CN113702405A - 一种用于检测硅片的缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于检测硅片的缺陷的方法，所述方法包括：S101：利用X射线形貌仪对所述硅片的整个主表面进行单次第一检测，以获取所述主表面的整体缺陷信息；S102：根据所述整体缺陷信息确定出形成在所述硅片中的所述缺陷在所述主表面中的分布位置；S103：利用所述X射线形貌仪在所述主表面中的所述分布位置处对所述硅片中沿着硅片厚度方向平行地排列的多个不同层进行相应的多次第二检测，以获得所述缺陷在所述多个不同层中的相应的多个二维形状；S104：对所述多个二维形状进行拟合获得所述缺陷的三维形状。
Description
技术领域
本发明涉及半导体硅片制造领域，尤其涉及一种用于检测硅片的缺陷的方法。
背景技术
在硅片的生产过程中，通常包括切片、研磨、抛光等多种机械表面处理工序，这些处理工序不可避免地会对硅片表面产生损伤从而在硅片的表面/亚表面中引入裂纹、划痕和位错等缺陷，影响最终获得的半导体产品的性能，进而影响器件的寿命与成品率。
上述处理工序产生的缺陷首先会形成处于硅片的表面并且会沿着硅片的厚度方向向硅片内部延伸。
确定出每个处理工序中产生的硅片缺陷的深度是重要的，因为可以依据硅片缺陷的深度来确定出下一处理工序中需要去除的硅片表面层的厚度以将硅片中的缺陷去除。
目前对硅片缺陷深度进行检测时通常釆用角度抛光法，在该方法中，需要角度抛光出硅片试样的厚度方向上的斜面，以使试样中的缺陷暴露以便进行检测。但在该方法中，需要对硅片进行破坏，而且只能检测到试样的局部的缺陷深度；在对试样进行角度抛光的过程中可能引入新的缺陷，由此增加了检测结果的误差；在该方法中缺陷暴露后需要在显微镜下观察，而在此之前需要对试样进行腐蚀处理以将缺陷放大，由于样品腐蚀高度依赖于腐蚀剂的种类、浓度、温度和腐蚀时间，因此很难精确控制腐蚀过程，因此如果腐蚀过度，则无法对缺陷进行正确的评估；对抛光试样进行腐蚀，会释放裂纹尖端的应变能，造成裂纹扩展，导致检测的损伤深度是裂纹扩展后的长度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于检测硅片的缺陷的方法，能够在不破坏硅片并且不引入新的缺陷的情况下获得整个硅片的缺陷深度信息。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种用于检测硅片的缺陷的方法，所述方法包括：
S101：利用X射线形貌仪对所述硅片的整个主表面进行单次第一检测，以获取所述主表面的整体缺陷信息；
S102：根据所述整体缺陷信息确定出形成在所述硅片中的所述缺陷在所述主表面中的分布位置；
S103：利用所述X射线形貌仪在所述主表面中的所述分布位置处对所述硅片中沿着硅片厚度方向平行地排列的多个不同层进行相应的多次第二检测，以获得所述缺陷在所述多个不同层中的相应的多个二维形状；
S104：对所述多个二维形状进行拟合获得所述缺陷的三维形状。
在该方法中，仅需要通过X射线对硅片进行扫描，因此不会对硅片产生损伤和破坏，不会在硅片中引入新的缺陷，因此不会对检测结果产生任何影响，并且首先对硅片的主表面进行检测，在获得缺陷的位置后再进行深度方向的检测，而不是对整个硅片所占据的空间中的每一位置处进行检测，由此极大地减少了检测所需要花费的时间，提高了检测效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于检测硅片的缺陷的方法的示意图；
图2为执行本发明实施例提供方法中的第一步骤时的装置示意图；
图3为执行本发明实施例提供方法中的第二步骤时的装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1并结合图2和图3，本发明实施例提供了一种用于检测如图2中示出的硅片W的缺陷D的方法，如在图2中示例性地示出的，硅片W可以形成有在处理工序中产生的处于硅片W的主表面S并且沿着硅片W的厚度方向DR向硅片内部延伸的第一缺陷D1和第二缺陷D2，所述方法可以包括：
