專利名稱：顯示重摻p型直拉硅單晶空洞型缺陷的腐蝕液及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的腐蝕液及其應用。
背景技術：
單晶硅中的空洞型缺陷(Void)是由空位的聚集而形成的，它們的存在不僅會使柵氧化物的完整性(GOI)受到嚴重破壞，還會造成PN結漏電、槽型電容短路或絕緣失效等問題，從而降低集成電路的成品率。因此需要一種簡單快捷的方式來顯示單晶硅中的空洞型缺陷，以控制這種有害缺陷。一般說來，空洞型缺陷依據檢測方法不同而表現出不同的形式，分別稱為 Crystal Originated Particle (COP)，Flow Pattern Defect (FPD)禾口 Light Scattering Tomography Defect(LSTD)0(1) COP是Void缺陷經過RCA —號液(氨水，雙氧水，去離子水的混合溶液且其體積比為1 1 幻處理后出現的小腐蝕坑，它們在激光掃描顆粒度儀器的測試中表現為顆粒的形式。AFM觀察結果表明C0P是大小在100-200nm左右的凹坑。(2) FPD的檢測方法為將硅片垂直浸入Secco溶液(由0. 15mo VLK2Cr2O7和49% HF按體積比1 2混合制成)中腐蝕10-30分鐘，腐蝕液與硅在Void處反應產生的氫氣泡，影響了 Secco溶液的垂直流動，從而產生了 V字型的圖形花樣，由此形象地把它們稱為流動圖形缺陷。(3)LSTD通常是由紅外激光散射斷層譜(IR-LST)檢測到的一種光點形式的缺陷。 由于此方法很難將大直徑直拉硅中的Void和氧沉淀區分出來，所以用于研究Void時，需加上熒光光譜(PL)等相關輔助工具，所以測試手段繁雜，一般很少用于直拉硅中Void的研使用擇優腐蝕液來表征空洞型缺陷是一種簡單快捷的方法，因此獲得廣泛使用。 對于輕摻硅片來說，目前一般采用標準的Secco液來腐蝕顯示硅片中的FPDs ；但是對于重摻硅片來說，由于載流子濃度增加導致腐蝕速率加快，使得硅單晶中正常晶格位置和缺陷位置的腐蝕速率相接近，從而削弱了擇優腐蝕效果，比如，P型重摻硼的單晶硅片經標準 Secco液腐蝕后表面生成一種黑褐色的致密層，它覆蓋在硅片表面，使得空洞型缺陷不能以 FPD顯示。因而，適用于輕摻硅片的缺陷擇優腐蝕液往往不適用于重摻硅片。為此，很有必要開發一種適合于重摻雜硅單晶中空洞型缺陷的顯示劑。對于CrO3-HF-H2O體系，傳統的腐蝕液有如下三種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的三氧化鉻溶液，氫氟酸(質量濃度49 % )，其體積比為1 1。它可以用來顯示位錯、層錯以及氧沉淀，對(111)面效果最好。khimmel液對于電阻率大于0. 2Ω · cm的硅片，含有1. Omol/L的三氧化鉻溶液，氫氟酸(質量濃度49% )，其體積比為1 2;對于電阻率小于0.2Ω 的硅片，含有 1. Omol/L的三氧化鉻溶液，氫氟酸(質量濃度49%)，去離子水，其體積比為1 2 1.5。 它適用于顯示(111)、(100)面的位錯、層錯以及氧沉淀。yang液含有1. 5mol/L的三氧化鉻溶液，氫氟酸(質量濃度49% )，且其體積比為 1 1。它適用于顯示(111)、(100)、(110)面的位錯、層錯以及氧沉淀。上述三種基于CrO3-HF-H2O體系的擇優腐蝕液是針對硅單晶中的位錯、層錯以及氧沉淀等缺陷而發明的，不適用于硅單晶中空洞型缺陷的顯示。

發明內容
