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1、(10)申请公布号 CN 102687260 A (43)申请公布日 2012.09.19 C N 1 0 2 6 8 7 2 6 0 A *CN102687260A* (21)申请号 201080058077.4 (22)申请日 2010.12.17 61/289,878 2009.12.23 US H01L 21/66(2006.01) (71)申请人 MEMC电子材料有限公司 地址美国密苏里州 (72)发明人 JL利伯特 L费 (74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247 代理人杨晓光 于静 (54) 发明名称 用于监视在晶片处理期间赋给半导体晶片的 污染物的量的方法 (57) 。
2、摘要 公开了用于监视在诸如抛光和清洁的晶片处 理操作期间赋予的金属污染物的量的方法。所述 方法包括对绝缘体上硅结构进行所述半导体处 理，在所述结构中沉淀金属污染物以及描绘所述 金属污染物。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.06.20 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2010/055925 2010.12.17 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/077344 EN 2011.06.30 (51)Int.Cl. 权利要求书5页 说明书9页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 5 页 说明书 9 页 附。
3、图 3 页 1/5页 2 1.一种用于确定或监视在工艺中金属污染物的量的方法，所述方法包括： 将绝缘体上硅结构暴露到处理步骤，所述绝缘体上硅结构包括处理晶片、硅层以及在 所述处理晶片与所述硅层之间的介电层，所述结构具有在所述硅层上的前表面，所述处理 步骤将金属污染物赋给所述硅层； 对所述绝缘体上硅结构进行热退火以使所述硅层中的金属污染物溶解； 对所述绝缘体上硅结构进行冷却以在所述硅层中形成金属沉淀物；以及 在所述硅层中描绘所述金属沉淀物。 2.根据权利要求1的方法，其中，所述工艺为半导体工艺，且所述绝缘体上硅结构被暴 露到半导体处理步骤。 3.根据权利要求2的方法，其中，所述半导体工艺选自抛光。
4、、清洁、接合强度增强热处 理、外延、氧化物剥离、等离子激活、湿法化学蚀刻、气相化学蚀刻、高温退火、离子注入以及 氧化。 4.根据权利要求1的方法，其中，通过使所述硅层的表面与蚀刻剂接触来描绘所述金 属沉淀物。 5.根据权利要求4的方法，其中，所述蚀刻剂为包含选自HF、K 2 Cr 2 O 7 、Cr 2 O 3 、HNO 3 、 CH 3 COOH、CrO 3 、AgNO 3 及其混合物的化合物的溶液。 6.根据权利要求5的方法，其中，所述溶液为HF水溶液，HF的按重量计算的浓度为小 于约50%，小于约25%，小于约10%，小于约5%，小于约2%，从约0.1%到约5%，从约0.5%到约 2%或。
5、约1%。 7.根据权利要求5或6的方法，其中，所述蚀刻剂基本上由水和HF组成。 8.根据权利要求4的方法，其中，所述蚀刻剂为HF气体。 9.根据权利要求1到8中任一项的方法，其中，所述描绘步骤包括在所述绝缘体上硅结 构的所述前表面上产生坑、孔和/或腔。 10.根据权利要求4、6或9中任一项的方法，其中，所述蚀刻剂为包含HF的溶液，且所 述硅层的表面与所述蚀刻剂接触至少约1小时，至少约4小时，至少约8小时或从约8小时 到约16小时。 11.根据权利要求4或9的方法，其中，所述蚀刻剂为包含选自K 2 Cr 2 O 7 、Cr 2 O 3 、HNO 3 、 CH 3 COOH、CrO 3 、AgNO。
6、 3 及其混合物的化合物的溶液，且所述硅层的表面与所述蚀刻剂接触至 少约1秒，至少约5秒，至少约10秒，至少约20秒，从至少约1秒到约2分钟，从约1秒到 约1分钟或从约10秒到约1分钟。 12.根据权利要求9的方法，包括检查所述绝缘体上硅结构是否有在所述前表面中的 坑、孔和/或腔的存在。 13.根据权利要求12的方法，包括将光导引到所述绝缘体上硅结构的所述前表面并检 测散射的反射光。 14.根据权利要求1到13中任一项的方法，其中，在从约600到约1300，从约800 到约1300，从约800到约1150或从约850到约1050的温度下对所述绝缘体上硅 结构进行热退火。 15.根据权利要求14。
