專利名稱：：檢測n型重?fù)焦鑶尉蝈V晶格缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及檢測制造半導(dǎo)體器件用的N型重?fù)焦鑶尉蝈V晶格缺陷的方法。
背景技術(shù)：
：對(duì)于普通硅單晶片或錠，用傳統(tǒng)的擇優(yōu)腐蝕方法顯示它們的晶格缺陷非常簡便有效，但是對(duì)N型重?fù)焦杵瑏碚f，用傳統(tǒng)的擇優(yōu)腐蝕方法就顯示不出晶格缺陷或不能充分顯示晶格缺陷，只能用X光貌相、透射電鏡或者在生長完外延以后通過外延層的晶格缺陷來判斷襯底的優(yōu)劣。上述這些方法價(jià)格昂貴且費(fèi)時(shí)。已有技術(shù)也有多種擇優(yōu)腐蝕方法的報(bào)道，采用的腐蝕液是由氫氟酸，硝酸，醋酸和水組成或者由氫氟酸，鉻酸和水組成。例如ASTMF1809-1997(2001版)中推薦的不含鉻的二種擇優(yōu)腐蝕液對(duì)N型重?fù)诫s硅片的晶格缺陷的擇優(yōu)腐蝕效果為不可接受(Unacceptable)。另外含鉻的二種擇優(yōu)腐蝕液對(duì)N型重?fù)诫s硅片的晶格缺陷的擇優(yōu)腐蝕效果為可接受(Acceptable)，但效果不佳，且Cr對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染(美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的擇優(yōu)腐蝕液的腐蝕效果分為四檔優(yōu)秀(Excellent)，良好(Good)，可接受(Acceptable)，不可接受(Unacceptable))。又如美國專利US5766976(1997年)及日本文獻(xiàn)(MasakiMajima等，J，Appl.Phys.Part1，1997，36(10)，PP6195-6199)報(bào)道的“檢測在硅單晶襯底上的晶格缺陷的方法”，該方法采用硝酸銅和氫氟酸混合溶液，使銅沉積在硅單晶襯底片上，再用堿腐蝕液腐蝕硅單晶襯底片。該法雖可以用來檢測摻雜濃度≥7.0×1016cm-3的硅單晶襯底片晶格缺陷，但是由于硝酸銅和氫氟酸混合溶液中的氫氟酸配比量不明確，而本發(fā)明人實(shí)驗(yàn)顯示氫氟酸配比量對(duì)擇優(yōu)腐蝕起很重要作用，因此該法整個(gè)腐蝕過程所需時(shí)間長，而且也只能用于檢測重?fù)缴楹椭負(fù)戒R的硅單晶襯底片。因而有必要研究新的擇優(yōu)腐蝕液和擇優(yōu)腐蝕方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種檢測N型重?fù)焦鑶尉蝈V晶格缺陷的方法，它能清晰的，靈敏的，可重復(fù)的顯示N型重?fù)焦鑶尉蝈V中的晶格缺陷。本發(fā)明方法包括下列步驟1、去除硅單晶片或錠表面的自然氧化層將硅單晶片或錠浸入含有氫氟酸的水溶液中(濃度為25-49wt％HF)，浸泡時(shí)間隨氫氟酸濃度而改變，約為2-5分鐘，當(dāng)觀察到浸泡后的硅單晶片或錠表面不沾水時(shí)，表明表面的氧化層已去除。2、配制硝酸銅和氫氟酸腐蝕混合液及進(jìn)行擇優(yōu)腐蝕將0.001-0.05摩爾/升的硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液10-50％體積比的氫氟酸(優(yōu)先是0.003-0.02摩爾/升的硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液20-30％體積比的氫氟酸)混合配制成腐蝕混合液，氫氟酸濃度是市售商品49wt％。在腐蝕混合液中銅離子濃度為64-3200毫克/升，優(yōu)選為192-1280毫克/升。