硅片金属污染测试方法及装置

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种硅片金属污染测试方法及装置。

背景技术

随着半导体工业的发展，对硅材料的质量提出了越来越高的要求，其中少数载流子(少子)扩散长度和少子寿命是一个被关注的表征材料性能的重要物理参数。由于金属杂质可以通过热过程从硅片的表面扩散进内部，成为间隙金属，其是非常有效的复合中心，会大大促进载流子的复合，从而会降低硅片少子寿命，进而影响器件的性能和可靠性，因此金属污染是影响少子扩散长度和少子寿命的主要因素之一。

然而，在半导体制造过程中，接触产品的设备及冶具等，极易对产品形成金属污染，被金属污染后的硅片在制作器件时，会严重影响器件的可靠性和成品率。

现有技术中，对于硅片金属污染测试大多通过铬酸处理进行格拉夫(Graff)测试，即将硅片先进行热处理，以将金属污染成分驱入硅片内，而后将硅片浸泡在铬酸中，以对硅片进行铬酸处理，而后对硅片进行清洗工序，最后在强光的灯照射下，进行人工目检，以观测硅片有无雾状痕迹，以此来判断硅片是否通过测试。然而该测试方法由于需要人为判断，因此测试结果的准确率较低；且需要采用铬酸进行酸处理，而由于铬酸对人体及环境均有害，因此在应用中已受到限制，如2019年上海市已对铬酸的使用进行管控；且在进行铬酸处理后，还需对硅片进行清洗工序，从而测试步骤较为繁琐、耗时，浪费了人力及物力资源。

因此，提供一种硅片金属污染测试方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅片金属污染测试方法及装置，用于解决现有技术中硅片金属污染测试方法步骤繁琐、耗时，浪费资源的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种硅片金属污染测试方法，包括以下步骤：

对硅片进行热处理；

对所述硅片进行SPV测试，获取所述硅片中关于金属污染含量的SPV测试数据；

对所述SPV测试数据进行SPC数据分析，获取所述SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断所述硅片的质量。

可选地，所述金属污染含量包括单位体积上的Ni金属原子个数及Cu金属原子个数中的一种或组合。

可选地，所述热处理的加热温度为700℃～900℃。

可选地，所述阈值的取值范围为5E10/cm

本发明还提供一种硅片金属污染测试装置，所述硅片金属污染测试装置包括：

硅片热处理设备，所述硅片热处理设备对硅片进行热处理；

SPV测试设备，所述SPV测试设备对所述硅片进行SPV测试，获得所述硅片中关于金属污染含量的SPV测试数据；

SPC数据分析设备，所述SPC数据分析设备对所述SPV测试数据进行SPC数据分析，获得所述SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断所述硅片的质量。

可选地，所述硅片依次自所述硅片热处理设备、SPV测试设备及SPC数据分析设备进行自动化传输。

可选地，所述SPV测试设备及SPC数据分析设备集成于同一设备内。

可选地，所述硅片金属污染测试装置还包括报警设备，所述报警设备包括声报警设备及光报警设备中的一种或组合，或所述报警设备为声光报警设备。

可选地，所述硅片金属污染测试装置适用于对所述硅片中的Ni金属及Cu金属中的一种或组合进行测试。

可选地，所述SPC数据分析设备中设定的所述阈值的取值范围为5E10/cm

如上所述，本发明的硅片金属污染测试方法及装置，在对硅片进行热处理后，通过对硅片进行SPV测试，可获取硅片中关于金属污染含量的SPV测试数据；通过对SPV测试数据进行SPC数据分析，可获取SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断硅片的质量。本发明可实现对硅片金属污染的数字化及自动化测试，以提高测试灵敏度、测试准确率及测试效率；无需使用络酸，从而可降低污染及危险系数，且无需进行清洗工序；从而本发明可对硅片金属污染进行方便、快捷、灵敏度高、准确率高、有效节约人力及物力资源的测试。

附图说明

图1显示为本发明实施例中硅片金属污染测试方法的工艺流程示意图。

图2显示为本发明实施例中硅片金属污染测试装置的结构框图。

图3显示为本发明实施例中SPV测试数据与阈值的比对结果示意图。

元件标号说明

100 第一阈值

200 第二阈值

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

如背景技术所述，由于现有技术对硅片金属污染测试存在诸多的问题，从而迫切需要寻找可替换的解决技术方案。

由于SPV测试(表面光电压测试)是一种非破坏性可全片扫描测量硅片少数载流子寿命、扩散长度及金属杂质含量的先进方法。它的测试原理是通过测量由于光照在半导体材料表面产生的表面电压来获得少数载流子扩散长度的方法，其通过载流子扩散长度在光照前后的变化计算出金属的含量，计算公式如：N

