Hvordan bestemmer man kulstof- og iltindhold i silicium-enkeltkrystal?

Hvordan bestemmer man kulstof- og iltindhold i silicium-enkeltkrystal?

I produktionsprocessen af ​​enkeltkrystalsilicium introduceres urenheder såsom kulstof og oxygen uundgåeligt på grund af faktorer som råmaterialer og metoder, som direkte påvirker ydeevnen af ​​enkeltkrystalsilicium. For eksempel, den udglødede siliciumwafer leveret af os, vist som fig. 1, se flere detaljerhttps://www.powerwaywafer.com/what-are-annealed-silicon-wafer%ef%bc%9f.html.

udglødet silicium wafer

Fig. 1 Udglødet siliciumwafer med ilt- og kulstofindhold

Iltindholdet i silicium er nøgledata, der skal beherskes for accept, procesovervågning og forskning og udvikling af nutidens siliciummateriale- og enhedsfremstilling. Kulstof er den næstvigtigste urenhed i silicium efter oxygen og har en afgørende indflydelse på enkeltkrystalsiliciums egenskaber, især oxygens opførsel under varmebehandling. Derfor er nøjagtig bestemmelse og kontrol af oxygenindholdet i siliciumenkeltkrystal et uundværligt led i fremstillingen af ​​siliciummaterialer og anordningsbehandling. Her anbefaler vi en standardmetode til måling af det substituerede carbon- og interstitielle oxygenindhold i siliciumenkeltkrystaller ved hjælp af lavtemperatur (LT) Fourier-transformation infrarød spektroskopi.

1. Gældende omfang af lavtemperatur Fourier Transform Infrarød spektroskopi

Denne metode er velegnet til bestemmelse af substitutionskulstof og interstitielle oxygenurenheder i N-type siliciumenkeltkrystaller med rumtemperaturmodstand større end 0,1 Ω*cm og P-type siliciumenkeltkrystaller med stuetemperaturmodstand større end 0,5Ω*cm.

Det effektive område for denne standard til bestemmelse af kulstof- og oxygenindhold er fra 5X1014atomer.cm-3(0,01 pma) til den maksimale faststofopløselighed af substitueret kulstof og interstitiel oxygen i silicium. Den faktiske målestandard vil være højere end den, der er specificeret af standarden.

2. Måleprincip for LT Fourier Transform infrarød spektroskopi

Afkøl siliciumenkeltkrystalprøven til en temperatur under 15 K. Send prøven direkte med en infrarød stråle, opsaml absorptionsspektret og brug referencemetoden til at bestemme absorptionskoefficienten for den infrarøde absorptionstoppe ved bølgetallet på 607,5 cm-1ved det substituerende carbonatom i silicium. Bestem kulstofindholdet og absorptionskoefficienten for den infrarøde absorptionstoppe af de interstitielle oxygenatomer i silicium ved bølgetallet 1136,3 cm-1at bestemme iltindholdet.

3. Interfererende faktorer til måling af kulstof og ilt i silicium

Nedenstående faktorer vil have indflydelse på måling af kulstof/silicium oxygen i silicium:

1) Interferensfaktorer eksisterer i absorptionsbåndene for kulstof og oxygen, og der er vibrationsabsorptionsbånd af siliciumgitter, som vil påvirke bestemmelsen af ​​kulstof og oxygen. En enkelt zonesmeltet siliciumwafer med kulstof- og oxygenindhold mindre end 5X 1014atomer*cm-3(0,01 pma) skal bruges som en referenceprøve, og tykkelsen af ​​referenceprøven og testprøven skal være så konsistent som muligt for at eliminere indflydelsen fra siliciumgitterets absorptionsvibrationsbånd;

2) Interne refleksioner på flere niveauer kan producere sekundær interferens og basislinjeafvigelse. Sekundær interferens og basislinjedrift kan elimineres ved at ændre prøvetykkelse, overfladehåndtering eller opløsning;

3) Testprøven og referenceprøven bør holdes ved samme temperatur som muligt for at undgå virkningen af ​​temperaturafhængig gitterabsorption på testresultaterne;