將去除表面自然氧化層后的硅單晶片或錠浸入腐蝕混合液中，溫度為25-35℃，時(shí)間為20-25分鐘，銅沉積于硅片表面，尤其是擇優(yōu)沉積于晶格缺陷處，在硝酸根離子與氫氟酸作用下對(duì)晶格缺陷處起到擇優(yōu)腐蝕作用。該硅單晶片或錠是重?fù)缴?，重?fù)戒R，重?fù)搅谆蜉p摻，摻雜劑濃度為≥1×1015cm-3。因此本發(fā)明方法由于對(duì)腐蝕混合液的硝酸銅和氫氟酸選擇了合適的配比與工藝條件，該腐蝕混合液能直接快速起擇優(yōu)腐蝕作用。如圖6所示，是一硅單晶片(N型重?fù)缴椋瑩诫s濃度1.5×1019cm-3)，在采用硝酸銅和氫氟酸腐蝕混合液進(jìn)行腐蝕后，未經(jīng)堿處理，使用棉花球擦去銅膜，就顯示出位錯(cuò)蝕坑，說明腐蝕混合液具有擇優(yōu)腐蝕作用。但是因?yàn)橹負(fù)焦杵浅Ｈ菀籽趸瑢⒏蓴_晶格缺陷的顯示和觀察，因此還須進(jìn)一步用堿液處理，以形成清晰的硅表面。3、用堿溶液除去沉積在硅單晶片或錠表面的銅膜將用腐蝕混合液擇優(yōu)腐蝕后的硅單晶片或錠浸入堿溶液(氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液)中，堿溶液濃度為1-2wt％，相當(dāng)于10-20g/l，溫度25-35℃，時(shí)間1-5分鐘，堿液腐蝕除去沉積在硅單晶片或錠表面的銅膜，形成清晰的硅表面，顯示出晶格缺陷。4、用肉眼或光學(xué)顯微鏡觀察經(jīng)腐蝕的硅單晶片或錠的表面參見下面實(shí)施例，表明本發(fā)明方法可以用于硅單晶錠、硅單晶片和工藝硅片的缺陷顯示。硅單晶錠、硅單晶片中的主要原生缺陷如位錯(cuò)、位錯(cuò)滑移線、氧沉淀等。工藝硅片中由器件工藝誘生的二次缺陷如外延層錯(cuò)、位錯(cuò)和氧化層錯(cuò)等。本發(fā)明方法能清晰的、靈敏的、可重復(fù)的顯示N型重?fù)焦杵?重?fù)缴椤⒅負(fù)戒R和重?fù)搅?中的晶格缺陷，并能應(yīng)用于輕摻硅片的缺陷顯示，摻雜劑濃度為≥1×1015cm-3。從環(huán)保角度說，解決了傳統(tǒng)腐蝕液中Cr對(duì)環(huán)境的污染。又因本發(fā)明方法中由于對(duì)腐蝕混合液硝酸銅和氫氟酸選擇了合適的配比與工藝條件，該腐蝕混合液直接快速進(jìn)行擇優(yōu)腐蝕，然后再通過堿溶液快速除去沉積在硅單晶片或錠上的銅膜，使總的檢測時(shí)間縮短，因此本方法省時(shí)，檢測一個(gè)樣品約需要30分鐘，與已有技術(shù)相比，工作效率可提高一倍多，且試劑用量少，應(yīng)用極為經(jīng)濟(jì)與簡便。圖1是檢測結(jié)果顯示<111>晶向刃位錯(cuò)，硅單晶片為N型重?fù)缴?，摻雜濃度2.0×1019cm-3。圖2是檢測結(jié)果顯示<100>晶向刃位錯(cuò)，硅單晶片為N型重?fù)缴?，摻雜濃度2.5×1019cm-3。圖3是檢測結(jié)果顯示<111>晶向滑移位錯(cuò)線，硅單晶錠為N型重?fù)缴椋瑩诫s濃度1.5×1019cm-3。圖4是檢測結(jié)果顯示<111>晶向刃位錯(cuò)，硅單晶片為N型重?fù)搅?，摻雜濃度3.0×1019cm-3。圖5是檢測結(jié)果顯示<111>晶向刃位錯(cuò)，N型工藝硅片為輕摻磷，摻雜濃度1.1×1015cm-3。圖6是檢測結(jié)果顯示<111>晶向刃位錯(cuò)，硅單晶片為N型重?fù)缴椋瑩诫s濃度1.5×1019cm-3。圖7是檢測結(jié)果顯示<111>晶向刃位錯(cuò)，硅單晶片為N型重?fù)戒R，摻雜濃度9.0×1018cm-3。圖8是檢測結(jié)果顯示N/N+<111>晶向外延層錯(cuò)和位錯(cuò)，襯底硅片為重?fù)缴?，摻雜濃度1.9×1019cm-3。經(jīng)外延工藝，外延層摻磷，摻雜濃度6.0×1017cm-3。圖9是檢測結(jié)果顯示<111>晶向氧化層錯(cuò)，N型一次氧化工藝硅片為重?fù)缴?