7、的方法，其中，持续至少约1秒，至少约5秒，至少约30秒，至少约 1分钟，至少约5分钟或至少约1小时在所述温度范围对所述绝缘体上硅结构进行热退火。 权 利 要 求 书CN 102687260 A 2/5页 3 16.根据权利要求1到15中任一项的方法，其中，在所述退火期间使所述绝缘体上硅结 构的表面与选自氢气、氩气、氮气及其混合物的气体接触。 17.根据权利要求1到15中任一项的方法，其中，在所述退火期间使所述绝缘体上硅结 构的表面与氢气接触。 18.根据权利要求1到17中任一项的方法，其中，将所述绝缘体上硅结构冷却到这样的 温度：在该温度下，所述金属污染物在所述硅层中超饱和。 19.根据权利要。
8、求1到18中任一项的方法，其中，将所述绝缘体上硅结构冷却通过金属 污染物在硅中相对可移动的温度范围而达到所述金属污染物不再相对可移动的温度。 20.根据权利要求19的方法，其中，存在金属污染物在所述硅层中超饱和的温度，且从 所述超饱和温度到金属污染物不再相对可移动的温度的冷却速率为小于约7/秒，小于 约5/秒，小于约1/秒，小于约0.5/秒，小于约0.1/秒，从约0.05/秒到约 10/秒，从约0.5/秒到约7/秒或从约1/秒到约5/秒。 21.根据权利要求19或20的方法，其中，在约200以上，约350以上，约500以上 或约600以上的温度下金属污染物在硅中相对可移动。 22.根据权利要求。
9、1到18中任一项的方法，其中，存在温度T 饱和 和温度T 不可移动 ，在所述 温度T 饱和 下金属污染物在所述硅层中超饱和，在所述温度T 不可移动 下金属污染物在硅中不再 可移动，所述方法包括：当完成所述热退火时，在时长t 冷却 内将所述绝缘体上硅结构从约T 饱和 冷却到约T 不可移动 ，其中(T 饱和 -T 不可移动 )/t 冷却 为小于约7/秒，小于约5/秒，小于约 1/秒，小于约0.5/秒，小于约0.1/秒，从约0.05/秒到约10/秒，从约0.5/ 秒到约7/秒或从约1/秒到约5/秒。 23.根据权利要求1到18中任一项的方法，其中，所述绝缘体上硅结构在完成所述热 退火时处于温度T 退。
10、火 ，且存在金属污染物在硅中不再可移动的温度T 不可移动 ，所述方法包括： 当完成所述热退火时，在时长t 冷却 内将所述绝缘体上硅结构从约T 退火 冷却到约T 不可移动 ，其 中(T 退火 -T 不可移动 )/t 冷却 为小于约7/秒，小于约5/秒，小于约1/秒，小于约0.5/ 秒，小于约0.1/秒，从约0.05/秒到约10/秒，从约0.5/秒到约7/秒或从约 1/秒到约5/秒。 24.根据权利要求1到23中任一项的方法，其中，所述介电层包含选自SiO 2 、Si 3 N 4 、氧 化铝、氧化镁及其混合物的化合物。 25.根据权利要求1到24中任一项的方法，其中，所述介电层基本上由SiO 2 。
11、组成。 26.根据权利要求1到25中任一项的方法，其中，所述硅层的厚度小于约250nm，小于 约175nm，或小于约100nm。 27.根据权利要求1到26中任一项的方法，其中，在约大气压力下进行所述退火。 28.根据权利要求1到27中任一项的方法，其中，所述方法能够检测小于约10 8 原子/ cm 2 的金属污染物。 29.根据权利要求1到28中任一项的方法，其中，所述方法能够检测低至约1x10 7 原子 /cm 2 ，低至约3x10 7 原子/cm 2 ，低至约7x10 7 原子/cm 2 ，或低至约1x10 8 原子/cm 2 的金属污染 物。 30.根据权利要求2到29中任一项的方法，。
12、其中，对所述绝缘体上硅结构进行所述半导 体处理步骤。 权 利 要 求 书CN 102687260 A 3/5页 4 31.根据权利要求2到29中任一项的方法，其中，所述绝缘体上硅结构被暴露到发生所 述半导体处理步骤的气氛。 32.根据权利要求1到31中任一项的方法，其中，分析所描绘的金属沉淀物的空间分布 以确定所述半导体工艺的金属污染影响。 33.根据权利要求9到32中任一项的方法，其中，分析坑、孔和/或腔的空间分布以确 定所述半导体工艺的金属污染影响。 34.根据权利要求13到33中任一项的方法，其中，分析散射的反射光以确定所述半导 体工艺的金属污染影响。 35.一种用于检测具有前表面的半导。