本發明提供了一種顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的腐蝕液，該腐蝕液可用于電阻率低至2. 5mΩ -cm的<100>晶向重摻雜P型直拉硅單晶中空洞型缺陷的顯示，腐蝕效果好，腐蝕速度快，且顯示圖像清晰易辨。一種顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的腐蝕液，由摩爾濃度為0.25 0. 35mol/L的三氧化鉻溶液和質量濃度為40% 49%的氫氟酸按體積比1 2 1 1混合制成。優選地，所述三氧化鉻溶液的摩爾濃度為0. 3 0. 35mol/L。優選地，所述氫氟酸的質量濃度為40%。優選地，所述三氧化鉻溶液和氫氟酸的體積比為1 2 2 3，更優選為2 3。本發明還提供了所述的腐蝕液在顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷中的應用， 包括以下步驟(1)用RCA標準清洗液清洗硅片；(2)將硅片置于上述腐蝕液中，靜止15 60min ；(3)取出硅片，用去離子水清洗后顯像。優選地，所述的重摻P型直拉硅單晶的摻雜濃度為2. 8 X IO18 4. SXlO1W0優選地，所述的重摻P型直拉硅單晶的電阻率為2. 5 19.細Ω · cm。所述的重摻P型直拉硅單晶可以為摻硼直拉硅單晶。所述的重摻P型直拉硅單晶可以為<100>晶向。步驟O)中，優選地，所述腐蝕液的溫度為25 35°C ；更優選地，所述腐蝕液的溫度為30°C，將腐蝕液維持在30°C的恒溫下，有利于腐蝕液對硅片進行穩定腐蝕。本發明提供的腐蝕液基于CrO3-HF-H2O體系，由特定濃度的三氧化鉻溶液和氫氟酸按一定比例混合配制而成，用于重摻P型直拉硅單晶中空洞型缺陷的顯示，具有如下有益效果(1)腐蝕液適用范圍廣，可以用于摻雜濃度為2. 8X IOw 4. 5X IO19CnT3的<100> 晶向重摻P型直拉硅單晶中空洞型缺陷的擇優腐蝕，尤其適用于重摻雜、低阻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的顯示。(2)腐蝕速度快，腐蝕處理30min即可清晰顯示與空洞型缺陷有關的流動圖形缺陷。
(3)操作簡單方便，且顯示出的流動圖形缺陷形貌規則，清晰易辨。


圖1為實施例1采用本發明腐蝕液顯示<100>晶向重摻硼直拉硅單晶的流動圖形缺陷的光學顯微照片；圖2為對比例1采用標準Secco液顯示<100>晶向重摻硼直拉硅單晶的流動圖形缺陷的光學顯微照片；圖3為實施例2采用本發明腐蝕液顯示<100>晶向重摻硼直拉硅單晶的流動圖形缺陷的光學顯微照片。
具體實施例方式實施例1采用腐蝕液顯示<100>晶向重摻硼直拉硅單晶中的空洞型缺陷硅片為<100>晶向重摻硼直拉硅單晶，其摻雜濃度為2.8X1018cm_3，電阻率為 19. 4m Ω · cm。腐蝕液的配制分別配制摩爾濃度0. 35mol/L的三氧化鉻溶液和質量濃度40%的氫氟酸；按照體積比2 3的比例，用量筒量取氫氟酸加入到三氧化鉻溶液中，混合均勻。腐蝕液用于硅片空洞型缺陷的顯示，具體步驟包括(1)用RCA標準清洗液清洗硅片；(2)將放有腐蝕液的燒杯放入30°C的恒溫水浴鍋中；(3)將清洗過的硅片豎直放入恒溫腐蝕液中，靜止腐蝕30min ；(4)取出硅片，用去離子水清洗幾次后，置于光學顯微鏡下觀察缺陷并拍攝缺陷形貌，結果見圖1。對比例1按照本實施例的操作，其中，腐蝕液用標準的Secco液替代，標準的Secco液由 K2Cr2O7溶液(濃度為0. 0375mol/L)和氫氟酸(濃度為40% )按體積比1 2混合制成； 靜止腐蝕時間為60min ；其余步驟相同。具體結果見圖2。對比圖1與圖2可以看出(1)采用實施例1的腐蝕液對硅片進行腐蝕，腐蝕速度快，腐蝕30min即可清晰顯示與空洞型缺陷有關的流動圖形缺陷。