专利名称：一种检测晶圆内部的杂质的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测晶圆内部的杂质的方法。
背景技术：
随着超大规模集成电路(ULSI)的研发与生产，硅片(或称晶圆、圆片、晶片)的线宽不断地减小，制造工艺要求不断地提高，对晶圆内部杂质含量的控制也越来越严格。一旦晶圆制程工艺失控或发生偏离，晶圆内部某些杂质含量超出规定指标，就会影响到ULSI品质和成品率。因此，需要知道晶圆内部杂质含量，以达到对晶圆制程工艺的控制。目前被广泛使用检测晶圆内部的杂质含量的方法是机械切割检测法，即将有问题的晶圆进行机械切割和抛光获取竖截面样品，然后对该样品进行分析确定其中的杂质含量。这种方法不仅要损坏晶圆，而且无法对晶圆微米单位厚度层上的杂质含量进行有效采样和分析。另外，即使用机械切割获得了比较理想的晶圆横截面，但是由于机械切割方法会导致被切割面被污染，从而无法获得横截面上正确的杂质含量数据。
发明内容
本发明的实施例公开了一种能够获得晶圆内部微米厚度层上的杂质含量分布数据并且不会引入机械污染的检测晶圆内部的杂质的方法。本发明实施例公开的技术方案包括提供了一种检测晶圆内部的杂质的方法，其特征在于，包括将晶圆表面蚀刻去除预定厚度；在蚀刻后的晶圆表面上进行采样，获得所述蚀刻后的晶圆的采样样品；对所述采样样品进行分析，获得所述晶圆内部的杂质的信息。进一步地，所述将晶圆表面蚀刻去除预定厚度包括将所述晶圆置入蚀刻装置；向蚀刻装置中注入氟化氢气体，所述氟化氢气体蚀刻去除所述晶圆表面的二氧化硅；向蚀刻装置中注入臭氧气体，所述臭氧气体将所述晶圆表面的硅氧化成为二氧化硅；判断蚀刻去除的晶圆厚度是否达到所述预定厚度，如果未达到所述预定厚度，则重复所述向蚀刻装置中注入氟化氢气体的步骤和所述向蚀刻装置中注入臭氧气体的步骤。进一步地，所述在蚀刻后的晶圆表面上进行采样包括当所述蚀刻后的晶圆表面为氧化层时，对所述蚀刻后的晶圆表面进行亲水面定点采样；当所述蚀刻后的晶圆表面为去氧化层时，对所述蚀刻后的晶圆表面进行疏水面定点采样或晶圆端面采样。进一步地，对所述样品进行分析包括对所述采样样品进行电感耦合等离子体质谱分析。本发明实施例中，使用蚀刻的方法去除晶圆表面的材料层，然后对蚀刻后的晶圆表面进行定点采样并对采样样品进行分析获得晶圆的杂质信息。这样，能够对晶圆表面层以下以微米单位的厚度进行层层去除，进而可以对指定层面进行定点采样和分析，从而获取晶圆内部微米厚度层上的杂质含量分布数据，对制程工艺中的问题解决提供有力的科学依据。并且，避免了机械切割检测方法难以获取微米厚度层进行采样以及机械切割检测方法导入污染物的不足。
图1是本发明一个实施例的检测晶圆内部的杂质的方法的流程图的示意图；图2是本发明一个实施例的将晶圆表面蚀刻预定厚度的流程图的示意图；图3是本发明一个实施例的采样区域的示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明一个实施例中，一种检测晶圆内部的杂质的方法包括步骤10、步骤20和步骤30。下面进行详细描述。步骤10 将晶圆表面蚀刻预定的厚度；本发明实施例中，首先可以将晶圆表面进行蚀刻。如图2所示，本发明一个实施例中，将晶圆表面蚀刻预定的厚度的步骤包括步骤100、步骤102、步骤104、步骤106和步骤108。步骤100:将晶圆放入蚀刻装置；本发明实施例中，可以提供蚀刻装置，该蚀刻装置可以包括控制器和蚀刻箱，晶圆可以放置在该蚀刻装置中进行蚀刻，控制器可以按照预定的程序对蚀刻过程进行控制。当然，该蚀刻装置还可以包括用户界面和输入输出设备，通过用户界面可以与用户进行交互，显示各种蚀刻参数或各种蚀刻操作中的选项、菜单等等。输入输出设备可以供用户输入各
