和最終測定的吸雜特性相協(xié)調(diào)的比較檢驗(yàn)的要求。
所以，在本發(fā)明的目的中間，會(huì)提到工藝方法的制備適用硅片的不破壞表面分析以測定在其上金屬沾污的濃度和分布的參考樣片的措施；上述工藝方法的實(shí)施經(jīng)濟(jì)的和時(shí)間高效率的措施；上述工藝方法的特別適合用于用全反射X射線熒光的硅晶片表面分析的措施；以及工藝方法的在其中使用參考樣片測繪硅晶片表面的表面沾污濃度的措施。
簡單地說，所以，本發(fā)明是針對制備適用于全反射X射線熒光分光計(jì)定標(biāo)的參考樣片的工藝方法。工藝過程包括制備有水和可溶解于水的鹽溶液的含水鹽溶液以及然后使一部分含水鹽溶液與有機(jī)溶劑混合而形成處理溶液。把大體上無金屬的硅晶片浸入處理溶液而后取出硅晶片。然后使被處理的晶片干燥。
本發(fā)明進(jìn)一步是針對用全反射X射線熒光分光計(jì)測定硅晶片表面上的金屬雜質(zhì)分布的工藝方法。工藝方法特征在于制備用來標(biāo)定分光計(jì)的參考樣片，是通過把無沾污晶片浸入由可溶于水的所需金屬鹽與從低級(jí)醇或酮中選出的有機(jī)溶劑混合而獲得的混合溶液中預(yù)定的時(shí)間段，然后在使用這樣處理的樣片以前使其干燥。
本發(fā)明的其他目的和特點(diǎn)有一些將是顯而易見的，而有一些將在下文中指出。
圖2是如全反射X射線熒光光譜測定法所測定的說明沉積在通過用通常技術(shù)進(jìn)行的離心涂敷制備的參考樣片表面上的鎳的分布的研究結(jié)果的成柱狀的圖。
根據(jù)本發(fā)明的工藝過程，用通?？梢再I到的將要分析樣品晶片的金屬的可溶于水的鹽(通常用于配制這種類型檢測儀器的校準(zhǔn)的用途的純度)制備含水溶液。通用的硅晶片制備條件或環(huán)一般引起晶片表面的其中包括像鋅、鎳、銅、鐵、鈣和鉻之類金屬的沾污。所以，通過把一種或更多種相應(yīng)的鹽加到一定量的純化水能夠制備這種含水溶液。然而，一般來說，配制具有約為10ppm(百萬分率)的各種金屬鹽的普通溶液或標(biāo)準(zhǔn)溶液。
在配制成以后，各種普通溶液與一定量的市場上可以買到的與水可以互溶像例如一般分子量較低的醇或酮之類的易揮發(fā)有機(jī)溶劑(能適用于制備這種類型檢測儀器的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的用途的純度)混合，以使各種普通溶液可以在室溫下容易除去水分。最好是，在丙酮是優(yōu)先選用的酮的時(shí)候，這些分子量較低的醇具有三個(gè)碳或更少的碳，包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇。在具體最佳實(shí)施例中，使用異丙醇。
一般來說，為了配制處理溶液可以把普通溶液和溶劑以使鹽保持溶液狀態(tài)和足以使在參考樣片表面上大體均勻沉積適當(dāng)?shù)慕饘僬次蹪舛鹊娜魏伪壤旌?。然而，一般是，在處理溶液中普通溶液對溶劑的比例，按照體積比是在大約1∶1到大約1∶100范圍內(nèi)變化。
在普通溶液和溶劑通過混合，而因此配制成處理溶液以后，為了制備參考樣片，使得被大體上均勻沾污的晶片與處理溶液接觸。一般是，通過在采用晶片轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下或全部地或是部分地浸沒晶片來處理晶片，保證整個(gè)表面充分處理，就時(shí)間來說，足以保證完成表面處理并且也足以保證在整個(gè)晶片表面上大體均勻地加上適度的沾污層。所以，以上所述一般預(yù)定晶片表面與處理溶液接觸大約1分鐘到大約10分鐘。
通常，將與處理溶液接觸的晶片可以是任何在嚴(yán)格的制造條件下制備的適合于制備這種類型檢測儀器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的用途的晶片。說明另一種方法，只要硅晶片最初經(jīng)歷在技術(shù)上合符足以使關(guān)心的金屬雜質(zhì)濃度有效地降低到這些雜質(zhì)將不妨礙標(biāo)定過程的非常低的程度的清洗工藝過程就基本上可以凈化任何硅晶片。因此，將使用“純潔”晶片或具有基本上無金屬的表面的晶片。
在處理所需時(shí)間期滿以后，從溶液取出晶片(即去除保留在晶片表面上的殘余處理溶液)而然后使晶片在調(diào)節(jié)到一般在從大約20到大約25℃的范圍內(nèi)變化的室溫下的普通的干凈房間(即基本上無任何會(huì)妨礙標(biāo)定過程的金屬沾污的房間)內(nèi)干燥。由于有機(jī)溶劑賦予處理溶液的易揮發(fā)性，所以凈化的晶片將很快干燥而不需要采取加快干燥過程的手段。
干燥的晶片現(xiàn)在可以用作參考樣片以便按照給定的檢測儀器的通用特定的定標(biāo)方法標(biāo)定將要分析從制造工藝過程獲得的樣品晶片的表面的這種給定的檢測儀器。在最佳實(shí)施例中，本工藝方法的參考樣片可以用來用通常的技術(shù)標(biāo)定全反射X射線熒光檢測儀(像例如從Technos Corp.，Inc.of Osaka，Japan能夠大批供應(yīng)的modelTREX610T之類)。