S101：利用X射线形貌仪对所述硅片W的整个主表面S进行单次第一检测，以获取所述主表面S的整体缺陷信息，需要说明的是：硅片W通常是片状的，因此这里的主表面S指的是硅片W中与硅片W所处平面平行的表面，例如在如图2中示出的硅片W为圆形的情况下该主表面S也为圆形；附图中并未示出X射线形貌仪，但本领域技术人员熟知的是，X射线形貌仪可以发射例如图2和图3通过由网格填充的方框状阴影区域示意性地示出的X射线R，而硅片W可以被放置在X射线形貌仪的载状台上，这样，例如在图2中当该X射线沿箭头A1移动时便可以完成在整个主表面S上的扫描并产生衍射，而X射线形貌仪的探测器使用超高精度摄像机对衍射光线进行收集和成像，由此获得主表面S的整体缺陷信息；
S102：根据所述整体缺陷信息确定出形成在所述硅片W中的所述缺陷D在所述主表面S中的分布位置，也就是说，在获取到整个主表面S的整体缺陷信息后，虽然无法获得缺陷D在沿着硅片厚度方向DR的延伸情况，但可以获得缺陷D在主表面S中的分布位置，例如在图2中示出的情况下，根据整个主表面S的整体缺陷信息可以获知，硅片W中形成有两个缺陷即第一缺陷D1和第二缺陷D2，并且可以将这两个缺陷在主表面S中的位置确定出来；
S103：利用所述X射线形貌仪在所述主表面S中的所述分布位置处对所述硅片W中沿着硅片厚度方向DR平行地排列的多个不同层L进行相应的多次第二检测，以获得所述缺陷D在所述多个不同层L中的相应的多个二维形状S2，其中，图3中示例性地示出了X射线形貌仪在第一缺陷D1的分布位置处进行检测，其中，图3中示例性地示出了四个层L，分别为从上到下顺序排列的第一层L1、第二层L2、第三层L3、第四层L4，这四个层出于互相区别的目的分别通过不同深度的阴影区域填充，其中，图3中示例性地示出了由X射线形貌仪发射的X射线R正在对第一层L1进行单次第二检测，同样地，X射线R可以对第一层L1进行扫描并产生衍射，而X射线形貌仪的探测器使用超高精度摄像机对衍射光线进行收集和成像，由此获得缺陷D在第一层L1中的二维形状S2-1，其中，图3中通过点划线示意性地示出了二维形状S2，并且具体地，二维形状S2-1为缺陷D1在第一层L1中的形状，二维形状S2-2为缺陷D1在第二层L2中的形状，二维形状S2-3为缺陷D1在第三层L3中的形状，二维形状S2-4为缺陷D1在第四层L4中的形状；
S104：对所述多个二维形状S2进行拟合以获得所述缺陷D的三维形状S3，如在图3中通过虚线示意性地示出的，这里的拟合可以采用商业上可获得的Slicing 3D sectiontopo软件和Image J软件来实现。
在上述检测方法中，仅需要通过X射线R对硅片W进行扫描，因此不会对硅片W产生损伤和破坏，不会在硅片W中引入新的缺陷，因此不会对检测结果产生任何影响，并且首先对硅片W的主表面S进行检测，在获得缺陷D的位置后再进行深度方向的检测，而不是对整个硅片W所占据的空间中的每一位置处进行检测，由此极大地减少了检测所需要花费的时间，提高了检测效率。
在本发明的优选实施例中，所述方法还可以包括在所述第一检测之前利用氢氟酸对所述硅片W进行清洗以去除所述硅片W的表面的硅氧化物层，由此可以防止硅氧化物层对检测结果的影响。这里，氢氟酸的浓度优选地为1％至49％，清洗时间优选地为60秒至5分钟。
如本领域技术人员所熟知的，X射线形貌仪可以在反射模式和透射模式两种工作状态下工作，其中，反射模式通常用于对待测对象的表面进行检测，并且可以在较短的时间内完成较大面积的检测工作或者说检测效率较高，而透射模式通常用于对待测对象的内部进行检测，但检测效率相对较低。在本发明的优选实施例中，所述X射线形貌仪可以采用反射模式执行所述第一检测，并且所述X射线形貌仪可以采用透射模式执行所述第二检测。这样，尽管如图2中示出的硅片W的主表面S的面积较大，但由于反射模式的检测效率高，因此也可以在较短的时间内完成整个主表面S的检测，而尽管透射模式的检测效率较低，但仅在主表面S中的分布有缺陷D的分布位置处执行检测或者说需要检测的区域较小，因此也可以在较短的时间内完成检测，由此最大程度地减少了检测整个硅片所需要花费的时间。
