利用x射線檢查半導體材料的晶片的方法

2023-08-04 09:38:36 2

專利名稱：利用x射線檢查半導體材料的晶片的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用X射線檢查晶體半導體材料的晶片的方法，其中利用X射線束來掃描該晶片的表面，並檢測由該射線束產生的二次輻射。
該二次輻射是由X射線束與半導體本體中存在的晶面相互作用而產生的X射線的衍射造成的。為了利用X射線衍射產生二次輻射，利用具有符合布拉格條件的波長的X射線束從一個角度對該薄片進行掃描。然後可以在該晶片的背面檢測到相對比較強的第二X射線束。實際上，從晶片背面發射出來的射線束被記錄在照相底板上。在掃描該晶片表面過程中，在該照相底板上形成一圖像。如果該晶片不包含晶體缺陷，則發射束將表現出恆定的強度，且該照片底板會得到均勻的光學密度。但是，如果該晶片包含晶體缺陷，則形成一個圖像，該圖像能夠確定這些晶體缺陷在晶片上的位置和特徵。該技術也稱為X射線形貌學。
在半導體材料的晶片中形成半導體電路期間，在這些晶片中，形成彼此隔離的作用區，即其相鄰的表面；例如通過矽的局部氧化在矽晶片中形成它們。隨後，通過例如離子注入，在這些作用區中加入摻雜劑。然後通常在高溫下對該晶片進行熱處理。這些處理應當在非常精確和極其清潔的環境下執行。在這些處理期間可能會出現誤差，使晶體出現缺陷和引入不希望的雜質。從而，可能使形成的半導體電路無法正常工作。可由前述類型的方法發現(trace)這些缺陷。在許多情況下，可以確定這些缺陷的原因，從而採用適當的步驟。晶體缺陷可能是由不正確執行的熱處理或應力(stress)下對晶片的處理造成的。晶體缺陷也可能在通過離子注入施加摻雜劑的期間或隨後執行的完成處理中出現，該完成處理在高溫下進行以便修復任何晶格損壞。
實際上已發現晶體缺陷和不希望的雜質會阻礙所述檢查，而晶體缺陷和不希望的雜質不是由半導體元件的形成過程中的誤差造成的。該晶體缺陷和雜質容易影響測量，從而導致不能適當地檢測出實際感興趣的晶體缺陷和雜質，這些晶體缺陷和雜質是由半導體元件形成過程中的誤差造成的。
本發明的目的是克服上述的缺點。為此，根據本發明所述的一種方法其特徵在於，在利用X射線執行檢查之前，將檢查過程中X射線束將要掃描的晶體表面粘接到一個襯底，隨後從該晶片，即從晶片曝露的自由側直到與表面相鄰的頂層去除晶體材料。
從而，在檢查半導體材料層之前，位於頂層以下的較深半導體材料層已被去除。確切地說，實際上在這些較深層中引入考慮到的晶體缺陷。實際上半導體晶片具有例如600μm的厚度，而在半導體元件的形成過程中只有厚度約為5到30μm的頂層被處理。為了保證此頂層儘可能的不含雜質，在所述晶片的較深層中故意的引入晶體缺陷從而約束了所述雜質。這種較深的晶體缺陷和受約束的雜質不會受到頂層中半導體元件的形成的影響，但可通過已知的方法被檢測到。這將對可能的晶體缺陷的定位和頂層中的雜質(contamination)產生不利影響。根據本發明的方法，這種半導體材料的較深層在檢查之前被去除，從而它們不會再影響測量。令人驚訝的是，實際上已發現，在很大的程度上該半導體材料的去除並不會引入新的晶體缺陷和雜質，並且所獲得的層厚度非常均勻，從而測量結果不會受厚度差異的影響。用X射線形貌學技術的情況下厚度差異可能會導致照片上出現不希望的衍射圖。
最好，該晶片被粘接到傳輸(transmit)X射線的材料襯底上。用於襯底的適當材料尤其是無鉛玻璃，石英玻璃和氧化鋁。最好使用氮化硼的襯底，因為這種襯底幾乎可完全透射X射線；具有例如500μm厚度的一個襯底可傳輸95％的射線。
最好，通過兩個步驟去除該晶片的材料直至頂層，在第一步驟通過化學機械的拋光處理，進行去除直到接近頂層附近，隨後在第二步驟通過蝕刻處理將頂層暴露，在蝕刻處理期間由拋光處理導致的晶體缺陷可通過蝕刻被去除。從而通過拋光處理可相當迅速地去除材料，而由拋光處理引起的任何晶體缺陷可通過蝕刻處理被去除。並且，這些步驟可產生一個被連接在襯底上的厚度非常均勻的層。
在具有晶體半導體材料的頂層的半導體材料晶片的檢查期間，其中晶體半導體材料的頂層位於絕緣材料層之上並與表面相鄰的，去除該晶片的半導體材料，從而暴露絕緣材料層。為了利用X射線檢查這種SOI晶片，在絕緣材料層停止去除半導體材料是有利的，該絕緣材料層可用作自動停止蝕刻處理的一個層。
下面將參照附圖來詳細描述本發明。其中

