一种硅片缺陷态检测方法及缺陷态检测样品

本发明属于半导体集成电路制造，特别是涉及一种硅片缺陷态检测方法及缺陷态检测样品。

背景技术：

1、硅是集成电路的主体材料，随着半导体制程的不断缩小，对硅的质量和尺寸提出了愈来愈高的要求。硅片的尺寸(直径)越大，每一个硅片上可制造的芯片数量就越多，单位芯片的成本就降低。而硅在拉晶过程中不可避免地会引入一些杂质或缺陷，这些杂质缺陷会在禁带中形成深能级缺陷态。这些深能级缺陷态对材料和器件的性能有着重要的影响，例如，位于禁带中的深能级缺陷态俘获电子后不能及时释放，将严重影响硅器件的可靠性。

2、但是，目前对于直径为300毫米及以上的大尺寸硅片的深能级缺陷态的能级位置和浓度的检测仍然具有一定困难，由于大尺寸硅片需要采用与小尺寸硅片不同的工艺方法来实现更大尺寸的晶面，因此会引入更多的深能级缺陷和新的缺陷类型，如硅体缺陷中的氧沉淀、间隙氧原子、位错环、微缺陷等类型的缺陷，这些新类型的缺陷还可能与深能级缺陷态之间相互影响，导致深能级缺陷态可能引发部分常规表征手段无法探测到的缺陷类型，从而无法有效、精确地对深能级缺陷态进行表征。

3、目前针对直径为300毫米及以上的大尺寸硅片的缺陷表征手段主要有：盐酸刻蚀后的sem(scanning electron microscope，扫描电子显微镜)检测、铜修饰后蚀刻显影表征和热氧化后形貌表征等方法。然而，由于深能级缺陷能级位置较深，这些传统的表征方法并无法准确探测到能级较深的缺陷态，也很难准确测得深能级缺陷态的浓度和能级位置；同时由于这些传统方法需要对硅片进行额外的升降温或刻蚀处理，方法复杂繁琐，且容易在过程中使硅片的原生缺陷发生变化，从而无法对硅片的原生缺陷进行准确表征。

4、因此，如何通过有效快捷的测量方法精确地探测硅片原生的深能级缺陷的能级位置和浓度，在研究深能级缺陷态对大尺寸硅片材料和器件的影响方面具有重要意义。

5、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅片缺陷态检测方法及缺陷态检测样品，用于解决现有技术中大尺寸硅片原生的深能级缺陷态的检测表征精度低及检测效率差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种硅片缺陷态检测方法，所述硅片缺陷态检测方法包括：提供一待检测硅片；于所述待检测硅片的预设位置的上表面设置第一肖特基接触电极和第二肖特基接触电极，形成串联的第一肖特基二极管和第二肖特基二极管构成的肖特基器件，得到待检测样品；

3、对所述第一肖特基接触电极施加第一扫描电压，对所述第二肖特基接触电极施加第二扫描电压，所述第一扫描电压和所述第二扫描电压为正负相反、绝对值相同的两个扫描电压；在预设频率范围内的不同频率下施加不同的第一扫描电压和第二扫描电压，测量所述肖特基器件对应的电导，得到不同频率下的电导-电压特性曲线；

4、选择在不同频率下得到的电导变化最大的第一扫描电压和第二扫描电压为特征电压；在预设频率范围内对所述第一肖特基接触电极和所述第二肖特基接触电极施加特征电压进行连续频率扫描，测量所述肖特基器件的电导得到电导-频率响应特性曲线；所述电导-频率响应特性曲线中的电导突变峰对应的频率为特征频率，通过所述特征频率对应得到待检测样品在所述预设位置的缺陷类型。

5、可选地，在所述待检测硅片的不同预设位置分别测量得到所述肖特基器件的电导-频率响应特性曲线，根据预设位置的电导突变峰对应的电导突变峰值与对应预设位置的缺陷密度呈负相关关系，以得到不同预设位置的缺陷密度之间的大小关系。