在X射线形貌仪采用反射模式执行第一检测的情况下，在本发明的优选实施例中，所述X射线形貌仪的X射线发射源可以采用铜靶并且与准直器配合。如本领域技术人员所熟知的，X射线是由高速的热电子来轰击某物质来产生的，因此很多物质都可以激发出X射线，由于不同物质的电子能量及能级不同，所以激发出的X射线波长不同；此处铜靶的含义是采用单质铜来进行激发X射线；发射源指射线产生的***，包含了产生热电子的灯丝、铜靶或钼靶、冷却***等。如本领域技术人员所熟知的，准直器也是一种晶体，其作用是对X射线的光波单一化，否则在进行检测过程会出现两条衍射光束，会对检测结果造成干扰。
在上述情况下，在本发明的优选实施例中，衍射面可以采用{224}，衍射角可以采用88.02°，并且所述准直器可以采用{224}晶面。如本领域技术人员所熟知的，衍射面是指硅晶体中的某一晶面，衍射角是指X射线对某一晶面进行衍射时，入射X射线与衍射X射线之间的夹角，并且衍射面与衍射角的关系是根据布拉格方程计算出来的；对于已经确定的X射线，每一种衍射面对应一个唯一的衍射角。
在X射线形貌仪采用透射模式执行第二检测的情况下，在本发明的优选实施例中，所述X射线形貌仪的X射线发射源可以采用钼靶。与铜靶类似地，此处钼靶的含义是采用单质钼来进行激发X射线。
在上述情况下，在本发明的优选实施例中，衍射面可以采用{400}，衍射角可以采用30.28°。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于检测硅片的缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括：
S101：利用X射线形貌仪对所述硅片的整个主表面进行单次第一检测，以获取所述主表面的整体缺陷信息；
S102：根据所述整体缺陷信息确定出形成在所述硅片中的所述缺陷在所述主表面中的分布位置；
S103：利用所述X射线形貌仪在所述主表面中的所述分布位置处对所述硅片中沿着硅片厚度方向平行地排列的多个不同层进行相应的多次第二检测，以获得所述缺陷在所述多个不同层中的相应的多个二维形状；
S104：对所述多个二维形状进行拟合获得所述缺陷的三维形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述第一检测之前利用氢氟酸对所述硅片进行清洗以去除所述硅片的表面的硅氧化物层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X射线形貌仪采用反射模式执行所述第一检测。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述X射线形貌仪的X射线发射源采用铜靶并且与准直器配合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，衍射面采用{224}，衍射角采用88.02°，并且所述准直器采用{224}晶面。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X射线形貌仪采用透射模式执行所述第二检测。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述X射线形貌仪的X射线发射源采用钼靶。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，衍射面采用{400}，衍射角采用30.28°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi 710065 Applicant after: Xi'an Yisiwei Material Technology Co.,Ltd. Applicant after: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 710065 room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant before: Xi'an yisiwei Material Technology Co.,Ltd. Applicant before: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information |