13、体晶片中的金属沉淀物的方法，所述方法包括： 使所述晶片与HF水溶液接触以在位于所述晶片的前表面处的金属沉淀物的位置处或 附近在所述晶片的所述前表面上产生坑、孔和/或腔；以及 检查所述晶片的所述前表面是否有坑、孔和/或腔的存在。 36.根据权利要求35的方法，包括将光导引到所述晶片的所述前表面并检测散射的反 射光。 37.根据权利要求35或36的方法，其中，在所述HF水溶液中的HF的按重量计算的浓 度为小于约50%，小于约25%，小于约10%，小于约5%，小于约2%，从约0.1%到约5%，从约0.5% 到约2%或约1%。 38.根据权利要求35到37中任一项的方法，其中，所述HF水溶液基本上由水。
14、和HF组 成。 39.根据权利要求35到38中任一项的方法，其中，使所述硅层的表面与所述HF水溶液 接触至少约1小时，至少约4小时，至少约8小时或从约8小时到约16小时。 40.根据权利要求35到39中任一项的方法，其中，所述晶片是包括处理晶片、硅层以及 在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层的绝缘体上硅结构。 41.根据权利要求40的方法，其中，所述介电层包含选自SiO 2 、Si 3 N 4 、氧化铝、氧化镁及 其混合物的化合物。 42.根据权利要求40的方法，其中，所述介电层基本上由SiO 2 组成。 43.根据权利要求40到42中任一项的方法，其中，所述硅层的厚度小于约250nm，小于 。
15、约175nm，或小于约100nm。 44.根据权利要求36到40中任一项的方法，其中，所述晶片为单晶硅晶片。 45.根据权利要求36到40中任一项的方法，其中，所述晶片为外延晶片。 46.一种用于监视在半导体工艺期间赋给晶片的金属污染物的量的方法，所述方法包 括： 将至少一个绝缘体上硅结构暴露到所述半导体工艺，所述绝缘体上硅结构包括处理晶 片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层； 评估所述绝缘体上硅结构的金属污染指示物；以及 验证赋给半导体晶片的金属污染物的量是否可接受。 47.根据权利要求46的方法，包括当所述金属污染物的量被确定为不可接受时，调整 所述半导体工艺以减小在所述半导体。
16、工艺期间诱导到晶片中的金属污染物的量。 48.根据权利要求46或47的方法，其中，所述金属污染物指示物选自：金属沉淀物； 权 利 要 求 书CN 102687260 A 4/5页 5 坑、腔和/或孔；以及从所述绝缘体上硅结构反射的散射光。 49.根据权利要求46到48中任一项的方法，其中，通过比较所述金属污染指示物与当 污染物水平被确定为可接受时收集的金属污染指示物来验证金属污染物。 50.根据权利要求46到49中任一项的方法，包括： 对所述绝缘体上硅结构进行热退火以使所述硅层中的金属污染物溶解； 对所述绝缘体上硅结构进行冷却以在所述硅层中形成金属沉淀物；以及 描绘所述金属沉淀物。 51.根据。
17、权利要求50的方法，其中，所述描绘步骤在所述绝缘体上硅结构的前表面上 产生坑、孔和/或腔。 52.根据权利要求51的方法，包括将光导引到所述绝缘体上硅结构的所述前表面并检 测散射的反射光。 53.根据权利要求52的方法，包括通过使用所述散射的反射光产生缺陷图。 54.根据权利要求53的方法，其中，通过比较所述缺陷图与当污染物水平被确定为可 接受时产生的缺陷图来验证金属污染物。 55.根据权利要求54的方法，其中，使用基本上相同的工艺条件产生所述缺陷图。 56.根据权利要求55的方法，其中，所述工艺条件包括热退火温度和时间、冷却速率和 描绘过程。 57.根据权利要求46到56中任一项的方法，其中。
18、，所述半导体工艺选自抛光、清洁、接 合强度增强热处理、外延、氧化物剥离、等离子激活、湿法化学蚀刻、气相化学蚀刻、高温退 火、离子注入以及氧化。 58.根据权利要求50的方法，其中，通过使所述硅层的表面与蚀刻剂接触来描绘所述 金属沉淀物。 59.根据权利要求58的方法，其中，所述蚀刻剂为包含选自HF、K 2 Cr 2 O 7 、Cr 2 O 3 、HNO 3 、 CH 3 COOH、CrO 3 、AgNO 3 及其混合物的化合物的溶液。 60.根据权利要求59的方法，其中，所述溶液为HF水溶液，HF的按重量计算的浓度为 小于约50%，小于约25%，小于约10%，小于约5%，小于约2%，从约0.1。
