Gli elementi di impurità nei materiali in silicio cristallino includono principalmente impurità non metalliche come carbonio, ossigeno, boro e fosforo e impurità metalliche come ferro, alluminio, rame, nichel e titanio. Le impurità metalliche generalmente esistono in stati interstiziali, stati di sostituzione, complessi o precipitazioni nel silicio cristallino, che spesso introducono elettroni o lacune aggiuntivi, determinando cambiamenti nella concentrazione del vettore nel silicio e introduzione diretta nei centri di livello energetico profondi. Diventa il centro di ricombinazione di elettroni e lacune, riduce notevolmente la vita dei portatori di minoranza, aumenta la corrente di dispersione della giunzione pn; ridurre l'efficienza dell'emettitore dei dispositivi bipolari; causare la rottura dello strato di ossido dei dispositivi MOS, ecc., con conseguente riduzione delle prestazioni dei dispositivi al silicio.

Pertanto, il rilevamento del principale contenuto di impurità metalliche nei materiali di silicio cristallino è particolarmente importante nello sviluppo e nell'utilizzo dei dispositivi. I metodi più comunemente usati per il rilevamento delle impurità nei materiali di silicio sono: spettrometria di massa al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-MS), spettrometria di massa a scarica di bagliore (GDMS) e spettrometria di massa ionica secondaria (SIMS). Prendi il metodo SIMS come esempio.

Il lingotto policristallino FZ daPAM-XIAMENviene utilizzato come campione per i test SIMS, specifica come segue:

1. Lingotto di silicio FZ per la determinazione del contenuto di impurità metalliche

PAM201109 – FZSI

2. Che cos'è la spettrometria di massa di ioni secondari?

SIMS è un metodo per l'analisi delle composizioni superficiali e delle impurità dei materiali solidi. Il principio sperimentale consiste nel bombardare il campione con un fascio di ioni primari in condizioni di alto vuoto, generare ioni secondari mediante sputtering e quindi analizzare gli ioni secondari mediante spettrometria di massa. Fornisce limiti di rilevamento a partire da 10^-12~10^-6livelli, ed è in gran parte inalterato dal drogaggio dei cristalli.

La spettrometria di massa può essere utilizzata per ottenere informazioni su molecole, elementi e isotopi sulla superficie del campione, per rilevare la distribuzione di elementi o composti chimici sulla superficie e all'interno del campione. La superficie del campione viene scansionata e staccata (la velocità di spellicolatura può raggiungere i 10 micron/ora) e si può anche ottenere un'immagine tridimensionale dello strato superficiale o della composizione chimica interna del campione. La spettrometria di massa di ioni secondari ha un'elevata sensibilità, che può raggiungere l'ordine di ppm o addirittura ppb, e può anche eseguire l'imaging della composizione di micro-area e il profilo della profondità. Quindi è un buon mezzo per l'analisi delle impurità metalliche nel silicio.

3. Fasi operative del contenuto di impurità metalliche nel silicio misurato dal SISM

1) Tagliare ogni campione (campione sconosciuto, campione di riferimento, campione bianco) in piccoli pezzi per adattarli al portacampioni. Il campione di riferimento deve contenere²³N / a,²⁷Al,³⁹K,⁵³Fe (o⁵⁴Fe) elementi e così via oppure esistono più campioni di riferimento e ogni campione di riferimento contiene uno o più di questi elementi. Queste preparazioni devono essere eseguite per ridurre al minimo la contaminazione da metalli della superficie del campione.

2) Caricare il campione nel portacampioni SIMS.

3) Portare il portacampioni nel vano portacampioni dello strumento SIMS.

4) Accendere lo strumento secondo il manuale di istruzioni dello strumento.

5) Stabilire condizioni di analisi appropriate, che dovrebbero contenere metodi per eliminare l'interferenza di massa degli ioni molecolari.

5.1) Selezionare la corrente del fascio di ioni primari, l'area di scansione del fascio di ioni primari e la modalità di trasmissione dello spettrometro di massa di ioni secondari per ottenere una velocità di sputtering adeguata (inferiore a 0,015 nm/s).

5.2) Selezionare le condizioni dello spettrometro di massa appropriate per garantire la massima velocità di conteggio degli ioni secondari, in modo che la perdita di tempo morto sia inferiore al 10%.

6) Assicurarsi che le condizioni di analisi per la caratterizzazione delle impurità metalliche siano idonee e possano soddisfare contemporaneamente i requisiti di prova del campione di riferimento e del campione bianco di concentrazione nota.

6.1) Assicurarsi che la velocità di sputtering dell'analisi sia soddisfacente: durante il processo di dissezione, ogni elemento monitorato viene contato più o uguale a una volta per profondità di sputtering di 0,2 nm.

6.2) Quando si utilizza l'iniezione di ossigeno, al fine di determinare se la pressione di perdita di ossigeno è appropriata, è necessaria un'analisi approfondita di un campione per monitorare la stabilità della resa ionica secondaria dell'elemento principale nei primi 10 nm (la variazione dovrebbe essere entro il 20%). Questo esperimento di conferma è stato eseguito su un campione tipico utilizzando la stessa velocità di sputtering utilizzata per il test di impurità del metallo superficiale. Se si verifica un cambiamento significativo nella resa ionica, aumentare la pressione di perdita di ossigeno di un fattore 2 ogni volta fino a quando non è stabile.

6.3) Determinare il rapporto di efficienza tra i vari rivelatori utilizzati durante la prova (ad esempio, moltiplicatori di elettroni e rivelatori a tazza di Faraday), in base agli strumenti utilizzati e ai requisiti della prova vera e propria. Ciò si ottiene confrontando il segnale ionico secondario (riducendo al minimo la perdita di tempo morto). La velocità di conteggio degli ioni secondari utilizzata qui può essere diversa dalla velocità di conteggio utilizzata per l'analisi e la velocità di sputtering in questo momento potrebbe essere diversa dall'analisi.

Il contenuto di impurità metalliche nel cristallo di silicio è calcolato secondo la tabella sotto riportata. Non abbiamo elencato tutti i dati; se necessario si prega di contattarevictorchan@powerwaywafer.comper i dati completi.

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