，摻雜濃度2.1×1019cm-3。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將0.05摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液10％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液。取一直徑為150mm厚度為650μm的硅單晶片，晶向<111>，N型重?fù)缴椋瑩诫s濃度2.0×1019cm-3；另一硅單晶片，晶向<100>，N型重?fù)缴?，摻雜濃度2.5×1019cm-3；及一硅單晶錠，它用內(nèi)圓切割機(jī)切割成3-5cm，取其中一段，2個(gè)端面進(jìn)行化學(xué)拋光，晶向<111>，N型重?fù)缴?，摻雜濃度1.5×1019cm-3。將這三個(gè)樣品分別浸入25％氫氟酸溶液中5分鐘，以去除表面的自然氧化層，然后分別再浸入配制的腐蝕混合液中，該混合液中銅離子濃度為3200毫克/升，溶液溫度為25℃，浸入25分鐘，進(jìn)行擇優(yōu)腐蝕。然后再浸入1wt％的氫氧化鈉溶液中3分鐘，堿溶液溫度25℃，以除去沉積在硅片表面的銅膜，形成清晰的硅表面。用光學(xué)顯微鏡或肉眼(觀察滑移位錯(cuò)線)可觀察到腐蝕坑和位錯(cuò)區(qū)域。圖1-3各顯示上述依次三個(gè)樣品的檢測結(jié)果圖1顯示<111>晶向刃位錯(cuò)，圖2顯示<100>晶向刃位錯(cuò)，圖3顯示<111>晶向滑移位錯(cuò)線。實(shí)施例2將0.018摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液35％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液，混合液銅離子濃度為1152毫克/升，腐蝕溫度為35℃，時(shí)間20分鐘。取一硅單晶片，晶向<111>，N型重?fù)搅祝瑩诫s濃度3.0×1019cm-3。2wt％氫氧化鈉溶液中處理5分鐘，溫度為25℃。其余操作方法同實(shí)施例1。圖4顯示檢測結(jié)果<111>晶向刃位錯(cuò)。實(shí)施例3將0.015摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液50％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液?；旌弦恒~離子濃度為960毫克/升，腐蝕溫度25℃，時(shí)間20分鐘。取一工藝硅片，直徑150mm，厚度650μm，晶向<111>，N型輕摻磷，摻雜濃度1.1×1015cm-3。1wt％氫氧化鉀溶液中處理5分鐘，溫度為25℃。其余操作方法同實(shí)施例1。圖5顯示檢測結(jié)果<111>晶向刃位錯(cuò)。實(shí)施例4將0.01摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液15％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液?；旌弦恒~離子濃度為640毫克/升，腐蝕溫度30℃，時(shí)間25分鐘。取一硅單晶片，晶向<111>，N型重?fù)缴?，摻雜濃度1.5×1019cm-3，方法同實(shí)施例1進(jìn)行擇優(yōu)腐蝕后，但未經(jīng)堿液處理，僅用棉花球擦去銅膜后進(jìn)行觀察。參見圖6已顯示出位錯(cuò)蝕坑，為<111>晶向刃位錯(cuò)，表明腐蝕混合液是具有擇優(yōu)腐蝕的作用。實(shí)施例5將0.004摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液30％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液?