4) De infrarøde spektrale absorptionsspidspositioner og kalibreringsfaktorer for substitueret kulstof og interstitiel oxygen varierer med temperaturen, og de tilsvarende absorptionsspidspositioner og kalibreringsfaktorer er også forskellige ved forskellige temperaturer, se tabel A;

A.1 Carbon Absorption Peak Position og Kalibreringsfaktor

Temperatur / K Carbon Infrarød Absorption Peak Position / cm-1 Kalibreringsfaktor (Fc) / cm-2
300 607.2 0,82×1017
78 607.5 0,40×1017
10 607.5 0,37×1017

 

A.2 Oxygenabsorptionsspidspositioner og kalibreringsfaktorer

Temperatur / K Carbon Infrarød Absorption Peak Position / cm-1 Kalibreringsfaktor (Fc) / cm-2
300 1106 3,14×1017
78 1127 1,32×1017
10 1136 0,20×1017

 

5) Ved lav temperatur kan absorptionen af ​​frie bærere til en vis grad undertrykkes. Men for stærkt doterede siliciumenkeltkrystaller er koncentrationen af ​​frie bærere meget høj, og det er også vanskeligt at måle det infrarøde absorptionsspektrum af silicium på grund af påvirkningen af ​​alvorlig bærerabsorption.

4. Instrumenter

1) Lavtemperatur Fourier transformation infrarødt spektrometer: med optiske komponenter og detektorer til bølgetal 250 cm-1~1300 cm-1, skal opløsningen af ​​spektrometeret nå 1 cm-1 eller bedre ved en temperatur på 15 K;

2) Prøveholder: Den er lavet af metalmateriale med høj termisk ledningsevne, med små huller og kan blokere ethvert infrarødt lys, der passerer gennem prøven;

3) Mikrometer eller andet udstyr, som er egnet til at måle tykkelsen af ​​prøven med en nøjagtighed på 0,001 mm.

5. Prøver af silicium

1) Skær siliciumenkeltkrystallen i siliciumenkeltkrystalprøver, slib begge sider og poler begge sider til en spejloverflade ved mekaniske eller kemiske metoder;

2) Tykkelsen af ​​testområdet på begge overflader af den behandlede prøve må ikke være større end 0,05 mm, og overfladen skal være fri for oxidlag;

3) Tykkelsen af ​​den forberedte prøve er mellem 2,0 mm og 4,0 mm. Diameteren passer til prøveholderens størrelse;

4) For polykrystallinske siliciumprøver bør siliciumenkeltkrystaller forberedes på forhånd med henvisning til andre metoder.

6. Trin til måling af kulstof- og iltindhold

1) Tør overfladen af ​​prøven af ​​med absolut ethanol;

2) Mål tykkelsen af ​​prøven i henhold til bestemmelserne i GB/T 6618, nøjagtig til 0,001 mm, og noter prøvens tykkelse;

3) Læg prøven i prøveholderen. Fastgør derefter prøveholderen i prøvekammeret;

4) Indstil instrumentparametrene, og afkøl prøven til en temperatur lavere end 15K gennem kryostatanordningen konfigureret af instrumentet;

5) Kør analyseprogrammet, scan den tomme blænde, og opsaml baggrundsspektret; scan referenceprøven og opsaml referencespektret; scan prøven, der skal testes, og opsaml spektret af prøven, der skal testes. Indholdet af substitutionskulstof og interstitiel oxygen blev beregnet ved referencemetoden. Absorptionstoppositionerne for 10,6 substitueret carbon og interstitiel oxygen er vist i tabel 1. De infrarøde spektre er vist i figur 2 og 3:

Tabel 1 Toppositioner for substitueret kulstof og interstitiel iltabsorption

Element Topposition / cm-1
Kulstof 607.5
Ilt 1136.3

 

Fig.2 Lavtemperatur infrarødt spektrum af substitueret kulstof

Fig.2 Lavtemperatur infrarødt spektrum af substitueret kulstof

 

Fig.3 Lavtemperatur infrarødt spektrum af interstitiel ilt

Fig.3 Lavtemperatur infrarødt spektrum af interstitiel ilt

For mere information, kontakt os venligst e-mail på [email protected] og [email protected].

Del dette indlæg