6、可选地，通过x射线光电子能谱谱图分析方法得到所述待检测样品在不同的预设位置的缺陷密度和电导-频率响应特性曲线中的电导突变峰值的对应关系建立对应关系数据库；通过所述电导-频率响应特性曲线得到的电导突变峰的对应的电导突变峰值从所述对应关系数据库中找到对应的缺陷密度，得到对应的预设位置的缺陷密度。

7、可选地，所述待检测样品的所述预设位置的下表面设置有欧姆接触电极，得到电导-电压特性曲线前，对所述第一肖特基接触电极施加第一扫描电压，对所述欧姆接触电极施加第二扫描电压，测量得到所述肖特基器件的电流-电压特性曲线，从电流-电压特性曲线中得到所述肖特基器件的反向电流j01，根据得到所述第一肖特基二极管的第一势垒高度对所述第二肖特基接触电极施加第二扫描电压，对所述欧姆接触电极施加第一扫描电压，测量得到所述肖特基器件的电流-电压特性曲线，从电流-电压特性曲线中得到所述肖特基器件的反向电流j02，根据得到所述第二肖特基二极管的第二势垒高度k为玻尔兹曼常数，t为热力学温度，q为电子的电荷量，a**为有效理查逊常数。

8、可选地，建立所述特征频率与对应缺陷类型的载流子发射率的对应关系模型；根据所述电导-频率响应特性曲线中得到的特征频率代入所述对应关系模型得到载流子发射率et；根据et＝ncσnvthexp[(et-ec)/kt]，计算得到对应缺陷类型的能级位置(et-ec)，nc是所述待检测硅片导带中电子的有效密度，σn是电子俘获截面，νth是电子热速率，k为玻尔兹曼常数，t为热力学温度。

9、可选地，所述硅片缺陷态检测方法还包括：对所述第一肖特基接触电极施加第一扫描电压，对所述第二肖特基接触电极施加第二扫描电压，在预设频率范围内的不同频率下测量得到所述肖特基器件的电容c-电压v特性曲线，将电容c-电压v特性曲线转换为1/cd2-v的关系曲线，计算1/cd2-v的关系曲线中线性分布的曲线斜率a；根据计算所述待检测样品在所述预设位置的掺杂浓度nd，q为电子的电荷量，εs为所述待检测硅片的介电常数。

10、可选地，所述第一扫描电压的范围包括正压范围和负压范围，所述第一扫描电压的负压范围和正压范围的绝对值均小于等于3v；所述第二扫描电压的范围包括正压范围和负压范围，所述第二扫描电压的负压范围和正压范围的绝对值均小于等于3v。

11、可选地，所述待检测硅片的直径大于等于300毫米。

12、可选地，所述第一肖特基接触电极平行于所述硅片的截面面积小于等于所述第二肖特基接触电极平行于所述硅片的截面面积的1/5。

13、本发明还提供一种缺陷态检测样品，所述缺陷态检测样品采用上述任意一种所述硅片缺陷态检测方法进行检测，所述缺陷态检测样品包括：待检测硅片、第一肖特基接触电极、第二肖特基接触电极和欧姆接触电极；

14、所述待检测硅片包括相对设置的上表面和下表面，所述第一肖特基接触电极和所述第二肖特基接触电极位于所述待检测硅片预设位置的所述上表面，所述欧姆接触电极位于所述待检测硅片预设位置的所述下表面。

15、如上，本发明的硅片缺陷态检测方法及缺陷态检测样品，具有以下有益效果：

16、本发明通过在硅片正面设置双肖特基接触电极、背面设置欧姆接触电极，常温下得到深能级缺陷的物理特征，无需对硅片进行变温处理或改变硅片内部结构，测试条件简捷，且可精确得到深能级的原生缺陷类型、浓度、能级位置等关键参数，有利于大尺寸硅片的可靠性测量。