19、%到约5%，从约0.5%到 约2%或约1%。 61.根据权利要求58或60的方法，其中，所述蚀刻剂基本上由水和HF组成。 62.根据权利要求58的方法，其中，所述蚀刻剂为HF气体。 63.根据权利要求58、60或61中任一项的方法，其中，所述蚀刻剂为包含HF的溶液， 且所述硅层的表面与所述蚀刻剂接触至少约1小时，至少约4小时，至少约8小时或从约8 小时到约16小时。 64.根据权利要求58的方法，其中，所述蚀刻剂为包含选自K 2 Cr 2 O 7 、Cr 2 O 3 、HNO 3 、 CH 3 COOH、CrO 3 、AgNO 3 及其混合物的化合物的溶液，且所述硅层的表面与所述蚀刻剂接触至 。
20、少约1秒，至少约5秒，至少约10秒，至少约20秒，从至少约1秒到约2分钟，从约1秒到 约1分钟或从约10秒到约1分钟。 65.根据权利要求50到64中任一项的方法，其中，在从约600到约1300，从约 800到约1300，从约800到约1150或从约850到约1050的温度下对所述绝缘体 上硅结构进行热退火。 权 利 要 求 书CN 102687260 A 5/5页 6 66.根据权利要求65的方法，其中，持续至少约1秒，至少约5秒，至少约30秒，至少约 1分钟，至少约5分钟或至少约1小时在所述温度范围对所述绝缘体上硅结构进行热退火。 67.根据权利要求50到66中任一项的方法，其中，在所述退。
21、火期间使所述绝缘体上硅 结构的表面与选自氢气、氩气、氮气及其混合物的气体接触。 68.根据权利要求50到66中任一项的方法，其中，在所述退火期间使所述绝缘体上硅 结构的表面与氢气接触。 69.根据权利要求50到68中任一项的方法，其中，将所述绝缘体上硅结构冷却到这样 的温度：在该温度下，所述金属污染物在所述硅层中超饱和。 70.根据权利要求50到69中任一项的方法，其中，将所述绝缘体上硅结构冷却通过金 属污染物在硅中相对可移动的温度范围。 71.根据权利要求70的方法，其中，冷却速率为小于约7/秒，小于约5/秒，小 于约1/秒，小于约0.5/秒，小于约0.1/秒，从约0.05/秒到约10/秒，。
22、从约 0.5/秒到约7/秒或从约1/秒到约5/秒。 72.根据权利要求70或71的方法，其中，在约200以上，约350以上，约500以上 或约600以上的温度下金属污染物在硅中相对可移动。 73.根据权利要求50到69中任一项的方法，其中，存在温度T 饱和 和温度T 不可移动 ，在所 述温度T 饱和 下金属污染物在所述硅层中超饱和，在所述温度T 不可移动 下金属污染物在硅中 不再可移动，所述方法包括：当完成所述热退火时，在时长t 冷却 内将所述绝缘体上硅结构从 约T 饱和 冷却到约T 不可移动 ，其中(T 饱和 -T 不可移动 )/t 冷却 为小于约7/秒，小于约5/秒，小 于约1/秒，小于约。
23、0.5/秒，小于约0.1/秒，从约0.05/秒到约10/秒，从约 0.5/秒到约7/秒或从约1/秒到约5/秒。 74.根据权利要求50到70中任一项的方法，其中，所述绝缘体上硅结构在完成所述热 退火时处于温度T 退火 ，且存在金属污染物在硅中不再可移动的温度T 不可移动 ，所述方法包括： 当完成所述热退火时，在时长t 冷却 内将所述绝缘体上硅结构从约T 退火 冷却到约T 不可移动 ，其 中(T 退火 -T 不可移动 )/t 冷却 为小于约7/秒，小于约5/秒，小于约1/秒，小于约0.5/ 秒，小于约0.1/秒，从约0.05/秒到约10/秒，从约0.5/秒到约7/秒或从约 1/秒到约5/秒。 7。
24、5.根据权利要求46到73中任一项的方法，其中，所述介电层包含选自SiO 2 、Si 3 N 4 、氧 化铝、氧化镁及其混合物的化合物。 76.根据权利要求46到73中任一项的方法，其中，所述介电层基本上由SiO 2 组成。 77.根据权利要求46到76中任一项的方法，其中，所述硅层的厚度小于约250nm，小于 约175nm，或小于约100nm。 78.根据权利要求50到77中任一项的方法，其中，在约大气压力下进行所述退火。 79.根据权利要求47到78中任一项的方法，其中，对所述绝缘体上硅结构进行所述半 导体工艺。 80.根据权利要求47到78中任一项的方法，其中，所述绝缘体上硅结构被暴露到。
