专利名称：显示重掺p型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液及其应用。
背景技术：
单晶硅中的空洞型缺陷(Void)是由空位的聚集而形成的，它们的存在不仅会使栅氧化物的完整性(GOI)受到严重破坏，还会造成PN结漏电、槽型电容短路或绝缘失效等问题，从而降低集成电路的成品率。因此需要一种简单快捷的方式来显示单晶硅中的空洞型缺陷，以控制这种有害缺陷。一般说来，空洞型缺陷依据检测方法不同而表现出不同的形式，分别称为 Crystal Originated Particle (COP)，Flow Pattern Defect (FPD)禾口 Light Scattering Tomography Defect(LSTD)0(1) COP是Void缺陷经过RCA —号液(氨水，双氧水，去离子水的混合溶液且其体积比为1 1 幻处理后出现的小腐蚀坑，它们在激光扫描颗粒度仪器的测试中表现为颗粒的形式。AFM观察结果表明C0P是大小在100-200nm左右的凹坑。(2) FPD的检测方法为将硅片垂直浸入Secco溶液(由0. 15mo VLK2Cr2O7和49% HF按体积比1 2混合制成)中腐蚀10-30分钟，腐蚀液与硅在Void处反应产生的氢气泡，影响了 Secco溶液的垂直流动，从而产生了 V字型的图形花样，由此形象地把它们称为流动图形缺陷。(3)LSTD通常是由红外激光散射断层谱(IR-LST)检测到的一种光点形式的缺陷。 由于此方法很难将大直径直拉硅中的Void和氧沉淀区分出来，所以用于研究Void时，需加上荧光光谱(PL)等相关辅助工具，所以测试手段繁杂，一般很少用于直拉硅中Void的研使用择优腐蚀液来表征空洞型缺陷是一种简单快捷的方法，因此获得广泛使用。 对于轻掺硅片来说，目前一般采用标准的Secco液来腐蚀显示硅片中的FPDs ；但是对于重掺硅片来说，由于载流子浓度增加导致腐蚀速率加快，使得硅单晶中正常晶格位置和缺陷位置的腐蚀速率相接近，从而削弱了择优腐蚀效果，比如，P型重掺硼的单晶硅片经标准 Secco液腐蚀后表面生成一种黑褐色的致密层，它覆盖在硅片表面，使得空洞型缺陷不能以 FPD显示。因而，适用于轻掺硅片的缺陷择优腐蚀液往往不适用于重掺硅片。为此，很有必要开发一种适合于重掺杂硅单晶中空洞型缺陷的显示剂。对于CrO3-HF-H2O体系，传统的腐蚀液有如下三种Sirtl液(Sirtl，E.，t ADLER， A. (1961). Z. Metallk, 1961. 52 :p. 529. ) > Schimmel if (Schimmel, D. G. , Defect etch for<100>silicon evaluatton. Journal of the Electrochemical Society,1979.126 (3) p. 479-483.)禾口 yang液(Yang,K. H. ,An Etch for Delineation of Defects in Silicon. Journal of The Electrochemical Society,1984. 131(5) :p. 1140-1145.)。Sirtl液含有5mol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49 % )，其体积比为1 1。它可以用来显示位错、层错以及氧沉淀，对(111)面效果最好。khimmel液对于电阻率大于0. 2Ω · cm的硅片，含有1. Omol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49% )，其体积比为1 2;对于电阻率小于0.2Ω 的硅片，含有 1. Omol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49%)，去离子水，其体积比为1 2 1.5。 它适用于显示(111)、(100)面的位错、层错以及氧沉淀。yang液含有1. 5mol/L的三氧化铬溶液，氢氟酸(质量浓度49% )，且其体积比为 1 1。它适用于显示(111)、(100)、(110)面的位错、层错以及氧沉淀。上述三种基于CrO3-HF-H2O体系的择优腐蚀液是针对硅单晶中的位错、层错以及氧沉淀等缺陷而发明的，不适用于硅单晶中空洞型缺陷的显示。
发明内容
本发明提供了一种显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液，该腐蚀液可用于电阻率低至2. 5mΩ -cm的<100>晶向重掺杂P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的显示，腐蚀效果好，腐蚀速度快，且显示图像清晰易辨。一种显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液，由摩尔浓度为0.25 0. 35mol/L的三氧化铬溶液和质量浓度为40% 49%的氢氟酸按体积比1 2 1 1混合制成。优选地，所述三氧化铬溶液的摩尔浓度为0. 3 0. 35mol/L。优选地，所述氢氟酸的质量浓度为40%。优选地，所述三氧化铬溶液和氢氟酸的体积比为1 2 2 3，更优选为2 3。本发明还提供了所述的腐蚀液在显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷中的应用， 包括以下步骤(1)用RCA标准清洗液清洗硅片；(2)将硅片置于上述腐蚀液中，静止15 60min ；(3)取出硅片，用去离子水清洗后显像。优选地，所述的重掺P型直拉硅单晶的掺杂浓度为2. 8 X IO18 4. SXlO1W0优选地，所述的重掺P型直拉硅单晶的电阻率为2. 5 19.細Ω · cm。所述的重掺P型直拉硅单晶可以为掺硼直拉硅单晶。所述的重掺P型直拉硅单晶可以为<100>晶向。步骤O)中，优选地，所述腐蚀液的温度为25 35°C ；更优选地，所述腐蚀液的温度为30°C，将腐蚀液维持在30°C的恒温下，有利于腐蚀液对硅片进行稳定腐蚀。本发明提供的腐蚀液基于CrO3-HF-H2O体系，由特定浓度的三氧化铬溶液和氢氟酸按一定比例混合配制而成，用于重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的显示，具有如下有益效果(1)腐蚀液适用范围广，可以用于掺杂浓度为2. 8X IOw 4. 5X IO19CnT3的<100> 晶向重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀，尤其适用于重掺杂、低阻P型直拉硅单晶空洞型缺陷的显示。(2)腐蚀速度快，腐蚀处理30min即可清晰显示与空洞型缺陷有关的流动图形缺陷。