种参数或指令等等以控制蚀刻过程。该蚀刻装置还包括能够注入蚀刻气体的通道或者入□。步骤102 向蚀刻装置中注入氟化氢气体；晶圆放入蚀刻装置后，向蚀刻装置中注入氟化氢(HF)气体。氟化氢气体在蚀刻装置中与晶圆表面的二氧化硅(SiO2)反应，生成四氟化硅(SiF4)和水4HF+Si02 = SiF4+2H20四氟化硅常温下为气体，可以排出蚀刻装置之外。这样，即将晶圆表面的二氧化硅层蚀刻去除，剩余的晶圆的表面为硅。步骤104 向蚀刻装置中注入臭氧气体；步骤102中蚀刻之后，向蚀刻装置中注入臭氧(O3)气体。此时，晶圆表面是硅，臭氧将与晶圆表面的硅反应，将晶圆表面的硅氧化为二氧化硅2Si+203 = 2Si02+02步骤106 判断是否去除了预定厚度；在步骤106中，判断当前已经蚀刻去除了的晶圆厚度是否已经达到预定厚度。例如，蚀刻装置中可以包括检测装置，通过该检测装置可以检测当前晶圆的厚度，然后控制器将当前晶圆的厚度与晶圆的原始厚度比较，得到当前已经蚀刻去除了的晶圆厚度，然后判断当前已经蚀刻去除了的晶圆厚度是否达到预定厚度。该预定厚度可以根据实际情况灵活设定或选择。例如，用户可以通过用户界面和输入输出装置输入或选择该预定厚度。前述的检测装置例如可以是光感应器。使用光感应器检测晶圆的厚度的具体方法可以是本领域内常用的方法，在此不再详细叙述。获得了当前晶圆的厚度之后，控制器
如果当前已经蚀刻去除了的晶圆厚度没有达到预定厚度，则返回步骤102，继续向蚀刻装置中注入氟化氢气体，对晶圆进行进一步的蚀刻；如果当前已经蚀刻去除了的晶圆厚度已经达到了预定厚度，则进入步骤108。步骤108 结束蚀刻过程；当已经蚀刻去除了的晶圆厚度已经达到了预定厚度时，则蚀刻过程结束，进入步骤20，对蚀刻后的晶圆表面进行采样。前述步骤中，步骤102和步骤104的顺序也可以相反，即先向蚀刻装置中注入臭氧气体，然后再向蚀刻装置中注入氟化氢气体。相应地，容易理解，在先进行步骤102，再进行步骤104的情况下，蚀刻过程结束后获得的蚀刻后的晶圆的表面是二氧化硅；在先进行步骤104，再进行步骤102的情况下，蚀刻过程结束后获得的蚀刻后的晶圆的表面是硅。本发明实施例中，在蚀刻去除的晶圆厚度到达预定厚度之前，可以反复用步骤102和步骤104对晶圆表面进行蚀刻，蚀刻速度可达到1微米/30分钟，蚀刻后晶圆表面平坦度可达到士5%。因此，本发明实施例中，能够对晶圆表面层以下以微米单位的厚度进行层层去除。步骤20 对蚀刻后的晶圆表面进行采样；蚀刻过程结束后，此时晶圆表面已经被蚀刻去除了预定的厚度，因此此时原本晶圆的内部被显露出来，显露于晶圆表面上。此时，可以对晶圆表面进行采样，获得采样样品。例如，在晶圆表面预先确定的污染物区域进行采样。采样的方法可以使用多种方法。例如，当蚀刻后的晶圆表面是氧化层(例如，二氧化硅)时，可以进行亲水面定点采样；当蚀刻后的晶圆表面是去氧化层(例如，硅)时，可以进行疏水面定点采样或晶圆端面采样；等等。前述的定点采样方法可以使用多种方法，例如申请号为201110133140. 2、申请日为2011年5月23日、名称为“晶圆表面局部定位采样方法”的专利申请中所描述的方法。该晶圆端面采样方法例如可以使用申请号为201110133148. 9、申请日为2011年5月23日、名称为“晶圆端面采样方法”的专利申请中所描述的方法。采样的位置以及采样区域的形状和大小可以根据实际情况确定，本发明对此没有限制。例如，采样区域可以是正方形、矩形、弧形、环形、扇形、圆形等等。