因此，基于SPV测试的原理，发明人进行了以下验证试验，具体操作如下：

采用ICPMS标准溶液，分别配制浓度为3ppb与0.03ppb的铜溶液及镍溶液，并提供第一硅片及第二硅片；

在第一硅片上的不同区域上分别滴放浓度为3ppb的铜溶液和浓度为3ppb的镍溶液；并在第二硅片上的不同区域上分别滴放浓度为0.03ppb的铜溶液和浓度为0.03ppb的镍溶液；

将第一硅片及第二硅片放入通风柜，进行常温干燥12h；

在第一硅片及第二硅片的表面分别生长2μm厚的外延硅层，以使金属完全处于外延硅层与硅片之间，形成第一复合硅片及第二复合硅片；

使用5％的HF溶液，清洗第一硅片及第二硅片10min，以避免复合硅片的表面的金属成分对测量结果的干扰；

采用SPV测量设备测试第一复合硅片及第二复合硅片。

上述验证试验的结果表面采用SPV测量设备，可清晰反应第一复合硅片及第二复合硅片内铜金属及镍金属所对应的位置以及金属污染含量。从而SPV测量设备可应用于对硅片中的金属进行数据的采集。

而SPC(Statistical Process Control)数据分析是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它可对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时的发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，以达到控制质量的目的。

因此，发明人基于SPV测试及SPC数据分析，提出了一种硅片金属污染测试方法及硅片金属污染测试装置，以解决现有技术中硅片金属污染测试方法步骤繁琐、耗时，以及浪费资源等的问题。

如图1所示，本实施例提供一种硅片金属污染测试方法，所述硅片金属污染测试方法包括以下步骤：

对硅片进行热处理；

对所述硅片进行SPV测试，获取所述硅片中关于金属污染含量的SPV测试数据；

对所述SPV测试数据进行SPC数据分析，获取所述SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断所述硅片的质量。

本实施例的所述硅片金属污染测试方法，在对所述硅片进行热处理后，通过对所述硅片进行所述SPV测试，可获取所述硅片中关于所述金属污染含量的所述SPV测试数据；通过对所述SPV测试数据进行所述SPC数据分析，可获取所述SPV测试数据与所述阈值的比对结果，以判断所述硅片的质量。

本实施例可实现对所述硅片金属污染的数字化及自动化测试，从而可提高测试灵敏度、测试准确率及测试效率；无需使用络酸，从而可降低污染及危险系数，且无需进行清洗工序；从而提供一种测试方便、快捷、灵敏度高、准确率高，可有效节约人力及物力资源的测试方法。具体包括：

首先，提供硅片，并将所述硅片置入加热炉内，以对所述硅片进行热处理。

具体的，可利用机械手臂将所述硅片送入所述加热炉内，以进行所述热处理，从而通过所述热处理可使得金属杂质可以通过热过程从所述硅片的表面扩散进所述硅片的内部，以成为间隙金属原子，以使得所述金属杂质可与所述硅片形成金属复合物，以便于后续采用SPV测试设备对所述硅片进行SPV测试。其中，关于所述硅片的尺寸及热处理的设备的种类，此处不作限定。

作为示例，所述热处理的加热温度为700℃～900℃。

具体的，由于通过所述热处理可使得所述金属杂质扩散进所述硅片的内部，以使所述金属杂质可与所述硅片形成金属复合物，从而为提高测试的准确性，本实施例中，优选所述热处理的加热温度为700℃～900℃，如700℃、750℃、800℃及900℃等，但并非局限于此，以确保所述金属杂质完全扩散进所述硅片的内部。具体可根据需要设置所述热处理的加热温度，此处不作过分限制。

接着，对所述硅片进行所述SPV测试，以获取所述硅片中关于所述金属污染含量的SPV测试数据。

具体的，关于所述SPV测试设备的结构及测试操作等，此处不作过分限定，可直接采用现有的SPV测试设备进行，当然也可根据需要对现有的SPV测试设备进行适应性的改进，以根据需要形成新的SPV测试设备，此处不作过分限制。

作为示例，所述金属污染含量包括单位体积上的Ni金属原子个数及Cu金属原子个数中的一种或组合。

具体的，在半导体制造过程中，用于制造的设备及冶具等，极易对所述硅片形成金属污染，其中金属杂质主要包括Cu金属及Ni金属，被金属污染后的所述硅片在制作后续的半导体器件时，会严重影响半导体器件的可靠性和成品率，从而需要对所述硅片中的所述金属污染含量进行测量及管控，以制备高质量的所述硅片供后续工艺使用，从而制造出高质量的半导体器件。

