專利名稱：硅片外延線性缺陷的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝中的測量方法，特別是硅片外延的缺陷測定方法。

背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，當(dāng)硅片的生長外延溫度分布不均勻時(shí)，在硅片與缺角水平或垂直處會產(chǎn)生缺陷。在產(chǎn)生線性缺陷(Slip)的同時(shí)，會在缺陷處將成長時(shí)所蓄積的應(yīng)力釋放。在現(xiàn)有的技術(shù)中，測定硅片生長外延處的缺陷的方法主要有 目檢方法，即在強(qiáng)光燈下對外延表面線缺陷進(jìn)行檢查，這這種方法對于較細(xì)微的或內(nèi)部的缺陷不能感知，且隨操作人員有差異； 采用顆粒測試機(jī)進(jìn)行檢查，這種方法對內(nèi)部的缺陷同樣不能感知，而且新型能感知內(nèi)部缺陷的顆粒測試儀器價(jià)格較貴； 采用鉻酸對外延片進(jìn)行腐蝕處理，在缺陷處和非缺陷處采用一樣的刻蝕速率，通過外延殘留來觀察缺陷，這種方法對于硅片會造成損傷，且花費(fèi)時(shí)間長。
因此在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中，為檢測硅片線性外延的缺陷，迫切需要一種便捷的無損測量方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種硅片外延線性缺陷的測定方法，用以測定硅片與缺角水平或垂直處所產(chǎn)生的線性缺陷，能測定硅片內(nèi)部和外部的線性缺陷，并在測定過程中保持硅片的完整。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明硅片外延線性缺陷的測定方法包括如下步驟步驟一，在硅片外延薄膜生長前，選取多點(diǎn)測量外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑；步驟二，在外延生長完成后，測量外延膜厚；步驟三，測量外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑；步驟四，根據(jù)前述外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑、外延膜厚和外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑，計(jì)算硅片外延部分的應(yīng)力；步驟五，根據(jù)硅片外延部分的應(yīng)力變化判定是否存在線性缺陷。
本發(fā)明通過對硅片外延生長后應(yīng)力的測量來判定硅片是否存在線性缺陷，可使用半導(dǎo)體工廠常用的應(yīng)力儀完成，便捷而準(zhǔn)確。



圖1是硅片外延應(yīng)力測試結(jié)果的示意圖，無線性缺陷(slip)產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)力值非常穩(wěn)定，而當(dāng)某一點(diǎn)應(yīng)力的絕對值有突然下降時(shí)，則該點(diǎn)有線性缺陷發(fā)生； 圖2是外延中線性缺陷示意圖，當(dāng)生長外延溫度分布不均衡，在硅片與缺角水平或垂直處會產(chǎn)生線性缺陷，在微觀下，線性缺陷也就是本來應(yīng)該非常有序的晶格分布會變的有斷裂不連續(xù)，在產(chǎn)生線性缺陷(Slip)的同時(shí)會在缺陷處將成長時(shí)所蓄積的應(yīng)力釋放； 圖3是光學(xué)應(yīng)力測定儀的工作原理圖； 圖4是應(yīng)力儀掃描長度和反射光線與反射光線夾角的一半的關(guān)系圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明基于這樣的原理當(dāng)硅片生長外延溫度分布不均衡時(shí)，在硅片與缺角水平或垂直處就會產(chǎn)生線性缺陷，在產(chǎn)生線性缺陷(Slip)的同時(shí)會在缺陷處將成長時(shí)所蓄積的應(yīng)力釋放，而當(dāng)應(yīng)力絕對值有突變時(shí)，一定有線性缺陷(Slip)產(chǎn)生；所以可以考慮通過應(yīng)力測定儀器，對于給定工藝(給定的生長溫度，壓力，氣體流量等)下生長的外延進(jìn)行應(yīng)力測定，并據(jù)此判定是否存在缺陷，對缺陷的進(jìn)行感知和管理。
本發(fā)明所提供的方法按照如下步驟執(zhí)行 步驟一，在硅片外延薄膜生長前，選取多點(diǎn)測量外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑； 步驟二，在外延生長完成后，測量外延膜厚； 步驟三，測量外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑； 步驟四，根據(jù)前述外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑、外延膜厚和外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑，計(jì)算硅片外延部分的應(yīng)力； 步驟五，根據(jù)硅片外延部分的應(yīng)力變化判定是否存在線性缺陷。
