用于监视在晶片处理期间赋给半导体晶片的污染物的量的方法技术

公开了用于监视在诸如抛光和清洁的晶片处理操作期间赋予的金属污染物的量的方法。所述方法包括对绝缘体上硅结构进行所述半导体处理，在所述结构中沉淀金属污染物以及描绘所述金属污染物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定或监视在处理期间赋给半导体晶片的金属污染物的量的方法，特别地，涉及用于监视通过对绝缘体上硅结构实施半导体工艺，在该结构中沉淀金属污染物并描绘(delineate)金属污染物来监视在诸如抛光、清洁、氧化物剥离等等的晶片处理操作期间赋予的金属污染物的量。
技术介绍
半导体晶片中的金属污染物是有害的，这是由于污染物会导致所产生的集成电路的产率损失。鉴于朝向更小器件、具有更快速操作速度和更低制造成本的器件的趋势，金属污染物日益成为关注点。在包括晶片抛光、清洁、接合强度增强热处理、外延、氧化物剥离、等离子体激活、湿法化学蚀刻、气相化学蚀刻、高温退火、离子注入、氧化等等的众多处理步骤中，金属污染物会被引入到半导体晶片中。用于表征表面金属污染物的当前方法涉及使晶片与诸如水或含水HF的提取流体(extraction fluid)接触。典型地，使流体滴与晶片表面接触。在接触期间，金属溶解到提取流体中。可以通过适当的方式，例如，其中使用等离子体来产生可被质谱仪检测到的离子的感应耦合等离子质量谱(ICP-MS)，来分析流体。该检测方法的限制在于，其通常不能检测浓度小于IO8原子/cm2的污染物。此外，常规表面金属检测方法不能提供关于在晶片表面上的污染物的空间分布信息。体金属检测方法(例如，体娃浸提(digestion)加ICP-MS和SIMS深度分布方法)的特征同样在于低灵敏度。对于用于表征在包括例如抛光、清洁、蚀刻等等的各种晶片制造步骤期间引起的金属污染物的方法以及用于检测低于IO8原子/cm2的污染物和/或能够提供关于晶片表面上的污染物的空间分布信息的方法存在持续的需求。
技术实现思路
本公开的一个方面涉及一种用于确定或监视在工艺中金属污染物的量的方法。将绝缘体上娃结构暴露到处理步骤。所述绝缘体上娃结构包括处理晶片(handle wafer)、娃层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。所述结构具有在所述硅层上的前表面。所述处理步骤将金属污染物赋给所述硅层。对所述绝缘体上硅结构进行热退火以使所述硅层中的金属污染物溶解。对所述绝缘体上硅结构进行冷却以在所述硅层中形成金属沉淀物。在所述硅层中描绘所述金属沉淀物。本公开的另一方面涉及一种用于检测具有前表面的半导体晶片中的金属沉淀物的方法。使所述晶片与HF水溶液接触以在位于所述晶片的所述前表面处的金属沉淀物的位置处或附近在所述晶片的所述前表面上产生坑、孔和/或腔。检查所述晶片的所述前表面是否有坑、孔和/或腔的存在。本公开的又一方面涉及一种用于监视在半导体工艺期间赋给晶片的金属污染物的量的方法。将至少一个绝缘体上硅结构暴露到所述半导体工艺。所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。评估所述绝缘体上硅结构的金属污染指示物(indicator),并验证(verify)赋给半导体晶片的金属污染物的量是否可接受。存在关于本公开的上述方面描述的特征的各种细化。其他的特征同样可以并入到本公开的上述方面中。这些细化和附加特征可以单独存在或组合地存在。例如，下面关于本公开的任一示例性实施例讨论的各种特征可单独地或以任意组合并入到本公开的任一上述方面中。