专利名称：分析半导体晶锭的方法
技术领域：
本发明涉及一种分析半导体晶锭的方法，特别是，涉及一种更容易分析在由单晶生长所制成的裸晶片表面上的晶体缺陷的方法。
通常，采用这样的方法来制备用以制造半导体器件的裸晶片，即使用硅和二氧化硅作为主要原料，并使用软木和木头作为辅助原料，通过还原并然后进行精练，而在电炉内部制造出多晶硅。
然后，通过Czochralski晶体生长和悬浮区熔晶体生长，以及接下来的工艺，而制成单晶锭，其一端称为晶种，而另一端称为收尾，单晶锭的一端可经受研磨，以便制成裸晶片的平面区部分，并且可将单晶锭切割成圆片。
可制备用于半导体器件制造工艺的裸晶片，同时研磨圆片的上表面。
在Czochralski晶体生长中，多晶硅在约1415℃温度下在晶体生长坩埚内部熔化，并且如果旋转晶体生长坩埚的话，固定在其上的具有单晶硅晶种的臂会缓慢地向下落，以便使晶种接触到熔化硅表面。
因此，当晶种接触到熔化硅时，臂会缓慢地向上移动。晶种和一些相接触的熔化硅将会随着臂的向上移动而上移。通过冷却两种物质接触表面周围的熔化硅，使晶种持续生长，并且如此结晶使得随着晶种而制成具有相同晶体结构的单晶锭。
在悬浮区熔晶体生长的晶体生长室内部，具有上夹具和下夹具，其上固定有单晶硅籽晶，其中可将多晶硅锭插入在上夹具和下夹具之间，使得多晶硅锭和籽晶接触，并且可移动感应加热线圈绕于多晶硅锭上。
当对感应加热线圈施加特定电压时，由感应加热线圈所产生的热量可传递给单晶硅锭与籽晶的接触表面，以便开始熔化多晶硅锭。
感应加热线圈向上移动，熔化的单晶硅锭与籽晶的接触表面首先冷却下来，并且由冷却而结晶，使籽晶缓慢地生长，使得制成具有与籽晶相同晶体结构的单晶硅锭。
在由Czochralski晶体生长和悬浮区熔晶体生长所制备的裸晶的内侧，由于各种原因如晶体生长坩埚内部的温差，会在正八面体真空空间形成D缺陷，并且由于D缺陷的一些部分被切割或露出同时裸晶的上侧被抛光，所以在带槽的裸晶表面上形成COP(晶体原始颗粒)。D缺陷和COP会引起在随后的工艺中裸晶上所制成氧化膜的击穿电压降低。
尤其是，在Czochralski晶体生长中，由于在晶体生长坩埚内的熔化多晶硅内部包含有初始氧元素，所以会在裸晶内部形成有OP(氧沉积)，并且由于在晶体生长坩埚内的熔化多晶硅内部包含有重金属杂质，所以金属杂质会存在于裸晶内部。当对裸晶片上所形成的半导体器件施加电力时，OP和金属杂质是引起泄漏电流的根源。
另外，上述晶体缺陷会在晶锭生长工艺过程中由于各种原因而产生，而且对于结构、分布和密度也没有进行精确的分析，因此，由于上述晶体缺陷会对随后的半导体器件制造工艺中的半导体晶片产生影响，所以使产量降低。
然而，还没有一种对半导体器件产量产生很大影响的裸晶片表面上的缺陷进行精确分析的方法，所以晶体缺陷的分析方法的开发是十分需要的。
本发明就是要提供一种分析半导体晶锭的方法，其通过在半导体制造工艺中完成对许多裸晶的各种分析步骤，可精确地分析出存在于裸晶表面上的缺陷分布及密度。
为了实现上述目的和其它的优点，根据本发明的目的，如上所述，分析半导体晶锭的方法包括下列步骤a)在由相同晶体生长条件下所形成的许多晶锭形成晶片以后，相对于所述晶锭的位置取得晶片；b)在相对于晶锭内的每个位置选择一部分所述取样的生成态晶片以后，分析生成态晶片的晶体缺陷；c)在相对于晶锭内位置的取样生成态晶片中，选出一些其它晶片，在与半导体器件制造工艺的热处理方法相同的温度条件下，对所述晶片完成热处理工艺，并且分析晶片的晶体缺陷；d)在相对于晶锭内位置的生成态取样晶片中，还要选取出一些另外的晶片，对晶片完成加速热处理，并且分析晶体缺陷；和e)根据上述分析结果，评价相对于晶锭位置的晶体缺陷的状态。
分析是对通过Czochralski晶体生长所得硅锭来完成的，重要的晶体缺陷是OP(氧沉积)，COP(晶体原始颗粒)，D缺陷，和重金属缺陷。晶体缺陷的分析步骤包括对晶片中每个晶体缺陷的分布和密度测量。
对取样晶片的初始氧浓度的测量是在上述每个分析步骤完成的，并且上述结果最好是与在用于分析晶体缺陷的后期氧浓度随后测量中所测量的结果进行比较。
另外，要对在分析生成态晶体缺陷步骤中抽取的一些晶片进行清洗，并且通过使用颗粒计数器和原子聚焦显微镜来测量COP。