；旌弦恒~離子濃度為256毫克/升，腐蝕溫度35℃，時(shí)間20分鐘。取一硅單晶片，晶向<111>，N型重?fù)戒R，摻雜濃度9.0×1018cm-3。1wt％氫氧化鉀溶液處理3分鐘，溫度為30℃。其余操作方法同實(shí)施例1。圖7顯示檢測結(jié)果<111>晶向刃位錯(cuò)。實(shí)施例6將0.008摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液20％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液。混合液銅離子濃度為512毫克/升，腐蝕溫度35℃，時(shí)間25分鐘。取一工藝硅片，直徑150mm，厚度650μm，晶向<111>，N型重?fù)缴椋瑩诫s濃度1.9×1019cm-3，經(jīng)外延工藝，外延層摻磷，摻雜濃度6.0×1017cm-3。1wt％氫氧化鈉溶液處理5分鐘，溫度25℃。其余操作方法同實(shí)施例1。圖8顯示檢測結(jié)果N/N+<111>晶向外延層錯(cuò)和位錯(cuò)。實(shí)施例7將0.001摩爾/升硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液40％體積比的氫氟酸(49wt％HF)混合配制成腐蝕混合液?；旌弦恒~離子濃度為64毫克/升，腐蝕溫度25℃，時(shí)間25分鐘。取一單晶硅片，經(jīng)1180℃高溫，濕氧氧化2小時(shí)，晶向<111>，N型重?fù)缴椋瑩诫s濃度2.1×1019cm-3。1wt％氫氧化鈉溶液處理3分鐘，溫度25℃。其余操作方法同實(shí)施例1。圖9顯示檢測結(jié)果<111>晶向氧化層錯(cuò)。權(quán)利要求1.一種檢測N型重?fù)焦鑶尉蝈V晶格缺陷的方法，包括下列步驟(1)去除硅單晶片或錠表面的自然氧化層采用25-49wt％氫氟酸，浸泡時(shí)間2-5分鐘；(2)配制硝酸銅和氫氟酸腐蝕混合液及進(jìn)行擇優(yōu)腐蝕腐蝕混合液是由0.001-0.05摩爾/升的硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液10-50％體積的氫氟酸配制，腐蝕混合液中銅離子濃度為64-3200毫克/升，腐蝕溫度為25-35℃，時(shí)間為20-25分鐘；(3)、用堿溶液除去沉積在硅單晶片或錠表面的銅膜采用堿液濃度1-2wt％，溫度25-35℃，時(shí)間1-5分鐘；(4)、用肉眼或光學(xué)顯微鏡觀察經(jīng)腐蝕的硅單晶片或錠的表面。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述腐蝕混合液是由0.003-0.02摩爾/升的硝酸銅水溶液與為硝酸銅水溶液20-30％體積的氫氟酸配制，腐蝕混合液中銅離子濃度為192-1280毫克/升。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述堿溶液是氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硅單晶片或錠是重?fù)缴?、重?fù)戒R、重?fù)搅谆蜉p摻，摻雜劑濃度≥1×1015cm-3。全文摘要一種關(guān)于檢測摻雜濃度為≥1×10文檔編號(hào)H01L21/00GK1523343SQ03115479公開日2004年8月25日申請(qǐng)日期2003年2月20日優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日發(fā)明者鄒子英,閔靖,郭瑾,吳曉虹,謝江華,宗龍章,葉祖超申請(qǐng)人:上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院,晶華電子材料有限公司