附图说明图I为根据本公开的实施例的适合使用的SOI结构；图2为具有在硅层中的沉淀物的SOI结构；图3为具有在蚀刻之后形成的孔或坑的SOI结构；图4为具有在进一步的蚀刻之后的掏蚀的(undercut)沉淀物的SOI结构；图5为具有在介电层的蚀刻之后形成的腔或凹陷(divot)的SOI结构；图6为根据实例I的在受污染的晶片清洁浴液(bath)中浸泡后的SOI结构的缺陷图；以及图7为根据实例I的在清洁的晶片清洁浴液中浸泡后的SOI结构的缺陷图。在所有附图中,相应的参考标号指示相应的部分。具体实施例方式本公开的提供内容涉及用于确定或监视在工艺(特别地，半导体工艺)中的金属污染物的量的方法；而其他提供内容涉及用于检测半导体晶片中的金属沉淀物的方法。一般而言，所述用于监视的方法包括将晶片，特别地，绝缘体上硅(“SOI ”)结构，暴露到处理步骤以将金属污染物赋给该结构，所述SOI结构具有硅层(通常称为半导体层或器件层)、介电层(典型地，二氧化硅或氮化硅)以及衬底(有时称为处理晶片或支撑层)。晶片被热退火并冷却以使金属污染物沉淀在晶片中，在SOI结构的情况下，沉淀在硅层(即，半导体层或器件层)中。已经发现，在SOI结构的情况下，介电层用于限制金属污染物的扩散并由此俘获硅层中的污染物。这使得较大浓度的污染物在硅层中积累，从而使金属在热退火和冷却时沉淀。根据本公开的实施例，可以通过使晶片与蚀刻剂接触以在金属沉淀物的位置附近在晶片的表面上产生坑、孔和/或腔来检测(同义地“描绘”)金属沉淀物。然后，通过诸如光散射技术的公知方法来检查晶片是否有这些坑、孔和/或腔的存在。应该理解，虽然本文中描述的方法适合于监视在一个或多个半导体处理步骤中的金属污染物，但所述方法也可以用于监视在其他类型的工艺中的污染物，不应将所述方法视为局限于半导体工艺。虽然关于半导体工艺一般性地描述了本公开的方法，但所述方法可相似地没有限制地应用于任何其他类型的工艺，例如，要求低污染物(特别地，金属污染物)水平的医疗和生物环境。这样的污染物监视涉及将绝缘体上硅结构成形为工艺典型的尺寸和形状(例如，成形为方形衬底、芯片等等)；然而，在其他实施例中，不进行这样的成形。关于这一点，不应从限制意义看待本文中提到的“半导体工艺”。在用于监视一个或多个处理步骤(例如，半导体工艺)的金属污染物的第一步骤中，将绝缘体上硅结构暴露到所关注的一个或多个处理步骤(例如，半导体工艺)，以收集(gather)关于所述处理步骤赋给半导体晶片的污染物的量或相对量的信息。通常，处理步骤可以为用于制造半导体晶片或器件的制造协议的一部分。典型地经受作为协议的一部分的处理步骤的晶片可以是且典型地是除SOI结构之外的晶片，例如，单晶硅晶片、多晶硅晶片或外延晶片。应理解，通常经受协议并且典型地经受半导体处理步骤的晶片类型包括没有列出的晶片而没有限制。对于这一点，应注意，“半导体处理步骤”可以为制造光伏电池的处理步骤的一部分，且不应从限制意义看待术语“半导体”的使用。典型地经受制造协议的半导体工艺的晶片可以具有约75mm或更大、约IOOmm或更大、约150mm或更大、约200毫米或更大、约300mm或更大、或约450mm或更大的直径。对于这一点，用于监视半导体工艺的SOI结构可以具有与根据制造协议制造的晶片相似或相同的直径。在其中可以监视或确定金属污染物的合适的半导体工艺和操作的实例包括例如抛光、清洁、接合强度增强热处理、外延、氧化物剥离、等离子激活、湿法化学蚀刻、气相化学蚀刻、高温退火、离子注入、氧化等等。对于这一点，应注意可以没有限制地监视除了所列·出的工艺之外的工艺。一般而言，通过本公开的实施例可以检测任何类型的金属。可以检测的合适金属包括过渡金属，特别地，镍、钼、铁以及这些金属的组合。对于这一点，本公开的实施例不应被视为局限于特定类型的金属污染物，这是因为本公开可以合适地检测可在硅中沉淀的且其沉淀物使得在沉淀物的位置处或附近的SOI结构的硅层应变的任何类型的金属。如上所述，S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.23 US 61/289,8781.