Metalurenhedsindhold identificeret i mono- og polykrystallinske siliciumkrystaller

Metalurenhedsindhold identificeret i mono- og polykrystallinske siliciumkrystaller

Urenhedselementerne i krystallinske siliciummaterialer omfatter hovedsageligt ikke-metalliske urenheder såsom kulstof, oxygen, bor og fosfor og metalurenheder såsom jern, aluminium, kobber, nikkel og titanium. Metalurenheder findes generelt i interstitielle tilstande, substitutionstilstande, komplekser eller udfældninger i krystallinsk silicium, som ofte introducerer yderligere elektroner eller huller, hvilket resulterer i ændringer i bærerkoncentrationen i silicium og direkte indføring i dybe energiniveaucentre. Bliv rekombinationscentret for elektroner og huller, reducer i høj grad levetiden for minoritetsbærere, øg lækstrømmen af ​​pn-krydset; reducere emittereffektiviteten af ​​bipolære enheder; forårsage, at oxidlaget i MOS-enheder nedbrydes osv., hvilket resulterer i reduceret ydeevne af silicium-enheder.

Derfor er påvisningen af ​​hovedindholdet af metalurenheder i krystallinske siliciummaterialer særlig vigtig i udviklingen og anvendelsen af ​​enheder. De mest almindeligt anvendte metoder til påvisning af urenheder i siliciummaterialer er: Induktivt koblet plasmamassespektrometri (ICP-MS), Glow Discharge Mass Spectrometry (GDMS) og Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). Tag SIMS-metoden som et eksempel.

Den FZ polykrystallinske barre fraPAM-XIAMENbruges som prøven til SIMS-test, specifikation som følger:

1. FZ Silicium Ingot til bestemmelse af metalurenhedsindhold

PAM201109 – FZSI

FZ polykrystallinsk ingot Spec.

Længde >1700 mm
Sløjfe <2 mm
Ovalitet <2 mm
Diameter 150mm
Resistivity >3.000Ωcm
MCC levetid >1.000μs
Donorelementer
(P, As, Sb)
<0,1ppba
Acceptorelementer
(B, Al)
<0,03ppba
Iltindhold <0,2ppma
Kulstofindhold <0,1ppma

2. Hvad er sekundær ionmassespektrometri?

SIMS er en metode til analyse af overfladesammensætninger og urenheder af faste materialer. Det eksperimentelle princip er at bombardere prøven med en primær ionstråle under højvakuumforhold, generere sekundære ioner ved sputtering og derefter analysere de sekundære ioner ved massespektrometri. Giver detektionsgrænser så lave som 10-12~10-6niveauer, og er stort set upåvirket af krystaldoping.

Massespektrometri kan bruges til at opnå information om molekyler, grundstoffer og isotoper på overfladen af ​​prøven, til at detektere fordelingen af ​​kemiske grundstoffer eller forbindelser på overfladen og det indre af prøven. Overfladen af ​​prøven scannes og pilles af (forstøvningsafskalningshastigheden kan nå 10 mikron/time), og et tredimensionelt billede af overfladelaget eller prøvens indre kemiske sammensætning kan også opnås. Sekundær ionmassespektrometri har høj følsomhed, som kan nå størrelsesordenen ppm eller endda ppb, og kan også udføre mikro-områdesammensætningsbilleddannelse og dybdeprofilering. Så det er et godt middel til analyse af metalurenheder i silicium.

3. Driftstrin af metalurenhedsindhold i silicium målt ved SISM

1) Skær hver prøve (ukendt prøve, referenceprøve, blindprøve) i små stykker, så de passer ind i prøveholderen. Referenceprøven skal indeholde23nej,27Al,39K,53Fe (eller54Fe) elementer og så videre, eller der er flere referenceprøver, og hver referenceprøve indeholder et eller flere af disse elementer. Disse forberedelser bør udføres for at minimere metalforurening af prøveoverfladen.

2) Læg prøven i SIMS prøveholderen.

3) Bring prøveholderen ind i prøverummet på SIMS-instrumentet.

4) Tænd for instrumentet i henhold til instrumentets betjeningsvejledning.

5) Indstil passende analysebetingelser, som bør indeholde metoder til at eliminere masseinterferensen af ​​molekylære ioner.

5.1) Vælg den primære ionstrålestrøm, scanningsområdet for den primære stråle og transmissionstilstanden for det sekundære ionmassespektrometer for at opnå en passende forstøvningshastighed (mindre end 0,015 nm/s).

5.2) Vælg de passende massespektrometerbetingelser for at sikre den maksimale sekundære iontællerhastighed, så dødtidstabet er mindre end 10 %.

6) Sørg for, at analysebetingelserne for karakterisering af metalurenheder er passende og kan opfylde testkravene for referenceprøven og blindprøven med kendt koncentration på samme tid.

6.1) Sørg for, at analyseforstøvningshastigheden opfylder: Under dissektionsprocessen tælles hvert overvåget element mere end eller lig med én gang pr. sputterdybde på 0,2 nm.

6.2) Når der anvendes oxygeninjektion, for at afgøre, om oxygenlækagetrykket er passende, kræves der en dybdeanalyse af en prøve for at overvåge stabiliteten af ​​det sekundære ionudbytte af hovedelementet i de første 10 nm (ændringen skal være inden for 20 %). Dette bekræftelseseksperiment blev udført på en typisk prøve under anvendelse af den samme forstøvningshastighed, som blev anvendt til overflademetalurenhedstesten. Hvis der er en væsentlig ændring i ionudbyttet, øges iltlækagetrykket med en faktor 2 hver gang, indtil det er stabilt.

6.3) Bestem effektivitetsforholdet mellem de forskellige detektorer, der anvendes under testen (f.eks. elektronmultiplikatorer og Faraday-kopdetektorer), baseret på de anvendte instrumenter og kravene til den aktuelle test. Dette opnås ved at sammenligne det sekundære ionsignal (minimering af dødtidstab). Den sekundære ion-tællehastighed, der anvendes her, kan være forskellig fra den tællehastighed, der anvendes til analysen, og sputteringshastigheden på dette tidspunkt kan være forskellig fra analysen.

Indholdet af metalurenheder i siliciumkrystal er beregnet som nedenstående tabel. Vi har ikke listet alle data; om nødvendigt kontakt venligstvictorchan@powerwaywafer.comfor de fulde data.

Bulk metalindhold <2ppbw
Na 0,4ppba
Mg
Al
K
Ca
Fe
Cu
Ni 0,1 ppba
Cr
Zn
Metalindhold i overfladen  
Fe
Cu
Ni
Cr
Zn <0,4 ppbw
Na

 


For mere information, kontakt os venligst e-mail påvictorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.

Del dette indlæg