鑒于上面內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的工藝方法能夠做到制備具有一種或更多種關(guān)心的金屬沾污的濃度的、在整個(gè)晶片表面上濃度是大體上均勻分布的參考樣片。因?yàn)橛芯圃斓默F(xiàn)場可以實(shí)現(xiàn)本工藝方法，因而本工藝方法提供一種效率更高而成本低收效大的手段。而且，通過在晶片制造設(shè)備上進(jìn)行本工藝過程和使用來自生產(chǎn)線的晶片以便制備參考樣片，能夠收集更準(zhǔn)確和更可靠的數(shù)據(jù)。
如下面例子所說明的那樣，能夠容易地和高效率地制備在整個(gè)晶片表面具有大體上均勻的沾污濃度的、適用于全反射X射線熒光檢測儀定標(biāo)的參考樣片。然而，將注意到，除以上提供的工藝條件外，在本文中提供的工藝條件可以有不同的描述而沒有脫離本發(fā)明的范圍。例子配制在溶液中各種金屬的濃度約為10ppm的鐵、銅、鎳、鋅、鉻和鈣的一些含水的普通溶液。從每種普通溶液取出各在從大約1到大約200毫升范圍內(nèi)的試樣，把試樣加到異丙醇以使每種溶液的總體積大約為1000毫升。搖動(dòng)配制的每種處理溶液，到確保充分混合為止，然后倒入浸泡容器。然后把清洗得很干凈的六英寸硅晶片(用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法清洗的)浸入容器中的含鎳處理溶液大約3到4分鐘。然后從容器取出晶片，并且在使殘余溶液滴離以后，使晶片在干凈的房間內(nèi)在室溫下干燥。
在被干燥以后，用全反射X射線熒光檢測儀(產(chǎn)自Technos Corp的TREX610YT model)在晶片表面上的九個(gè)不同位置上分析參考樣片?，F(xiàn)在參閱

圖1，表示用圖解說明從所有九個(gè)位置得出鎳沉積的綜合結(jié)果的成柱形的插圖。另外，參閱圖2，在從市場上買到的用離心涂敷制備的參考樣片上也通過重復(fù)以上提到的步驟測定鎳沉積。在用以上所述的方法制備的參考樣片上和在從市場上買到的用離心涂敷制備的參考樣片上用Technos Corporation，Inc.制造的全反射熒光X射線設(shè)備測定金屬沉積。在下面的表1中表明測試結(jié)果。
表1
如這些測試結(jié)果所示，能觀察到本發(fā)明制備的參考樣片的鎳沉積大體上是均勻的，與從市場上可以買到的參考樣片比較大大改進(jìn)鎳沾污的均勻性。因而，表明本發(fā)明的參考樣片對工業(yè)應(yīng)用來說是合格的，所以本工藝方法適用于制備用于定量分析的標(biāo)準(zhǔn)樣片。
將要提到用本發(fā)明的參考樣片實(shí)際測定金屬沉積，而且發(fā)現(xiàn)獲得的測定結(jié)果有高的復(fù)驗(yàn)性。
如上所述，為了制備參考樣片，通過配制含水鹽溶液并且使含水鹽溶液與特定的有機(jī)溶劑混合把預(yù)定量的鋅、鎳、銅、鐵、鈣和鉻沉積到純潔的晶片表面。這樣制備的參考樣片因而被用于用全反射X射線熒光設(shè)備測定在樣品晶片表面上的金屬沉積。由此可見，本發(fā)明能夠顯示出能更精確地測定晶片表面上的金屬沉積和在生產(chǎn)現(xiàn)場能容易地進(jìn)行成品晶片的產(chǎn)品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制等等的效果。
鑒于以上內(nèi)容，會(huì)看出發(fā)明的各個(gè)目的已達(dá)到。
由于在以上的工藝方法中能夠作各種各樣的變化而沒有脫離發(fā)明范圍，所以意在把在以上的描述中包含的所有實(shí)全理解為舉例說明而不在限制意義上。
權(quán)利要求
1.一種制備適用于全反射X射線熒光分光計(jì)標(biāo)定的參考晶片的工藝方法，參考樣片表面具有在其上沉積金屬雜質(zhì)大體上均勻的分布，該工藝方法包括配制包括水和金屬雜質(zhì)的可溶于水的鹽的含水鹽溶液；把一部分含水鹽溶液與有機(jī)溶劑混合而形成處理溶液；把大體上無金屬的硅晶片浸入處理溶液；從處理溶液取出被處理的晶片；和干燥處理過的晶片。
2.一種用全X射線反射熒光檢測儀測繪在樣品晶片上的金屬沉積分布的方法，其特征在于在上述的檢測儀的定標(biāo)中使用通過把純潔晶片在由所需的金屬雜質(zhì)的可溶于水的鹽與從低級(jí)醇或酮中選出的有機(jī)溶劑混合獲得的混合溶液中浸泡預(yù)定的時(shí)間期間制備成的參考樣片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中用異丙醇作有機(jī)溶劑。
全文摘要
提供用于制備具有一種或多種關(guān)注的金屬基本上均勻沾污的表面并適合用于全反射熒光X射線設(shè)備的定標(biāo)的參考樣片的工藝方法。該工藝方法包括把純潔晶片浸入處理溶液中,該處理溶液是通過把含有關(guān)注的金屬雜質(zhì)的可溶于水的鹽的含水儲(chǔ)備溶液與有機(jī)溶劑混合獲得的,然后干燥這樣浸泡過的晶片。
文檔編號(hào)G01N1/00GK1350700SQ99808750
公開日2002年5月22日 申請日期1999年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月17日
發(fā)明者富澤三和(音譯), 黑田清(音譯), 中村則夫(音譯) 申請人:Memc電子材料有限公司