25、发生 所述半导体工艺的气氛。 权 利 要 求 书CN 102687260 A 1/9页 7 用于监视在晶片处理期间赋给半导体晶片的污染物的量的 方法 技术领域 0001 本发明涉及用于确定或监视在处理期间赋给半导体晶片的金属污染物的量的方 法，特别地，涉及用于监视通过对绝缘体上硅结构实施半导体工艺，在该结构中沉淀金属污 染物并描绘（delineate）金属污染物来监视在诸如抛光、清洁、氧化物剥离等等的晶片处理 操作期间赋予的金属污染物的量。 背景技术 0002 半导体晶片中的金属污染物是有害的，这是由于污染物会导致所产生的集成电路 的产率损失。鉴于朝向更小器件、具有更快速操作速度和更低制造成本。
26、的器件的趋势，金属 污染物日益成为关注点。在包括晶片抛光、清洁、接合强度增强热处理、外延、氧化物剥离、 等离子体激活、湿法化学蚀刻、气相化学蚀刻、高温退火、离子注入、氧化等等的众多处理步 骤中，金属污染物会被引入到半导体晶片中。 0003 用于表征表面金属污染物的当前方法涉及使晶片与诸如水或含水HF的提取流体 （extraction fluid）接触。典型地，使流体滴与晶片表面接触。在接触期间，金属溶解到提 取流体中。可以通过适当的方式，例如，其中使用等离子体来产生可被质谱仪检测到的离子 的感应耦合等离子质量谱（ICP-MS），来分析流体。该检测方法的限制在于，其通常不能检测 浓度小于10 8。
27、 原子/cm 2 的污染物。此外，常规表面金属检测方法不能提供关于在晶片表面 上的污染物的空间分布信息。体金属检测方法（例如，体硅浸提（digestion）加ICP-MS和 SIMS深度分布方法）的特征同样在于低灵敏度。 0004 对于用于表征在包括例如抛光、清洁、蚀刻等等的各种晶片制造步骤期间引起的 金属污染物的方法以及用于检测低于10 8 原子/cm 2 的污染物和/或能够提供关于晶片表面 上的污染物的空间分布信息的方法存在持续的需求。 发明内容 0005 本公开的一个方面涉及一种用于确定或监视在工艺中金属污染物的量的方法。将 绝缘体上硅结构暴露到处理步骤。所述绝缘体上硅结构包括处理晶片（。
28、handle wafer）、硅 层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。所述结构具有在所述硅层上的前表面。 所述处理步骤将金属污染物赋给所述硅层。对所述绝缘体上硅结构进行热退火以使所述硅 层中的金属污染物溶解。对所述绝缘体上硅结构进行冷却以在所述硅层中形成金属沉淀 物。在所述硅层中描绘所述金属沉淀物。 0006 本公开的另一方面涉及一种用于检测具有前表面的半导体晶片中的金属沉淀物 的方法。使所述晶片与HF水溶液接触以在位于所述晶片的所述前表面处的金属沉淀物的 位置处或附近在所述晶片的所述前表面上产生坑、孔和/或腔。检查所述晶片的所述前表 面是否有坑、孔和/或腔的存在。 0007 本公开的又。
29、一方面涉及一种用于监视在半导体工艺期间赋给晶片的金属污染物 说 明 书CN 102687260 A 2/9页 8 的量的方法。将至少一个绝缘体上硅结构暴露到所述半导体工艺。所述绝缘体上硅结构包 括处理晶片、硅层以及在所述处理晶片与所述硅层之间的介电层。评估所述绝缘体上硅结 构的金属污染指示物（indicator），并验证（verify）赋给半导体晶片的金属污染物的量是 否可接受。 0008 存在关于本公开的上述方面描述的特征的各种细化。其他的特征同样可以并入到 本公开的上述方面中。这些细化和附加特征可以单独存在或组合地存在。例如，下面关于 本公开的任一示例性实施例讨论的各种特征可单独地或以任意。
30、组合并入到本公开的任一 上述方面中。 附图说明 0009 图1为根据本公开的实施例的适合使用的SOI结构； 0010 图2为具有在硅层中的沉淀物的SOI结构； 0011 图3为具有在蚀刻之后形成的孔或坑的SOI结构； 0012 图4为具有在进一步的蚀刻之后的掏蚀的（undercut）沉淀物的SOI结构； 0013 图5为具有在介电层的蚀刻之后形成的腔或凹陷（divot）的SOI结构； 0014 图6为根据实例1的在受污染的晶片清洁浴液（bath）中浸泡后的SOI结构的缺 陷图；以及 0015 图7为根据实例1的在清洁的晶片清洁浴液中浸泡后的SOI结构的缺陷图。 0016 在所有附图中，相应的参。