(3)操作简单方便，且显示出的流动图形缺陷形貌规则，清晰易辨。
图1为实施例1采用本发明腐蚀液显示<100>晶向重掺硼直拉硅单晶的流动图形缺陷的光学显微照片；图2为对比例1采用标准Secco液显示<100>晶向重掺硼直拉硅单晶的流动图形缺陷的光学显微照片；图3为实施例2采用本发明腐蚀液显示<100>晶向重掺硼直拉硅单晶的流动图形缺陷的光学显微照片。
具体实施例方式实施例1采用腐蚀液显示<100>晶向重掺硼直拉硅单晶中的空洞型缺陷硅片为<100>晶向重掺硼直拉硅单晶，其掺杂浓度为2.8X1018cm_3，电阻率为 19. 4m Ω · cm。腐蚀液的配制分别配制摩尔浓度0. 35mol/L的三氧化铬溶液和质量浓度40%的氢氟酸；按照体积比2 3的比例，用量筒量取氢氟酸加入到三氧化铬溶液中，混合均勻。腐蚀液用于硅片空洞型缺陷的显示，具体步骤包括(1)用RCA标准清洗液清洗硅片；(2)将放有腐蚀液的烧杯放入30°C的恒温水浴锅中；(3)将清洗过的硅片竖直放入恒温腐蚀液中，静止腐蚀30min ；(4)取出硅片，用去离子水清洗几次后，置于光学显微镜下观察缺陷并拍摄缺陷形貌，结果见图1。对比例1按照本实施例的操作，其中，腐蚀液用标准的Secco液替代，标准的Secco液由 K2Cr2O7溶液(浓度为0. 0375mol/L)和氢氟酸(浓度为40% )按体积比1 2混合制成； 静止腐蚀时间为60min ；其余步骤相同。具体结果见图2。对比图1与图2可以看出(1)采用实施例1的腐蚀液对硅片进行腐蚀，腐蚀速度快，腐蚀30min即可清晰显示与空洞型缺陷有关的流动图形缺陷。(2)采用实施例1的腐蚀液显示出的流动图形缺陷形貌规则，清晰易辨；而采用对比例1传统的Secco液腐蚀硅片时，显示出的流动图形形貌不规则且易重叠，不易辨认。实施例2采用腐蚀液显示<100>晶向重掺硼直拉硅单晶中的空洞型缺陷硅片为<100>晶向重掺硼直拉硅单晶，其掺杂浓度为4. 5X1019cm_3，电阻率为 2. 5m Ω · cm。腐蚀液的配制分别配制摩尔浓度0. 25mol/L的三氧化铬溶液和质量浓度40%的氢氟酸；按照体积比2 3的比例，用量筒量取氢氟酸加入到三氧化铬溶液中，混合均勻。腐蚀液用于硅片空洞型缺陷的显示，具体步骤与实施例1中的相同，经光学显微镜拍摄后的缺陷形貌见图3。由图3可以看出采用该腐蚀液显示出的流动图形缺陷形貌规则，清晰易辨。
实施例3采用腐蚀液显示<100>晶向重掺硼直拉硅单晶中的空洞型缺陷硅片为<100>晶向重掺硼直拉硅单晶，其掺杂浓度为4. 5X1019cm_3，电阻率为 2. 5m Ω · cm。腐蚀液的配制分别配制摩尔浓度0. 3mol/L的三氧化铬溶液和质量浓度40%的氢氟酸；按照体积比2 3的比例，用量筒量取氢氟酸加入到三氧化铬溶液中，混合均勻。腐蚀液用于硅片空洞型缺陷的显示，具体步骤与实施例1中的相同，经光学显微镜拍摄后，缺陷形貌与实施例2的结果相似。
权利要求
1.一种显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液，其特征在于，由摩尔浓度为 0. 25 0. 35mol/L的三氧化铬溶液和质量浓度为40% 49%的氢氟酸按体积比1 2 1 1混合制成。
2.根据权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，所述三氧化铬溶液的摩尔浓度为0.3 0.35mol/L。
3.如权利要求1或2所述的腐蚀液在显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的重掺P型直拉硅单晶的掺杂浓度为 2. 8 X IO18 4. 5X1019cm_3。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的重掺P型直拉硅单晶的电阻率为 2. 5 19. 4m Ω · cm。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的重掺P型直拉硅单晶为掺硼直拉硅
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，包括以下步骤 (1)用RCA标准清洗液清洗硅片；⑵将硅片置于权利要求1或2所述的腐蚀液中，静止15 60min ； (3)取出硅片，用去离子水清洗后显像。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述腐蚀液的温度为25 35°C。
全文摘要
本发明公开了一种显示重掺P型直拉硅单晶空洞型缺陷的腐蚀液及其应用。该腐蚀液由摩尔浓度为0.25～0.35mol/L的三氧化铬溶液和质量浓度为40％～49％的氢氟酸按体积比1∶2～1∶1混合制成。该腐蚀液适用范围广，可以用于掺杂浓度为2.8×1018～4.5×1019cm-3的晶向重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀，尤其适用于重掺杂、低阻P型直拉硅单晶空洞型缺陷的显示；具有腐蚀速度快，腐蚀效果好，图像形貌规则、清晰易辨，操作简单方便等特点。
文档编号C23F1/24GK102425011SQ20111036613
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者徐涛, 杨德仁, 马向阳 申请人:浙江大学