颗粒测试仪在硅外延片缺陷检测中的应用
时间：2025-04-24 发布人：admin 点击数：0
Surfscan检测系统用于量产缺陷控制的在线检测。Surfscan SP1是Surfscan6000系列的下一代，SP1系统为裸片晶圆、平滑的薄膜提供了前所未有的缺陷检测灵敏度。激光散射技术与亮场功能为其提供亚微米缺陷检测能力。对于一定的光照射在物体上（颗粒上），单位时间内其接受的光的能量与面积及光的散射强度成正比。也就是说，散射光的面积等于单位时间内的光的能量与散射光强的比值。在图1中，显示了SP1颗粒检测的基本原理。该仪器需使用488nm氩激光作为光源，这种激光器照亮晶片表面，产生散射和反射光。散射光的强度取决于所遇到的粒子缺陷大小，而反射光的强度取决于表面缺陷。SP1从暗场和亮场通道收集数据，暗场对散射光进行收集和记录，亮场对反射光进行收集和记录。Surfscan 6200仅从暗场通道收集数据。
SP1有两个暗场检测通道：暗场宽通道收集25o～70o的散射光，而暗场窄通道收集5o～20o的散射光。两通道收集的数据达到最大，在表面质量检测上使分辨率更好。从硅外延片上检测到的缺陷明显多于硅抛光片，在这些缺陷中，除了雾、多晶、玷污等少数缺陷产生于外延工艺过程外，大部分缺陷来源于晶体生长和晶片加工过程。而且，一些缺陷在硅抛光片上是很难检测到的。这些缺陷经外延工艺后在外延层上又显现出来，我们把这一现象称为外延层对衬底缺陷的“放大”作用。将<100>晶向的外延片朝向有日光灯光源的地方，使硅片表面可见日光灯灯影，在荧光灯下转动硅片看到大量类似滑移线断断续续的缺陷，大量小凸起，这种缺陷可以用颗粒扫描仪检测出来，主要分布在0.16～0.3μm，显微镜下非常清楚地看到大量乳突, 疑似滑移线位置发现位错。衬底片经过SP1无法识别此缺陷，但是无损探测设备XRT可以进行识别。如图2、图3所示。外延不良片为中心圈状不良，不良范围直径不一，部分呈环状分布，部分呈圆面分布；在SP1上使用normal模式测试呈中心聚集状颗粒，显微镜下存在细线状异常，但是用oblique模式不能测出。SP1在使用过程中，使用不同模式颗粒数值差距较大，针对某些异常现象选择特定模式及设置。如图4、图5所示。日光灯下检测外延不良片表面粗糙，SP1特定recipe可以测出分布规则的缺陷。使用魔镜可发现pad mark，其形状规则与衬底厂家使用的粗抛布格布形状和尺寸一致。如图6、图7所示。扬州晶格半导体-提供超大尺寸柱状多晶硅、单晶硅材料，并可定制加工各类硅部件、硅锭、硅棒、硅环、硅管、硅靶材。17826693981由不良形貌分析为抛光过程产生的烧结，烧结形成的机理为在硅片抛光结束后，碱性的残留抛浆附着在硅片表面，暴露在空气中，现场作业未及时进行下片及后续作业，导致硅片表面被微腐蚀，外观呈不规则的空心圆圈状的腐蚀坑。不良形貌如图8、图9所示。（1）乳突。硅中很多缺陷都与硅中的氧有关, 氧在硅单晶中处于过饱和状态。在器件制造的热加工过程中, 硅中的氧会在缺陷处或杂质处成核生长，形成体微缺(BMD) 微氧沉淀，表现的形式为乳突。 另外，化学抛光过程使用混酸对样片进行浸泡腐蚀，去除样片切割面的损伤层；化学抛光是否合格的判断依据是：表面成镜面，无明显玷污。化学抛光过程中，可能存在操作不当造成化学抛光效果不好，表面微缺陷未去除干净。（2）中心聚集状颗粒。氧沉淀聚集，在应力或不同热历史情况下，有可能会形成层错。溶解在晶体中的氧，具有抑制位错产生及减少滑移的作用，而适当的氧沉淀也有助于改善单晶的机械性质，因为氧沉淀具有析出硬化的作用，但是大量的氧沉淀将使得氧沉淀附近环绕着大的位错环，在应力的环境之下，位错环将在晶格内移动，最后穿越晶片表面，如果存在于器件区域内，将会影响区域性漏电等不良效应。 （3）抛光布印记。晶圆抛光过程中，粗抛后，在抛光下料的过程中出现了异常情况，导致大盘停机，此时抛光机大盘与陶瓷盘均不旋转，抛光布中残存的抛光液将硅片表面进行腐蚀。（4）烧结。抛光过程中导致烧结的主要原因抛光液残留，硅片长时间裸露在空气中，导致造成圆圈状或水滴状的腐蚀坑。（1）乳突。如果通过一些工艺过程如退火工艺或背面吸杂工艺, 使器件有源区即硅片的浅表面形成低氧区, 从而使与氧有关BMD等的缺陷几乎为零, 称为洁净区。对于完整收尾单晶，目前涉及的缺陷问题，与等径末期及收尾过程的工艺相关，通过模拟和匹配该阶段的As浓度与拉晶过程的热过程，调整工艺，减少和避免完整收尾单晶缺陷问题的发生。（2）中心聚集状颗粒。改善晶体中的杂质分布以及热历史，使用Poly工艺制程来达到较好的吸杂效果。（3）抛光布印记。如果抛光机故障时机台上有硅片，贴有硅片的陶瓷板需要重新走完整的粗抛、中抛、精抛。（4）烧结。针对出现压盘时的产品，马上进行返抛光处理并监控此车产品每盘粗糙度情况；要求现场作业人员对于抛光完成后的产品及时进行下载确认，避免出现堆积的情况。