31、考标号指示相应的部分。 具体实施方式 0017 本公开的提供内容涉及用于确定或监视在工艺（特别地，半导体工艺）中的金属污 染物的量的方法；而其他提供内容涉及用于检测半导体晶片中的金属沉淀物的方法。一般 而言，所述用于监视的方法包括将晶片，特别地，绝缘体上硅（“SOI”）结构，暴露到处理步骤 以将金属污染物赋给该结构，所述SOI结构具有硅层（通常称为半导体层或器件层）、介电层 （典型地，二氧化硅或氮化硅）以及衬底（有时称为处理晶片或支撑层）。晶片被热退火并冷 却以使金属污染物沉淀在晶片中，在SOI结构的情况下，沉淀在硅层（即，半导体层或器件 层）中。已经发现，在SOI结构的情况下，介电层用于限制。
32、金属污染物的扩散并由此俘获硅 层中的污染物。这使得较大浓度的污染物在硅层中积累，从而使金属在热退火和冷却时沉 淀。根据本公开的实施例，可以通过使晶片与蚀刻剂接触以在金属沉淀物的位置附近在晶 片的表面上产生坑、孔和/或腔来检测（同义地“描绘”）金属沉淀物。然后，通过诸如光散 射技术的公知方法来检查晶片是否有这些坑、孔和/或腔的存在。 0018 应该理解，虽然本文中描述的方法适合于监视在一个或多个半导体处理步骤中的 金属污染物，但所述方法也可以用于监视在其他类型的工艺中的污染物，不应将所述方法 视为局限于半导体工艺。虽然关于半导体工艺一般性地描述了本公开的方法，但所述方法 可相似地没有限制地应用于。
33、任何其他类型的工艺，例如，要求低污染物（特别地，金属污染 物）水平的医疗和生物环境。这样的污染物监视涉及将绝缘体上硅结构成形为工艺典型 的尺寸和形状（例如，成形为方形衬底、芯片等等）；然而，在其他实施例中，不进行这样的成 形。关于这一点，不应从限制意义看待本文中提到的“半导体工艺”。 说 明 书CN 102687260 A 3/9页 9 0019 在用于监视一个或多个处理步骤（例如，半导体工艺）的金属污染物的第一步骤 中，将绝缘体上硅结构暴露到所关注的一个或多个处理步骤（例如，半导体工艺），以收集 （gather）关于所述处理步骤赋给半导体晶片的污染物的量或相对量的信息。通常，处理步 骤可以为。
34、用于制造半导体晶片或器件的制造协议的一部分。典型地经受作为协议的一部分 的处理步骤的晶片可以是且典型地是除SOI结构之外的晶片，例如，单晶硅晶片、多晶硅晶 片或外延晶片。应理解，通常经受协议并且典型地经受半导体处理步骤的晶片类型包括没 有列出的晶片而没有限制。对于这一点，应注意，“半导体处理步骤”可以为制造光伏电池的 处理步骤的一部分，且不应从限制意义看待术语“半导体”的使用。 0020 典型地经受制造协议的半导体工艺的晶片可以具有约75mm或更大、约100mm或更 大、约150mm或更大、约200毫米或更大、约300mm或更大、或约450mm或更大的直径。对于 这一点，用于监视半导体工艺的S。
35、OI结构可以具有与根据制造协议制造的晶片相似或相同 的直径。 0021 在其中可以监视或确定金属污染物的合适的半导体工艺和操作的实例包括例如 抛光、清洁、接合强度增强热处理、外延、氧化物剥离、等离子激活、湿法化学蚀刻、气相化学 蚀刻、高温退火、离子注入、氧化等等。对于这一点，应注意：可以没有限制地监视除了所列 出的工艺之外的工艺。 0022 一般而言，通过本公开的实施例可以检测任何类型的金属。可以检测的合适金属 包括过渡金属，特别地，镍、铂、铁以及这些金属的组合。对于这一点，本公开的实施例不应 被视为局限于特定类型的金属污染物，这是因为本公开可以合适地检测可在硅中沉淀的且 其沉淀物使得在沉淀物。
36、的位置处或附近的SOI结构的硅层应变的任何类型的金属。 0023 如上所述，SOI结构被暴露到半导体工艺以确定或监视半导体工艺中的金属污染 物的量。应该理解，虽然本公开提到“监视”工艺步骤是否有金属污染物或“确定”半导体 晶片中的金属污染物，不应从限制意义看待这些术语。本公开的方法的实施例可以用于通 过使结果与通过其他技术确定的污染物的量相关来确定赋给晶片的污染物的量，或者可以 用于通过比较数据与基线数据并确定该数据是否不同于基线来监视由处理步骤赋予的污 染物的量。 0024 可以通过多种方法中的一种将SOI结构暴露到所关注的半导体工艺。例如，可以 对SOI结构进行包括与作为典型地经受作为半导。
37、体晶片制造协议的一部分的步骤的晶片 相同处理条件的相同处理步骤。例如，如果半导体处理步骤为对包括具有在其上的外延层 的单晶硅晶片的外延晶片的镜面抛光，则可以对SOI结构进行使用相同的包括抛光长度、 化学反应剂等等的抛光条件的镜面抛光。替代地，可以将SOI结构暴露到进行半导体工艺 的气氛。例如，SOI结构可以存在于“清洁室”中以验证并非正在对晶片进行不可接受的污 染，或者可以存在于进行存处理步骤的装置内。在一个或多个备选实施例中，使SOI结构与 在处理步骤中使用的流体源（例如，用于清洗或用于蚀刻半导体晶片的流体）接触。可以使 SOI结构与水源接触长于制造协议中的时长的时长，以便将足够量的污染物赋。