在分析COP以后，对晶片进行Seco腐蚀，并且通过使用显微镜和扫描来测量晶片的D缺陷。
在分析生成态的晶体缺陷的步骤中，在一些另外抽取的裸晶上形成热氧化膜、除去它并清洗裸晶以后，检测COP。然后，通过使用LST(激光散射层析X射线摄影法)方法来测量OP，并且通过使用DLTS(深能级瞬时摄谱仪)方法来检测重金属。
在与半导体器件制造工艺的热处理工艺相同的温度条件下进行热处理以后分析晶片的晶体缺陷的步骤中，可通过在热处理以后除去晶片上所形成的氧化膜，并选出一些晶片，以及使用LST方法，来测量OP。在该步骤中，通过在除去由上述热处理在晶片上所形成的氧化膜以后选出的一些其它晶片，来测量泄漏电流。在该步骤中，在热处理以后，除去晶片上所形成的氧化膜、选出其它一些晶片、清洗、并在晶片上生长氧化膜之后，测量氧化膜的击穿电压。在该步骤中，在上述热处理工艺以后，除去晶片上所形成的氧化膜之后，测量后者的氧浓度。在该步骤中，晶体缺陷可以在完成了热处理、测量了寿命、并且除去了晶片上所形成的氧化膜以后来进行测量。
在加速热处理之后进行晶体缺陷分析的步骤中，在上述加速热处理以后，除去晶片上所形成的氧化膜，并且通过使用LST方法，来测量OP。或者，在除去氧化膜以后，并在测量OP之前，测量后者的氧浓度。或者，在上述加速热处理工艺以后，测量寿命，并除去晶片上所形成的氧化膜之后，测量晶体缺陷。
可以理解，上述的一般性描述和下面的详细描述将试图对所要保护的本发明作出进一步的说明。
附图的简要说明。
在附图中
图1是以图解方式表示由Czochralski晶体生长法所制成的籽晶-收尾的晶锭的OP分布；
图2是以图解的方式表示由Czochralski法所制成的籽晶-收尾的晶锭的COP分布；图3是以图解的方式表示由裸晶的一端到其另一端的D缺陷分布，其中裸晶是通过切割由Czochralski法所生长晶锭而制成的；图4是按照本发明的一个实施例用以分析生成态裸晶上缺陷的工艺流程图；图5是按照本发明的一个实施例用以分析裸晶上缺陷的工艺流程图，其中完成了与DRAM热处理相同的热处理；图6是按照本发明的一个实施例用以分析通过加速热处理的裸晶上缺陷的工艺流程图；图7是以图解的方式表示通过图4的工艺流程的晶锭的籽晶-收尾的COP数量分布；图8是以图解的方式表示通过图4的工艺流程的晶锭的籽晶-收尾的初始氧浓度分布；图9是以图解的方式表示通过切割经过图5工艺流程由其籽晶到其收尾的晶锭所制备的裸晶上所测量的泄漏电流；图10是以图解的方式表示存在于通过切割由其籽晶到其收尾的晶锭所制备的裸晶上的后期氧浓度，以及在经过图5流程的裸晶上所测量的泄漏电流；图11是以图解的方式表示存在于经过本发明图6的工艺流程通过切割由其籽晶到其收尾的晶锭所制备的裸晶上的初始氧浓度与后期氧浓度之间的差异；图12是以图解的方式表示按照图6的工艺流程通过切割由其籽晶到其收尾的晶锭所制备的裸晶上的OP数量；图13是以图解的方式表示按照图6的工艺流程存在于通过切割由其籽晶到其收尾的晶锭所制备的裸晶上的初始氧浓度与后期氧浓度之间的差异；和图14是以图解的方式表示通过切割由单晶生长所生长的晶锭所制备的裸晶上所制成的半导体器件的产量。
优选实施例的详细描述。
现将对本发明的优选实施例进行详细的描述，其具体实例在附图中进行了说明。
将晶锭由其籽晶到其收尾进行切割，并且分析裸晶的晶体缺陷，如OP，COP，和D缺陷。
图1是以图解方式表示由Czochralski晶体生长法所制成的籽晶-收尾的晶锭的OP分布，图2是以图解的方式表示由Czochralski法所制成的籽晶-收尾的晶锭的COP分布，图3是以图解的方式表示由裸晶的一端到其另一端的D缺陷分布，其中裸晶是通过切割由Czochralski法所生长晶锭而制成的。
现参照图1，通过由晶锭的籽晶到其收尾来薄薄地切割由Czochralski晶体生长法所生长的晶锭，可制备出许多晶片，通过使用LST方法可测量OP的数量，并且可进行对OP分布的分析。如图1所示，OP的分布和数量相对于晶锭的位置是不同的。
OP的数量可通过LST方法来进行测量，其中可通过使用散射激光来进行缺陷的层析X射线摄影。