在生長外延前需要測量外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑，可用應(yīng)力測定儀來完成，在應(yīng)力測定儀中需要將相應(yīng)的批次編號輸入，以方便在外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑測量時(shí)識別；然后是外延生長，生長完成后需要進(jìn)行外延膜厚測量，這一般是由傅立葉變換紅外吸收光譜儀完成的；最后將測量得知的外延膜厚輸入應(yīng)力測定儀，并進(jìn)行外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑測量。
半導(dǎo)體制造公司通用的光學(xué)應(yīng)力測定儀的工作原理如圖3所示，由激光發(fā)生器發(fā)射出一束激光，通過鏡面反射垂直(與裝載平臺垂直)入射到硅片表面，由于硅片的應(yīng)力彎曲，在硅片表面的入射角和反射角之間會成2θ角度，硅片反射的激光經(jīng)過檢測器檢知以得出θ。通過如圖3的光學(xué)應(yīng)力測試可以得出如圖4掃描長度X與角度θ關(guān)系圖，由于1/R＝dθ/dt即曲率半徑是掃描長度X與角度θ關(guān)系曲線的斜率，由此可以得出曲率半徑的值。測量應(yīng)力時(shí)進(jìn)行直線徑直掃描，測量膜厚時(shí)進(jìn)行放射狀多點(diǎn)掃描。
應(yīng)力可通過外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑、外延薄膜厚度和外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑計(jì)算得出，計(jì)算按照下述公式進(jìn)行 σ＝E/(1-v)(h2/6t)(1/R2-1/R1) 其中σ是外延薄膜的平均應(yīng)力，其單位為Pa； E/(1-v)是襯底的雙軸彈性模數(shù)，對于半導(dǎo)體常用的Si(100)來說為1.805×1011Pa； h是襯底的厚度，其單位為m； t是外延薄膜的厚度；其單位為m； R1是外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑，其單位為m； R2是外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑，其單位為m。
通過對日常應(yīng)力測試結(jié)果的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，如果有應(yīng)力大幅度的變化，一般是大于50MPa時(shí)，代表線缺陷一定存在。
本發(fā)明通過測量硅片的應(yīng)力狀況外延線性缺陷進(jìn)行管理和感知，可以測出硅片內(nèi)部和較輕微的線性缺陷，運(yùn)用半導(dǎo)體工廠常用的應(yīng)力儀即可完成，簡單方便，成本低廉，而且不會損傷硅片。
權(quán)利要求
1.一種硅片外延線性缺陷的測定方法，用以測定硅片與缺角水平或垂直處所產(chǎn)生的線性缺陷，其特征是，包括如下步驟
步驟一，在硅片外延薄膜生長前，選取多點(diǎn)測量外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑；
步驟二，在外延生長完成后，測量外延膜厚；
步驟三，測量外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑；
步驟四，根據(jù)前述外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑、外延膜厚和外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑，計(jì)算硅片外延部分的應(yīng)力；
步驟五，根據(jù)硅片外延部分的應(yīng)力變化判定是否存在線性缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅片外延線性缺陷的測定方法，其特征是，按照下述公式進(jìn)行所述步驟四中的應(yīng)力計(jì)算
σ＝E/(1-v)(h2/6t)(1/R2-1/R1)
其中，σ是外延應(yīng)力；
E/(1-v)是硅片襯底的雙軸彈性模數(shù)；
h是襯底的厚度；
t外延薄膜的厚度；
R1是外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑；
R2是外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅片外延線性缺陷的測定方法，其特征是，所述步驟五中判定是否存在線性缺陷的判據(jù)為如果硅片外延部分的應(yīng)力在某一點(diǎn)變化幅度超過50MPa，則判定該點(diǎn)存在線性缺陷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅片外延線性缺陷的測定方法，包括如下步驟在硅片外延薄膜生長前，選取多點(diǎn)測量外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑；在外延生長完成后，測量外延膜厚；測量外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑；根據(jù)前述外延薄膜成膜前襯底的曲率半徑、外延膜厚和外延薄膜成膜后襯底的曲率半徑，計(jì)算硅片外延部分的應(yīng)力；根據(jù)硅片外延部分的應(yīng)力變化判定是否存在線性缺陷。本發(fā)明通過對硅片外延生長后應(yīng)力的測量來判定硅片是否存在線性缺陷，可使用半導(dǎo)體工廠常用的應(yīng)力儀完成，便捷而準(zhǔn)確。
文檔編號H01L21/66GK101110379SQ20061002924
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者王劍敏 申請人:上海華虹Nec電子有限公司