38、给SOI结构 的硅层，如在2010年12月14日提交的名称为“Systems and Methods for Analysis of Water and Substrates Rinsed in Water”的序列号为12/967,382的美国申请中所公开 的。 0025 本领域的技术人员公知绝缘体上硅结构及其制造方法（参见，例如，美国专利 说 明 书CN 102687260 A 4/9页 10 5,189,500;5,436,175;6,790,747，其中的每一个被并入本文中以用于所有相关和一致的 目的）。适用于本公开的实施例的绝缘体上硅结构通常由图1中的标号40表示。SOI结构 40一般。
39、而言包括在介电或“绝缘”层15的顶上的薄硅层14，而介电或“绝缘”层15（例如， 氧化物层）被设置在诸如硅衬底的处理晶片16上。 0026 制造SOI结构的示例性工艺包括在供体晶片的经抛光的前表面上沉积介电层（例 如，氧化物层）。在供体晶片的前表面之下的特定深度处注入粒子（例如，氢原子或者氢和氦 原子的组合）。注入的粒子在供体晶片中的规定的注入深度处形成解理面（cleave plane）。 以一个或多个清洁操作对供体晶片的表面进行清洁，以去除在注入工艺期间在晶片上沉积 的污染物（例如，有机化合物和其他污染物颗粒）。 0027 然后通过亲水接合工艺将供体晶片的前表面接合到处理晶片以形成接合晶片。。
40、通 过将晶片的表面暴露到包含例如氧或氮的等离子体而将供体晶片和处理晶片接合到一起。 在通常称为表面激活的工艺中，暴露到等离子体使得表面结构改性。然后，将晶片按压到一 起并在期间形成键。该键相对弱，并在进一步的处理发生之前被加强。 0028 在一些工艺中，通过在约300和500之间的温度下对接合的晶片对进行加热 或退火，来加强供体晶片和处理晶片（即，接合的晶片）之间的亲水接合。升高的温度使得在 供体晶片和处理晶片的接合表面之间形成共价键，由此固化供体晶片和处理晶片之间的接 合。与接合的晶片的加热或退火同时地，早先在供体晶片中注入的粒子减弱了解理面。然 后沿解理面使供体晶片的一部分从接合的晶片分离。
41、（即，解理）而形成SOI结构。 0029 接合的晶片首先被置于固定装置（fixture）中，在该固定装置中，垂直于接合的晶 片的相反两侧施加机械力以将供体晶片的一部分从接合的晶片拉离分开。根据一些方法， 利用吸盘施加该机械力。通过在接合的晶片的位于解理面处的边缘施加机械楔来开始供体 晶片的一部分的分离，以使裂纹沿解理面开始传播。于是，通过吸盘施加的机械力将供体晶 片的一部分从接合的晶片拉离，由此形成SOI结构。根据其他方法，可以替代地使接合的对 经受升高的温度一定时长，以使供体晶片的一部分从接合的晶片分离。暴露到升高的温度 导致裂纹沿解理面的开始和传播，由此分离供体晶片的一部分。 0030 所。
42、产生的SOI结构包括设置在介电层和处理晶片的顶上的薄硅层（在解理后保留 的供体晶片的一部分）。SOI结构的解理表面（即，供体晶片的薄硅层）具有粗糙表面，可以 通过附加的处理而使该粗糙表面光滑化。 0031 已经发现，相对薄的硅层一般而言特征在于在经历如下所述的热退火和冷却时的 较高浓度的金属沉淀物，这是因为金属污染物之间的距离在薄层中较小。因此，在本公开 的一个或多个各种实施例中，暴露到半导体工艺的SOI结构包含具有小于约250nm、小于约 175nm或甚至小于约100nm的厚度的硅层。然而，应该理解，在不背离本公开的范围的情况 下，可以使用其他厚度。可选地，硅层可以包含除硅之外的诸如碳或锗的。
43、材料。 0032 介电层15可以为适用于SOI结构的任何电绝缘材料，例如，包含SiO 2 、Si 3 N 4 、氧化 铝或氧化镁的材料。在一个实施例中，介电层为SiO 2 （即，介电层基本上由SiO 2 组成）。相 对于可以形成介电层的其他材料，包含SiO 2 的介电层可以适当地更容易被下面描述的蚀刻 剂蚀刻。然而，应该注意，在一些情况下，替代地，优选使用具有比纯SiO 2 的熔点高（即，高于 约1700）的熔点的材料作为介电层。这样的材料的实例为氮化硅（Si 3 N 4 ）、氧化铝以及氧 化镁。介电层的厚度典型地小于约500nm，在特定的实施例中，小于约300nm，小于约200nm 说 明 。