一种用于确定或监视在工艺中金属污染物的量的方法，所述方法包括 将绝缘体上硅结构暴露到处理步骤，所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层，所述结构具有在所述硅层上的前表面，所述处理步骤将金属污染物赋给所述硅层； 对所述绝缘体上硅结构进行热退火以使所述硅层中的金属污染物溶解； 对所述绝缘体上硅结构进行冷却以在所述硅层中形成金属沉淀物；以及 在所述硅层中描绘所述金属沉淀物。2.根据权利要求I的方法，其中，所述工艺为半导体工艺，且所述绝缘体上硅结构被暴露到半导体处理步骤。3.根据权利要求2的方法，其中，所述半导体工艺选自抛光、清洁、接合强度增强热处理、外延、氧化物剥离、等离子激活、湿法化学蚀亥IJ、气相化学蚀亥IJ、高温退火、离子注入以及氧化。4.根据权利要求I的方法，其中，通过使所述硅层的表面与蚀刻剂接触来描绘所述金属沉淀物。5.根据权利要求4的方法，其中，所述蚀刻剂为包含选自HF、K2Cr2O7,Cr203> HNO3>CH3COOH, CrO3^AgNO3及其混合物的化合物的溶液。6.根据权利要求5的方法，其中，所述溶液为HF水溶液，HF的按重量计算的浓度为小于约50%,小于约25%,小于约10%,小于约5%,小于约2%,从约0. 1%到约5%,从约0. 5%到约2%或约1%。7.根据权利要求5或6的方法，其中，所述蚀刻剂基本上由水和HF组成。8.根据权利要求4的方法，其中，所述蚀刻剂为HF气体。9.根据权利要求I到8中任一项的方法，其中，所述描绘步骤包括在所述绝缘体上硅结构的所述前表面上产生坑、孔和/或腔。10.根据权利要求4、6或9中任一项的方法，其中，所述蚀刻剂为包含HF的溶液，且所述硅层的表面与所述蚀刻剂接触至少约I小时，至少约4小时，至少约8小时或从约8小时到 约16小时。11.根据权利要求4或9的方法，其中，所述蚀刻剂为包含选自K2Cr207、Cr203>HNO3>CH3COOH, Cr03、AgNO3及其混合物的化合物的溶液，且所述硅层的表面与所述蚀刻剂接触至少约I秒,至少约5秒，至少约10秒，至少约20秒，从至少约I秒到约2分钟，从约I秒到约I分钟或从约10秒到约I分钟。12.根据权利要求9的方法，包括检查所述绝缘体上硅结构是否有在所述前表面中的坑、孔和/或腔的存在。13.根据权利要求12的方法，包括将光导引到所述绝缘体上硅结构的所述前表面并检测散射的反射光。14.根据权利要求I到13中任一项的方法，其中，在从约600°C到约1300°C，从约800°C到约1300°C，从约800°C到约11501或从约8501到约1050°C的温度下对所述绝缘体上硅结构进行热退火。15.根据权利要求14的方法，其中，持续至少约I秒,至少约5秒，至少约30秒，至少约I分钟，至少约5分钟或至少约I小时在所述温度范围对所述绝缘体上硅结构进行热退火。16.根据权利要求I到15中任一项的方法，其中，在所述退火期间使所述绝缘体上硅结构的表面与选自氢气、氩气、氮气及其混合物的气体接触。17.根据权利要求I到15中任一项的方法，其中，在所述退火期间使所述绝缘体上硅结构的表面与氢气接触。18.根据权利要求I到17中任一项的方法，其中，将所述绝缘体上硅结构冷却到这样的温度在该温度下，所述金属污染物在所述硅层中超饱和。19.根据权利要求I到18中任一项的方法，其中，将所述绝缘体上硅结构冷却通过金属污染物在硅中相对可移动的温度范围而达到所述金属污染物不再相对可移动的温度。20.根据权利要求19的方法，其中，存在金属污染物在所述硅层中超饱和的温度，且从所述超饱和温度到金属污染物不再相对可移动的温度的冷却速率为小于约7°C /秒，小于约5°C /秒，小于约1°C /秒，小于约0. 50C /秒，小于约0. TC /秒，从约0. 