参见图2，通过由晶锭的籽晶到其收尾来薄薄地切割由Czochralski晶体生长法所生长的晶锭，可制备出许多晶片，通过使用颗粒计数器和原子聚焦显微镜来分析COP的分布，并且对COP的数量进行分析。COP的数量由晶锭的籽晶到其收尾会进一步降低，如图2所示。
通过将激光照射在裸晶上，并通过检测照射激光的散射光，而使用颗粒计数器来测量COP的数量。COP的分布可通过使用原子聚焦显微镜并扫描裸晶表面来进行分析。
参见图3，D缺陷的分布可以对通过薄薄地切割由Czochralski晶体生长法所生长的晶锭而制成的裸晶进行分析。可对D缺陷的数量进行分析，并且如图3所示，存在于裸晶边缘上的D缺陷的数量相对要比裸晶中央上的D缺陷数量低。
下面进行D缺陷的分析。首先，通过将裸晶放在含有由HF，K2Cr2O3和去离子水组成的Secco腐蚀溶液的容器中并保持一定温度，来对裸晶进行Secco腐蚀。腐蚀掉裸晶中的D缺陷，并且形成流型。通过使用显微镜来扫描流型，并且计量裸晶上D缺陷的数量，使得可检测D缺陷的分布。
通过切割图1-图3的晶锭所制成的裸晶的OP和COP数量相对于晶锭的位置是不同的。D缺陷的分布相对于裸晶的位置也是不同的。因此，在裸晶上所制成的半导体器件相对于不同的裸晶位置会具有不同的误操作可能性。也就是说，由裸晶制成的一些半导体器件会操作正常，而另一些则会误操作。
图4是按照本发明的一个实施例用以分析生成态裸晶上缺陷的流程图。
现参见图4，将在两个单晶生长炉中在通常生长条件下重复三次进行单晶生长处理所制成的六个单晶锭进行切割，并且由四个位置选出样品，即籽晶、中央1、中央2、和收尾，并且由每个位置和选出两个裸晶。也就是说，取得48片生成态裸晶。为了使分析结果标准化，可以选取更多的样品。
对于选取的48片裸晶，可以进行初始氧浓度的分析，以便测量存在于裸晶晶体上的氧浓度，其可能会是由于在半导体器件制造工艺中的OP而使半导体器件误操作的原因。初始氧浓度的测量可以通过FT-IR(傅立叶变换红外线)方法来进行，其中红外线可照射在裸晶上，并且根据由裸晶所反射的光来分析氧浓度。
然后，由测量了初始氧浓度的裸晶中选出24片样品，首先通过将裸晶放在具有由过氧化氢、去离子水和氢氧化胺等组成的清洗溶液的容器中进行大约2小时的清洗工艺，以便除去存在于裸晶上的杂质。
然后，在首先进行清洗工艺以除去裸晶上杂质以后，进行第二次清洗，以除去又附着在裸晶上的杂质。
然后，通过使用原子聚焦显微镜来测量存在于经过第二次清洗的裸晶上的COP数量。
然后，在对裸晶进行了Secco腐蚀以后，通过使用测量存在于裸晶上的D缺陷是数量。
对于测量了氧浓度的另外24片裸晶来说，进行热处理，以便在裸晶上形成薄热氧化膜，并且除去热氧化膜。根据热氧化膜的形成，生长存在于裸晶上的缺陷达到足以进行分析处理的大小。
通过使用清洗溶液来清洗除去了薄热氧化膜的裸晶，其中清洗溶液是由在适当速率下混合的过氧化氢、去离子水、和氢氧化胺组成的。
然后，通过使用颗粒计数器来计量存在于裸晶上的COP的数量，并且通过使用原子聚焦显微镜来分析存在于裸晶上的COP分布，以查看存在于裸晶上缺陷的端部迁移。
然后，通过进行LST方法来分析存在于经过上述颗粒计量处理的裸晶上的OP数量。此后，通过使用DLTS方法来分析存在于经过颗粒计量处理的裸晶上的重金属的量。
通过对裸晶施加电力并使用DLTS(深能级瞬时摄谱仪)方法来分析裸晶上的金属杂质，以便测量过电流。
如上所述，可以获得存在于裸晶上的COP和D缺陷的数量，其中裸晶是按照由单晶生长所形成晶锭位置来切割的，并且可以获得存在于除去了热氧化膜以后的裸晶上的COP和OP的分布以及重金属的量。
图5是用以分析裸晶上缺陷的工艺流程图，其中可按照本发明的一个实施例来完成与DRAM热处理相同的热处理。
现参照图5，对生成态裸晶进行取样，并且测量存在于裸晶上的氧初始浓度。存在于裸晶上的氧会形成在半导体制造工艺中裸晶内部的氧沉积，并且其就是使半导体器件误操作的原因。通过FT-IR方法对初始氧浓度进行分析，以使红外线照射在裸晶上，并且根据由裸晶所反射的红外线反射来测量氧浓度。
然后，在测量了初始氧浓度的裸晶上完成与重复地用于16M DRAM的热处理工艺相同的DRAM热处理工艺。
因此，存在于裸晶上的缺陷会大大生长，并且在裸晶上形成薄热氧化膜。