(2)采用實施例1的腐蝕液顯示出的流動圖形缺陷形貌規則，清晰易辨；而采用對比例1傳統的Secco液腐蝕硅片時，顯示出的流動圖形形貌不規則且易重疊，不易辨認。實施例2采用腐蝕液顯示<100>晶向重摻硼直拉硅單晶中的空洞型缺陷硅片為<100>晶向重摻硼直拉硅單晶，其摻雜濃度為4. 5X1019cm_3，電阻率為 2. 5m Ω · cm。腐蝕液的配制分別配制摩爾濃度0. 25mol/L的三氧化鉻溶液和質量濃度40%的氫氟酸；按照體積比2 3的比例，用量筒量取氫氟酸加入到三氧化鉻溶液中，混合均勻。腐蝕液用于硅片空洞型缺陷的顯示，具體步驟與實施例1中的相同，經光學顯微鏡拍攝后的缺陷形貌見圖3。由圖3可以看出采用該腐蝕液顯示出的流動圖形缺陷形貌規則，清晰易辨。
實施例3采用腐蝕液顯示<100>晶向重摻硼直拉硅單晶中的空洞型缺陷硅片為<100>晶向重摻硼直拉硅單晶，其摻雜濃度為4. 5X1019cm_3，電阻率為 2. 5m Ω · cm。腐蝕液的配制分別配制摩爾濃度0. 3mol/L的三氧化鉻溶液和質量濃度40%的氫氟酸；按照體積比2 3的比例，用量筒量取氫氟酸加入到三氧化鉻溶液中，混合均勻。腐蝕液用于硅片空洞型缺陷的顯示，具體步驟與實施例1中的相同，經光學顯微鏡拍攝后，缺陷形貌與實施例2的結果相似。
權利要求
1.一種顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的腐蝕液，其特征在于，由摩爾濃度為 0. 25 0. 35mol/L的三氧化鉻溶液和質量濃度為40% 49%的氫氟酸按體積比1 2 1 1混合制成。
2.根據權利要求1所述的腐蝕液，其特征在于，所述三氧化鉻溶液的摩爾濃度為0.3 0.35mol/L。
3.如權利要求1或2所述的腐蝕液在顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷中的應用。
4.根據權利要求3所述的應用，其特征在于，所述的重摻P型直拉硅單晶的摻雜濃度為 2. 8 X IO18 4. 5X1019cm_3。
5.根據權利要求3所述的應用，其特征在于，所述的重摻P型直拉硅單晶的電阻率為 2. 5 19. 4m Ω · cm。
6.根據權利要求3所述的應用，其特征在于，所述的重摻P型直拉硅單晶為摻硼直拉硅
7.根據權利要求3所述的應用，其特征在于，包括以下步驟 (1)用RCA標準清洗液清洗硅片；⑵將硅片置于權利要求1或2所述的腐蝕液中，靜止15 60min ； (3)取出硅片，用去離子水清洗后顯像。
8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于，所述腐蝕液的溫度為25 35°C。
全文摘要
本發明公開了一種顯示重摻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的腐蝕液及其應用。該腐蝕液由摩爾濃度為0.25～0.35mol/L的三氧化鉻溶液和質量濃度為40％～49％的氫氟酸按體積比1∶2～1∶1混合制成。該腐蝕液適用范圍廣，可以用于摻雜濃度為2.8×1018～4.5×1019cm-3的晶向重摻P型直拉硅單晶中空洞型缺陷的擇優腐蝕，尤其適用于重摻雜、低阻P型直拉硅單晶空洞型缺陷的顯示；具有腐蝕速度快，腐蝕效果好，圖像形貌規則、清晰易辨，操作簡單方便等特點。
文檔編號C23F1/24GK102425011SQ20111036613
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者徐濤, 楊德仁, 馬向陽 申請人:浙江大學