Los elementos de impurezas en los materiales de silicio cristalino incluyen principalmente impurezas no metálicas como carbono, oxígeno, boro y fósforo, e impurezas metálicas como hierro, aluminio, cobre, níquel y titanio. Las impurezas metálicas generalmente existen en estados intersticiales, estados de sustitución, complejos o precipitaciones en el silicio cristalino, que a menudo introducen electrones u orificios adicionales, lo que da como resultado cambios en la concentración de portadores en el silicio y la introducción directa en los centros de niveles de energía profundos. Conviértase en el centro de recombinación de electrones y agujeros, reduzca en gran medida la vida útil de los portadores minoritarios, aumente la corriente de fuga de la unión pn; reducir la eficiencia del emisor de los dispositivos bipolares; hacer que la capa de óxido de los dispositivos MOS se rompa, etc., lo que reduce el rendimiento de los dispositivos de silicio.

Por lo tanto, la detección del contenido de impurezas metálicas principales en materiales de silicio cristalino es particularmente importante en el desarrollo y utilización de dispositivos. Los métodos más utilizados para la detección de impurezas en materiales de silicio son: espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), espectrometría de masas de descarga luminiscente (GDMS) y espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). Tome el método SIMS como ejemplo.

El lingote policristalino FZ dePAM-XIAMENse utiliza como muestra para la prueba SIMS, especificación de la siguiente manera:

1. Lingote de silicio FZ para determinar el contenido de impurezas metálicas

PAM201109 – FZSI

2. ¿Qué es la espectrometría de masas de iones secundarios?

SIMS es un método para el análisis de composiciones superficiales e impurezas de materiales sólidos. El principio experimental es bombardear la muestra con un haz de iones primarios en condiciones de alto vacío, generar iones secundarios por pulverización catódica y luego analizar los iones secundarios por espectrometría de masas. Proporciona límites de detección tan bajos como 10^-12~10^-6niveles, y no se ve afectado en gran medida por el dopaje con cristales.

La espectrometría de masas se puede utilizar para obtener información sobre moléculas, elementos e isótopos en la superficie de la muestra, para detectar la distribución de elementos o compuestos químicos en la superficie e interior de la muestra. La superficie de la muestra se escanea y se pela (la velocidad de pelado por pulverización puede alcanzar los 10 micrones/hora) y también se puede obtener una imagen tridimensional de la capa superficial o la composición química interna de la muestra. La espectrometría de masas de iones secundarios tiene una alta sensibilidad, que puede alcanzar el orden de ppm o incluso ppb, y también puede realizar imágenes de composición de microáreas y perfiles de profundidad. Por lo tanto, es un buen medio para el análisis de impurezas metálicas en el silicio.

3. Pasos operativos del contenido de impurezas metálicas en silicio medido por SISM

1) Corte cada muestra (muestra desconocida, muestra de referencia, muestra en blanco) en trozos pequeños para que quepan en el portamuestras. La muestra de referencia debe contener²³N / A,²⁷Alabama,³⁹k,⁵³Fe (o⁵⁴Fe), etc., o hay múltiples muestras de referencia, y cada muestra de referencia contiene uno o más de estos elementos. Estas preparaciones deben realizarse para minimizar la contaminación por metales de la superficie de la muestra.

2) Cargue la muestra en el portamuestras SIMS.

3) Lleve el portamuestras al compartimento de muestras del instrumento SIMS.

4) Encienda el instrumento de acuerdo con el manual de instrucciones del instrumento.

5) Establecer las condiciones de análisis adecuadas, que deben contener métodos para eliminar la interferencia de masa de los iones moleculares.

5.1) Seleccione la corriente del haz de iones primarios, el área de exploración del haz primario y el modo de transmisión del espectrómetro de masas de iones secundarios para obtener una tasa de pulverización adecuada (menos de 0,015 nm/s).

5.2) Seleccione las condiciones apropiadas del espectrómetro de masas para garantizar la máxima tasa de recuento de iones secundarios, de modo que la pérdida de tiempo muerto sea inferior al 10 %.

6) Asegúrese de que las condiciones de análisis para la caracterización de impurezas metálicas sean adecuadas y puedan cumplir los requisitos de prueba de la muestra de referencia y la muestra en blanco de concentración conocida al mismo tiempo.

6.1) Asegúrese de que la tasa de pulverización catódica satisfaga: Durante el proceso de disección, cada elemento monitoreado se cuenta más o igual a una vez por profundidad de pulverización catódica de 0,2 nm.

6.2) Cuando se usa inyección de oxígeno, para determinar si la presión de fuga de oxígeno es adecuada, se requiere un análisis profundo de una muestra para monitorear la estabilidad del rendimiento de iones secundarios del elemento principal en los primeros 10 nm (el cambio debe ser dentro del 20%). Este experimento de confirmación se realizó en una muestra típica utilizando la misma tasa de pulverización utilizada para la prueba de impurezas metálicas superficiales. Si hay un cambio significativo en el rendimiento de iones, aumente la presión de fuga de oxígeno en un factor de 2 cada vez hasta que sea estable.

6.3) Determinar la relación de eficiencia entre los diversos detectores utilizados durante la prueba (por ejemplo, multiplicadores de electrones y detectores de copa de Faraday), según los instrumentos utilizados y los requisitos de la prueba real. Esto se logra comparando la señal de iones secundarios (minimizando la pérdida de tiempo muerto). La tasa de conteo de iones secundarios utilizada aquí puede ser diferente de la tasa de conteo utilizada para el análisis, y la tasa de pulverización en este momento puede ser diferente de la del análisis.

El contenido de impurezas metálicas en el cristal de silicio se calcula según la tabla que se muestra a continuación. No hemos enumerado todos los datos; si es necesario por favor contactevictorchan@powerwaywafer.compara los datos completos.

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