在注入杂质以后，也就是说，在裸晶上注入载体以后，为了分析裸晶上的更多的晶体缺陷，可测量寿命，其中寿命会在短期内显示，因为注入的载体会通过晶体缺陷如晶体内部的杂质、离子晶体缺陷、和表面的变形等而复合，并且会消失掉。
然后，在DRAM热出来工艺过程中除去裸晶上所形成的薄氧化膜以后，测量存在于裸晶上的后期氧浓度。因此，通过氧的初始浓度和后期浓度之间的差异，来检测累积在裸晶上的氧浓度，在16M DRAM热处理工艺过程中，一定量的氧沉积会固化在裸晶上。
然后，抽取一些测量了后期氧浓度的裸晶，并目通过使用LST方法来检测存在于其上的OP数量。
在检测了后期氧浓度的裸晶上形成薄氧化膜以后，完成检测泄漏电流的步骤。
最终，在抽取了经检测了后期氧浓度的其它裸晶以后，通过使用清洗溶液对其进行清洗，并且在裸晶上形成薄氧化膜，测量氧化膜的击穿电压。
因此，在16M DRAM形成过程中，检测缺陷的变化。如图9所示，可获得相对于晶锭位置在裸晶上所检测的泄漏电流，并且如图10所示，可获得在裸晶上所检测的OP数量和后期氧浓度。
图6是按照本发明的一个实施例用以分析通过加速热处理的裸晶上缺陷的工艺流程图。现参见图6，在抽取生成态裸晶以后，通过使用FT-IR方法，可测量存在于裸晶上的最初氧浓度。
完成加速热处理工艺以提供热量，使得在单晶生长工艺过程中形成D缺陷和OP。在该阶段，在裸晶上形成薄氧化膜。
测量寿命，即直到注入到裸晶上的载体消失为止的平均时间。
之后，除去在加速热处理工艺过程中在裸晶上所形成的氧化膜。
然后，测量存在于除去了氧化膜的裸晶上的后期氧浓度。通过由其最初氧浓度中减去后期氧浓度来确定累积的氧浓度，可检测在加速热处理过程中累积在裸晶上的氧沉积量。
最后，通过使用LST方法来确定存在于裸晶上的OP数量。
因此，在加速热处理过程中，可分析缺陷的变化。如图11所示，可获得相对于晶锭位置的存在于裸晶上的累积氧浓度，如图12所示，可获得相对于晶锭内部位置的裸晶上的OP数量。另外，还可以获得相对于累积氧浓度的OP数量。
按照在不经过上述分析过程的裸晶上形成16M DRAM以后分析产量的结果，具有较多缺陷的区域具有较低的产量，如图14所示。
因此，通过相对于晶锭的位置抽取许多裸晶，可进行各种分析处理，并且对在裸晶上的缺陷进行精确地分析，以便证实其与半导体器件的产量有关，从而改善其产量。
再有，在详细描述了本发明的同时，应当理解，可以对其进行各种改变、替换和变化，但其均不会脱离由后续权利要求所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中半导体晶锭是由单晶生长方法所形成的，该方法包括下列步骤a)由在相同晶体生长条件下所形成的许多晶锭形成晶片以后，相对于所述晶锭位置抽取晶片；b)在相对于所述晶锭内部每个位置选取一部分所述抽取的生成态晶片以后，分析生成态晶片的晶体的缺陷；c)在相对于所述晶锭内部位置的所述抽取的晶片中选出一些另外的晶片，在与半导体器件制造工艺的热处理工艺相同的温度条件下，在所述晶片上完成热处理工艺，并且分析晶体缺陷；d)再从相对于所述晶锭内部位置的所述抽取的晶片中选出一些另外的晶片，在所述晶片上完成加速热处理，并且分析晶片的晶体缺陷；和e)根据上述分析结果，评价相对于晶锭位置的晶体缺陷的状态。
2.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中所述晶锭是通过Czochralski生长方法所生长的硅锭。
3.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中分析的晶体缺陷包括OP(氧沉积)，COP(晶体取向颗粒)，D缺陷和重金属缺陷。
4.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中分析的每个步骤包括在所述晶片上每个晶体缺陷的分布和密度的测量。
5.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在上述每个分析步骤之前完成对所述每个抽取晶片的初始氧浓度的测量。