050C /秒到约IOoC /秒，从约0. 5°C /秒到约7V /秒或从约rc /秒到约5°C /秒。21.根据权利要求19或20的方法，其中，在约200°C以上，约350°C以上，约500°C以上或约600°C以上的温度下金属污染物在硅中相对可移动。22.根据权利要求I到18中任一项的方法，其中，存在温度Twn和温度，在所述温度Twn下金属污染物在所述硅层中超饱和，在所述温度下金属污染物在硅中不再可移动，所述方法包括当完成所述热退火时，在时长卩内将所述绝缘体上硅结构从约T饱和冷却到约T不可移动，其中(T饱和_T不可移动)/t冷却为小于约7 C /秒，小于约5 C /秒，小于约10C /秒，小于约0. 5°C /秒，小于约0. rc /秒，从约0. 050C /秒到约10°C /秒，从约0. 5°C /秒到约7V /秒或从约rc /秒到约5°C /秒。23.根据权利要求I到18中任一项的方法，其中，所述绝缘体上硅结构在完成所述热退火时处于温度Tia*，且存在金属污染物在硅中不再可移动的温度，所述方法包括当完成所述热退火时，在时长t &卩内将所述绝缘体上娃结构从约T冷却到约其中(Tia^-T不可移动)/t冷却为小于约7°C /秒，小于约5°C /秒，小于约1°C /秒，小于约0. 5°C /秒，小于约0. 1°C /秒，从约0. 050C /秒到约10°C /秒，从约0. 5°C /秒到约7V /秒或从约1°C /秒到约5°C /秒。24.根据权利要求I到23中任一项的方法，其中，所述介电层包含选自Si02、Si3N4、氧化铝、氧化镁及其混合物的化合物。25.根据权利要求I到24中任一项的方法，其中，所述介电层基本上由SiO2组成。26.根据权利要求I到25中任一项的方法，其中，所述硅层的厚度小于约250nm，小于约175nm,或小于约lOOnm。27.根据权利要求I到26中任一项的方法，其中，在约大气压力下进行所述退火。28.根据权利要求I到27中任一项的方法，其中，所述方法能够检测小于约IO8原子/cm2的金属污染物。29.根据权利要求I到28中任一项的方法，其中，所述方法能够检测低至约IxlO7原子/cm2,低至约3xl07原子/cm2，低至约7xl07原子/cm2，或低至约IxlO8原子/cm2的金属污染物。30.根据权利要求2到29中任一项的方法，其中，对所述绝缘体上硅结构进行所述半导体处理步骤。31.根据权利要求2到29中任一项的方法，其中，所述绝缘体上硅结构被暴露到发生所述半导体处理步骤的气氛。32.根据权利要求I到31中任一项的方法，其中，分析所描绘的金属沉淀物的空间分布以确定所述半导体工艺的金属污染影响。33.根据权利要求9到32中任一项的方法，其中，分析坑、孔和/或腔的空间分布以确定所述半导体工艺的金属污染影响。34.根据权利要求13到33中任一项的方法，其中，分析散射的反射光以确定所述半导体工艺的金属污染影响。35.一种用于检测具有前表面的半导体晶片中的金属沉淀物的方法，所述方法包括 使所述晶片与HF水溶液接触以在位于所述晶片的前表面处的金属沉淀物的位置处或附近在所述晶片的所述前表面上产生坑、孔和/或腔；以及 检查所述晶片的所述前表面是否有坑、孔和/或腔的存在。36.根据权利要求35的方法，包括将光导引到所述晶片的所述前表面并检测散射的反射光。37.根据权利要求35或36的方法，其中，在所述HF水溶液中的HF的按重量计算的浓度为小于约50%，小于约25%，小于约10%，小于约5%，小于约2%，从约0. 1%到约5%，从约0. 5%到约2%或约1%。38.根据权利要求35到37中任一项的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·利伯特，L·费，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：