本实施例中，所述金属污染含量可包括单位体积上的Cu金属原子个数及Ni金属原子个数中的一种或组合，但所述金属杂质的种类并非局限于此，所述金属污染含量的表征也并非仅局限于此。

接着，对所述SPV测试数据进行SPC数据分析，获取所述SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断所述硅片的质量。

具体的，通过将所述SPV测试数据导入到设置有所述阈值的SPC数据分析设备中后，可通过SPC数据分析，对所述SPV测试数据进行自动化的比对，从而通过获得的所述SPV测试数据与所述阈值的比对结果，即可自动判断所述硅片的质量，以及时有效的获得灵敏度高、准确率高的测试结果，从而提高效率、节约人力与物力。其中，关于所述SPC数据分析设备的种类此处不作限定，有关所述SPC数据分析的操作，可根据应用的设备的种类进行适应性变换，此处不作限定。

作为示例，所述阈值的取值范围为5E10/cm

具体的，参阅图3，当在获取所述SPV测试数据后，可将所述SPV测试数据与所述阈值进行比对，以对所述硅片的质量进行数字化及自动化的判断。其中，所述阈值的设定可为5E10/cm

参阅图2，本实施例还提供一种硅片金属污染测试装置，所述硅片金属污染测试装置包括：硅片热处理设备、SPV测试设备及SPC数据分析设备，其中，所述硅片热处理设备对硅片进行热处理；所述SPV测试设备对所述硅片进行SPV测试，获得所述硅片中关于金属污染含量的SPV测试数据；所述SPC数据分析设备对所述SPV测试数据进行SPC数据分析，获得所述SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断所述硅片的质量。可以理解所述硅片金属污染测试装置还包括控制器等设备，以实现智能化管控，此处不作过分限定。

作为示例，所述硅片依次自所述硅片热处理设备、SPV测试设备及SPC数据分析设备进行自动化传输。

具体的，所述硅片热处理设备、SPV测试设备及SPC数据分析设备可独立设置，但并非局限于此，所述硅片热处理设备、SPV测试设备及SPC数据分析设备也可集成于同一台装置中，以降低设备占用面积，缩短传输路径等。其中3台设备可在进出口处设置硅片传输部件以实现自动化传输所述硅片的目的，以降低测试过程中，对所述硅片的污染及损伤，如所述传输部件可采用机械手臂等，但并非局限于此。关于所述硅片热处理设备、SPV测试设备及SPC数据分析设备的连接方式及布局等，此处不作过分限制。

作为示例，所述SPV测试设备及SPC数据分析设备集成于同一设备内。

具体的，当将所述SPV测试设备及SPC数据分析设备集成于同一设备内时，可及时有效地获得所述硅片的质量结果，从而可进一步的提高测试效率，但并非局限于此，所述SPV测试设备及SPC数据分析设备也可独立设置。

作为示例，所述硅片金属污染测试装置还可包括报警设备，所述报警设备可包括声报警设备及光报警设备中的一种或组合，或所述报警设备为声光报警设备。

具体的，所述报警设备可与所述SPC数据分析设备电连接，当所述金属污染含量不小于(大于或等于)所述阈值时，即所述硅片被判定为残次品时，则通过所述报警设备可发出声或光、或声光相结合的警报，以及时的提醒工作人员，从而可及时引起工作人员的注意，以进行及时的处理，缩小异常产品的数量，降低损失。

作为示例，所述硅片金属污染测试装置可适用于对所述硅片中的Ni金属及Cu金属中的一种或组合进行测试，但并非局限于此。

作为示例，所述SPC数据分析设备中设定的所述阈值的取值范围可为5E10/cm

具体的，当所述SPC数据分析设备获取所述SPV测试数据后，可将所述SPV测试数据与设定在所述SPC数据分析设备中的所述阈值进行比对，以实现对所述硅片质量的数字化、自动化的判断。其中，所述阈值的设定可为5E10/cm

综上所述，本发明的硅片金属污染测试方法及装置，在对硅片进行热处理后，通过对硅片进行SPV测试，可获取硅片中关于金属污染含量的SPV测试数据；通过对SPV测试数据进行SPC数据分析，可获取SPV测试数据与阈值的比对结果，以判断硅片的质量。本发明可实现对硅片金属污染的数字化及自动化测试，以提高测试灵敏度、测试准确率及测试效率；无需使用络酸，从而可降低污染及危险系数，且无需进行清洗工序；从而本发明可对硅片金属污染进行方便、快捷、灵敏度高、准确率高、有效节约人力及物力资源的测试。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。