44、书CN 102687260 A 10 5/9页 11 或小于约150nm。 0033 如上所述，已经发现SOI结构的介电层用于限制金属污染物的扩散并捕获在硅层 中的污染物。一旦金属污染物被赋到SOI结构中，特别地，被赋到硅层中，可以对该结构进 行热退火以溶解金属污染物。在热退火之后，可以如下所述地冷却该结构，以使金属污染物 在硅层中沉淀。根据本公开的实施例，对SOI结构进行退火的温度范围可以为从约800 到约硅的熔化温度（例如，1414），在其他实施例中，可以为从约800到约1300，从约 800到约1150或从约850到约1050。已经发现，热退火用于溶解在热退火之前存在 于硅层中的沉淀物和。
45、金属污染物（即，不可归因于SOI结构所暴露到的半导体工艺的金属 沉淀物和金属污染物，或不同地表述为“基线（baseline）”污染物）并溶解由半导体工艺赋 给的污染物。以该方式，金属污染物可以均匀地遍布硅层分布。通常，高于约800的温度 被认为能够减少（如果不是几乎消除）在退火之前存在于热退火中的沉淀物；然而，应该理 解，在不背离本公开的范围的情况下可以使用其他温度。例如，低至约600的温度可适合 于将在硅层表面处的金属污染物（特别地，特定类型的金属污染物）溶解到硅层体中。还认 为低于约1300的退火温度的使用允许持续相对长的时长进行退火（使得可以不像在本公 开的一些实施例中那样控制退火时间）。
46、，这是因为在低于1300的温度下，存在较小的金属 扩散到介电层中且通过介电层的风险。此外，认为在高于约1300的温度下的热退火会将 热缺陷和污染物引入到结构中，这会影响缺陷模式（defect pattern）。对于这一点，应该理 解，在不背离本公开的范围的情况下，可以使用高于约1300的退火温度。 0034 通常，一旦达到退火温度，金属颗粒和污染物能够溶解；然而，在特定实施例中， SOI结构被保持在退火温度下（或在特定实施中，高于最小退火温度）至少约1秒，至少约5 秒、至少约30秒、至少约1分钟、至少约5分钟或甚至高至一小时或更长。 0035 热退火可以在任何气体气氛下进行，在特定实施例中，在。
47、包含氢气、氩气、氮气或 其混合物的气氛下进行。可选地，气氛可以包含一定量的氧以在硅层的表面上形成氧化物 层，以便在硅层中俘获金属污染物。在一个或多个实施例中，气氛基本上由氢气组成。退火 可以在约大气压力下进行；然而，应该理解，可以使用除大气压力之外的压力，包括最高约 0.2MPa、最高约1MPa、最高约10MPa或更高的压力或者低于约50kPa、低于约1kPa、低于约 0.1kPa或甚至更低的真空而没有限制。 0036 在完成退火之后，可以将SOI结构冷却到金属污染物在硅层中超饱和的温度。一 旦达到该超饱和条件，会出现其中金属污染物结合（combine）的沉淀事件。相同类型的金属 可以结合或不。
48、同类型的金属可以结合而形成沉淀物合金和或共沉淀物而没有限制。一般而 言，可以以充分低的冷却速率将SOI结构冷却到超饱和温度以允许可移动污染物结合。超 饱和温度可依赖于污染物的浓度而变化并可以通过实验确定。通常，超饱和条件出现在从 约600到约1100的温度处。 0037 在特定实施例中，SOI结构被冷却通过这样的温度范围：通过该范围，金属污染物 以允许金属沉淀物结合的规定速率在硅中相对可移动。虽然不束缚于特定的理论，但认为 不同的金属污染物可以在可通过实验确定的变化的温度内在硅中相对可移动；然而，认为 大部分金属污染物在约600以上的温度下在硅中相对可移动。在特定实施例中且依赖于 在硅晶片中存。
49、在的污染物的类型和浓度，金属污染物可以在约500以上，在约350以上 或者甚至在低至约200的温度以上的温度下相对可移动。通常，认为污染物在金属扩散速 说 明 书CN 102687260 A 11 6/9页 12 率足够低时是不可移动的，以阻止沉淀物的进一步成核和生长。 0038 在一些实施例中，SOI结构的从超饱和温度（即，当晶片被冷却时出现超饱和条件 的最大温度）通过金属污染物在硅中相对可移动的温度范围的冷却速率小于约7/秒（从 SOI结构开始冷却的点到金属污染物不再可移动的点（例如，约600）测量）。不束缚于特 定的理论，认为在高于约7/秒的冷却速率下，可以抑制沉淀物成核。在其他实施例中，从 超饱和温度通过金属污染物在硅中相对可移动的温度范围的冷却速率小于约5/秒，小 于约1/秒，小于约0.5/秒，或甚至小于约0.1/秒。在一些实施例中，冷却速率范 围可以为从约0.05/秒到约10。