Les éléments d'impuretés dans les matériaux de silicium cristallin comprennent principalement des impuretés non métalliques telles que le carbone, l'oxygène, le bore et le phosphore, et des impuretés métalliques telles que le fer, l'aluminium, le cuivre, le nickel et le titane. Les impuretés métalliques existent généralement dans des états interstitiels, des états de substitution, des complexes ou des précipitations dans le silicium cristallin, qui introduisent souvent des électrons ou des trous supplémentaires, entraînant des modifications de la concentration de porteurs dans le silicium et une introduction directe dans les centres de niveau d'énergie profond. Devenez le centre de recombinaison des électrons et des trous, réduisez considérablement la durée de vie des porteurs minoritaires, augmentez le courant de fuite de la jonction pn ; réduire l'efficacité de l'émetteur des appareils bipolaires ; provoquer la dégradation de la couche d'oxyde des dispositifs MOS, etc., entraînant une réduction des performances des dispositifs au silicium.

Par conséquent, la détection de la principale teneur en impuretés métalliques dans les matériaux de silicium cristallin est particulièrement importante dans le développement et l'utilisation des dispositifs. Les méthodes les plus couramment utilisées pour la détection des impuretés dans les matériaux en silicium sont : la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS), la spectrométrie de masse à décharge luminescente (GDMS) et la spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS). Prenons la méthode SIMS comme exemple.

Le lingot polycristallin FZ dePAM-XIAMENest utilisé comme échantillon pour les tests SIMS, spécification comme suit :

1. Lingot de silicium FZ pour déterminer la teneur en impuretés métalliques

PAM201109 – FZSI

2. Qu'est-ce que la spectrométrie de masse à ions secondaires ?

Le SIMS est une méthode d'analyse des compositions de surface et des impuretés des matériaux solides. Le principe expérimental est de bombarder l'échantillon avec un faisceau d'ions primaires dans des conditions de vide poussé, de générer des ions secondaires par pulvérisation, puis d'analyser les ions secondaires par spectrométrie de masse. Fournit des limites de détection aussi basses que 10^-12~10^-6niveaux, et n'est en grande partie pas affecté par le dopage cristallin.

La spectrométrie de masse peut être utilisée pour obtenir des informations sur les molécules, les éléments et les isotopes à la surface de l'échantillon, pour détecter la distribution d'éléments ou de composés chimiques à la surface et à l'intérieur de l'échantillon. La surface de l'échantillon est scannée et pelée (la vitesse de pelage par pulvérisation peut atteindre 10 microns/heure), et une image tridimensionnelle de la couche superficielle ou de la composition chimique interne de l'échantillon peut également être obtenue. La spectrométrie de masse d'ions secondaires a une sensibilité élevée, qui peut atteindre l'ordre du ppm ou même du ppb, et peut également effectuer une imagerie de composition de micro-zone et un profilage de profondeur. C'est donc un bon moyen pour l'analyse des impuretés métalliques dans le silicium.

3. Étapes de fonctionnement de la teneur en impuretés métalliques dans le silicium mesurée par SISM

1) Coupez chaque échantillon (échantillon inconnu, échantillon de référence, échantillon blanc) en petits morceaux pour les insérer dans le porte-échantillon. L'échantillon de référence doit contenir²³N / A,²⁷Al,³⁹K,⁵³Fe (ou⁵⁴Fe) éléments et ainsi de suite ou il existe plusieurs échantillons de référence, et chaque échantillon de référence contient un ou plusieurs de ces éléments. Ces préparations doivent être faites pour minimiser la contamination métallique de la surface de l'échantillon.

2) Charger l'échantillon dans le porte-échantillon SIMS.

3) Amenez le porte-échantillon dans le compartiment échantillon de l'instrument SIMS.

4) Allumez l'instrument conformément au manuel d'instructions de l'instrument.

5) Définir les conditions d'analyse appropriées, qui doivent contenir des méthodes pour éliminer l'interférence de masse des ions moléculaires.

5.1) Sélectionnez le courant du faisceau d'ions primaires, la zone de balayage du faisceau primaire et le mode de transmission du spectromètre de masse d'ions secondaires pour obtenir un taux de pulvérisation approprié (moins de 0,015 nm/s).

5.2) Sélectionnez les conditions appropriées du spectromètre de masse pour assurer le taux de comptage d'ions secondaires maximal, de sorte que la perte de temps mort soit inférieure à 10 %.

6) Assurez-vous que les conditions d'analyse pour la caractérisation des impuretés métalliques sont appropriées et peuvent répondre aux exigences de test de l'échantillon de référence et de l'échantillon blanc de concentration connue en même temps.

6.1) Assurez-vous que le taux de pulvérisation d'analyse satisfait : Pendant le processus de dissection, chaque élément surveillé est compté plus d'une fois ou égal à une profondeur de pulvérisation de 0,2 nm.

6.2) Lors de l'utilisation de l'injection d'oxygène, afin de déterminer si la pression de fuite d'oxygène est appropriée, une analyse en profondeur d'un échantillon est nécessaire pour surveiller la stabilité du rendement en ions secondaires de l'élément principal dans les 10 premiers nm (le changement doit être dans les 20 %). Cette expérience de confirmation a été réalisée sur un échantillon typique en utilisant le même taux de pulvérisation utilisé pour le test d'impuretés métalliques de surface. S'il y a un changement significatif dans le rendement en ions, augmentez la pression de fuite d'oxygène d'un facteur 2 à chaque fois jusqu'à ce qu'elle soit stable.

6.3) Déterminer le rapport d'efficacité entre les différents détecteurs utilisés lors de l'essai (par exemple, les multiplicateurs d'électrons et les détecteurs à coupelle de Faraday), en fonction des instruments utilisés et des exigences de l'essai proprement dit. Ceci est réalisé en comparant le signal des ions secondaires (ce qui minimise la perte de temps mort). Le taux de comptage des ions secondaires utilisé ici peut être différent du taux de comptage utilisé pour l'analyse, et le taux de pulvérisation à ce moment peut être différent de l'analyse.

La teneur en impuretés métalliques dans le cristal de silicium est calculée selon le tableau ci-dessous. Nous n'avons pas répertorié toutes les données; si nécessaire, veuillez contactervictorchan@powerwaywafer.compour les données complètes.

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