图3显示了一些采样区域的例子，其中阴影部分是采样区域。步骤30 对获得的采样样品进行分析；在步骤20中采样获得了采样样品后，在步骤30中即可对采样样品进行分析以确定样品中的杂质的信息，例如杂质的含量等等。对采样样品进行分析可以使用各种适合的方法，例如使用电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MQ分析，其分析下限可以为为0. 5X109atoms/cm2。可分析的金属离子和非金属离子分别可以为Li、Be、Na、Mg、Al、K、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Ag、Cd、Ba、Pb、Bi、Ce 和 F-、Cl-、N03-、S042-、NH4+ 等等。本发明实施例中，使用蚀刻的方法去除晶圆表面的材料层，然后对蚀刻后的晶圆表面进行定点采样并对采样样品进行分析获得晶圆的杂质信息。这样，能够对晶圆表面层以下以微米单位的厚度进行层层去除，进而可以对指定层面进行定点采样和分析，从而获取晶圆内部微米厚度层上的杂质含量分布数据，对制程工艺中的问题解决提供有力的科学依据。并且，避免了机械切割检测方法难以获取微米厚度层进行采样以及机械切割检测方法导入污染物的不足。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
权利要求
1.一种检测晶圆内部的杂质的方法，其特征在于，包括将晶圆表面蚀刻去除预定厚度；在蚀刻后的晶圆表面上进行采样，获得所述蚀刻后的晶圆的采样样品；对所述采样样品进行分析，获得所述晶圆内部的杂质的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述将晶圆表面蚀刻去除预定厚度包括将所述晶圆置入蚀刻装置；向蚀刻装置中注入氟化氢气体，所述氟化氢气体蚀刻去除所述晶圆表面的二氧化硅；向蚀刻装置中注入臭氧气体，所述臭氧气体将所述晶圆表面的硅氧化成为二氧化硅；判断蚀刻去除的晶圆厚度是否达到所述预定厚度，如果未达到所述预定厚度，则重复所述向蚀刻装置中注入氟化氢气体的步骤和所述向蚀刻装置中注入臭氧气体的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述在蚀刻后的晶圆表面上进行采样包括当所述蚀刻后的晶圆表面为氧化层时，对所述蚀刻后的晶圆表面进行亲水面定点采样；当所述蚀刻后的晶圆表面为去氧化层时，对所述蚀刻后的晶圆表面进行疏水面定点采样或晶圆端面采样。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于对所述样品进行分析包括对所述采样样品进行电感耦合等离子体质谱分析。
全文摘要
本发明公开了一种检测晶圆内部的杂质的方法，包括将晶圆表面蚀刻去除预定厚度；在蚀刻后的晶圆表面上进行采样，获得蚀刻后的晶圆的采样样品；对采样样品进行分析，获得晶圆内部的杂质的信息。本发明实施例中，使用蚀刻的方法去除晶圆表面的材料层，然后对蚀刻后的晶圆表面进行定点采样并对采样样品进行分析获得晶圆的杂质信息。这样，能够对晶圆表面层以下以微米单位的厚度进行层层去除，从而获取晶圆内部微米厚度层上的杂质含量分布数据，并且避免了机械切割检测方法难以获取微米厚度层进行采样以及机械切割检测方法导入污染物的不足。
文档编号G01N27/64GK102569121SQ201210016628
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者叶伟清 申请人:叶伟清