6.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析所述生成态晶片上的晶体缺陷的所述b)步骤中，在将一些所述抽取的晶片进行清洗以后，检测COP。
7.如权利要求6的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中通过使用颗粒计数器和原子聚焦显微镜来完成所述COP的分析。
8.如权利要求6的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析所述COP以后，在对所述晶片进行了Secco腐蚀以后，完成D缺陷的分析。
9.如权利要求8的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在对所述晶片进行了Secco腐蚀以后，通过使用显微镜进行扫描来完成所述D缺陷的分析。
10.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析所述生成态晶片上的晶体缺陷的所述b)步骤中，通过在所述抽取的晶片中的一些另外裸晶上形成氧化膜、除去它、并且清洗所述裸晶，来分析COP。
11.如权利要求10的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析所述COP以后，通过使用LST(激光散射层析X射线摄影发)方法来分析所述裸晶的OP。
12.如权利要求10的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析所述COP以后，通过使用DLTS(深能级瞬时分光计)方法来分析所述裸晶的重金属的量。
13.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析晶体缺陷的所述c)步骤中，在完成所述热处理工艺、除去形成在所述裸晶上的氧化膜、并且选出一些所述裸晶以后，通过使用LST方法来测量OP。
14.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析晶体缺陷的所述c)步骤中，在除去通过所述热处理在晶片上形成的氧化膜以后，由选出的一些另外的晶片来测量泄露电流。
15.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析晶体缺陷的所述c)步骤中，通过除去所述热处理工艺以后形成在晶片上的氧化膜、再选出一些另外的晶片、进行清洗、并且生长在所述晶片上的氧化膜，来测量氧化膜的击穿电压。
16.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析晶体缺陷的所述c)步骤中，在除去了由所述热处理工艺形成在晶片上的氧化膜以后，测量后期的氧浓度。
17.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析晶体缺陷的所述c)步骤中，在测量热处理后寿命，并且除去裸晶上所形成的氧化膜以后，分析晶体的缺陷。
18.如权利要求1的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析所述加速热处理工艺以后晶体缺陷的所述d)步骤中，通过除去在所述加速热处理工艺以后形成在晶片上的氧化膜，并且使用LST方法，来测量OP。
19.如权利要求18的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在分析除去了所述氧化膜以后的OP之前，测量后期的氧浓度。
20.如权利要求18的分析半导体晶锭上晶体缺陷的方法，其中在测量所述加速热处理工艺以后的寿命，并且除去了晶片上所形成的氧化膜以后，分析晶体缺陷。
全文摘要
本发明提供一种分析裸晶上晶体缺陷的方法,其中裸晶是通过切割由丘克拉斯基方法制成的单根生成态晶锭而制备的。分析裸晶上晶体缺陷的方法包括如说明书中所述的a)—e)个步骤来进行评价。
文档编号H01L21/02GK1197212SQ9810411
公开日1998年10月28日 申请日期1998年1月23日 优先权日1997年4月23日
发明者朴在勤, 崔秀烈, 李坤燮, 曺圭彻 申请人:三星电子株式会社