圖1示出了利用X射線形貌學技術檢查半導體晶片的裝置示意圖，和圖2到4是表示根據本發明製備用於檢查的半導體材料晶片的步驟的截面示意圖。
圖1示意性的表示出利用X射線來檢查晶體半導體材料的晶片的一個裝置，在此情況下該晶片通常是一個矽晶片。顯而易見，以這種方式也可以檢查其他晶體半導體材料的晶片。利用X射線束3來掃描晶片1的表面2，在此情況下，一射線束在附圖的平面上的尺寸是幾毫米，在垂直於附圖的的方向上的尺寸可以實現可照射到晶片1的整個直徑。X射線3在半導體本體的晶面入射，該晶面不是必需與表面2平行延伸；該光束以一定角度入射並包括滿足布拉格條件的波長的射線。在出現X射線衍射的情況下，在晶片1的背面，即以布拉格條件定義的角度發出相對較強的第二X射線束4。檢測由X射線衍射產生的光束4。在此情況下通過將光束4記錄到照相底板5上來實現檢測。在檢查期間，以箭頭6所示的方向來掃描晶片1的表面2。在對晶片表面掃描期間，在照相底板上形成一個圖像。若該晶片不包含晶體缺陷，則發出的光束將表現出恆定強度，從而在照相底板上獲得均勻的光學密度。然而，若該晶片包含晶體缺陷，則形成一個圖像，該圖像適於確定這些晶體缺陷在晶片上位置和特徵。該技術也被稱為X射線形貌學。
圖2到4是製備用於上述檢查之一的半導體矽晶片的步驟的截面示意圖。在檢查過程中X射線束將要掃描的晶片1的表面2被粘接到襯底7。在本例中該晶片通過環氧樹脂或丙烯酸脂膠合劑被粘接到由石英玻璃板構成的襯底7。隨後從晶片1，即從其暴露側9直到與表面相鄰的頂層10去除晶體材料。隨後利用X射線來檢查這樣形成的結構7，8，10。
因此在利用X射線執行檢查之前，去除位於頂層10之下較深處的半導體材料層。實際上正是在這種較深層中故意的進入晶體缺陷。實際上半導體晶片具有例如600μm的厚度，而在晶片中的半導體元件形成過程中只有約為5到30μm厚度的頂層10被處理。為了保證此頂層10儘可能的不含雜質，在所述晶片的較深層中故意的引入晶體缺陷從而約束了所述雜質。因為去除了較深層，這種晶體缺陷和雜質不會影響到測量。從而可適當的確定頂層中的晶體缺陷和雜質的位置和特徵。
該半導體材料的去除實際上沒有引入新的晶體缺陷和雜質，並且所獲得的層的厚度非常均勻，從而測量結果不會受厚度差異的影響，其中厚度差異在X射線形貌的情況下可能會導致相片上出現不希望的衍射圖。
晶片1被粘接到可透射X射線的襯底7。該襯底的特別適用的材料是無鉛玻璃，石英玻璃和氧化鋁。最好使用氮化硼的襯底，因為這種襯底幾乎可完全透射X射線；具有例如500μm厚度的一個襯底可傳輸95％的鉬的kα1射線。
在本例中通過兩個步驟去除該晶片1的半導體材料直至頂層。在第一步驟中，通過傳統化學機械的拋光處理，材料被去除到直至頂層附近約50μm處，隨後在第二步驟中，以傳統的氟化氫和硝酸蝕刻槽通過蝕刻處理將頂層10暴露。在蝕刻處理期間可通過蝕刻去除由拋光處理導致的晶體缺陷。從而可通過拋光處理相當迅速地去除材料，而由拋光處理引入的任何晶體缺陷可通過蝕刻處理被去除。並且由此，粘接到襯底7的將被檢查的頂層10具有非常均勻的厚度。
為了檢查具有位於絕緣材料層之上並與表面相鄰的晶體半導體材料頂層的半導體材料晶片(未示出)，去除該晶片的半導體材料，從而暴露該絕緣材料層。為了利用X射線檢查這種SOI晶片，在絕緣材料層停止去除半導體材料是有利的，從而該絕緣材料層可作為自動停止蝕刻處理的一個層。
權利要求
1.一種利用X射線檢查晶體半導體材料的晶片的方法，其中利用X射線束掃描該晶片的表面，並檢測該射線束產生的二次輻射，其特徵在於，在利用X射線檢查之前，將X射線束在檢查過程中將要掃描的晶片表面粘接到一襯底，隨後從該晶片，即從其暴露的自由側去除晶體材料，到到與表面相鄰的頂層為止。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於該晶片被粘接到可透射X射線的材料的襯底上。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於該晶片被粘接到氮化硼襯底上。
4.如權利要求1，2或3所述的方法，其特徵在於通過兩個步驟去除該晶片的材料直至頂層為止，在第一步驟通過化學機械的拋光處理去除該晶片的材料直到頂層的附近，隨後在第二步驟通過蝕刻處理將頂層暴露，在蝕刻處理期間由拋光處理導致的晶體缺陷可通過蝕刻被去除。
5.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在具有晶體半導體材料頂層的半導體材料晶片的檢查期間，其中晶體半導體材料頂層位於絕緣材料層之上並與晶片的半導體材料表面相鄰，去除該半導體材料，從而暴露絕緣材料層。
全文摘要
一種利用X射線檢查晶體半導體材料的晶片的方法，其中利用X射線束掃描該晶片的表面，並檢測所述X射線束產生的二次輻射。在檢查之前，將X射線束在檢查過程中將要掃描的晶片表面粘接到一襯底，隨後從該晶片被暴露的一側去除晶體半導體材料，去除一直進行到與表面相鄰的頂層。從而可以檢查頂層，而該檢查不會受到位於頂層以下的晶片層中出現的晶體缺陷或雜質的影響。
文檔編號G01N23/223GK1555486SQ02818197
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月4日 優先權日2001年9月18日
發明者C·H·H·埃蒙斯, H·G·R·馬亞斯, T·M·米奇埃森, R·德科, A·J·詹森, I·A·林克, C H H 埃蒙斯, R 馬亞斯, 林克, 米奇埃森, 詹森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司