단결정 실리콘의 생산 과정에서 탄소, 산소와 같은 불순물은 단결정 실리콘의 성능에 직접적인 영향을 미치는 원료 및 방법 등의 요인으로 인해 불가피하게 도입됩니다. 예를 들어, 우리가 공급한 어닐링된 실리콘 웨이퍼는 그림 1과 같이 더 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.https://www.powerwaywafer.com/what-are-annealed-silicon-wafer%ef%bc%9f.html.
그림 1 산소 및 탄소 함량이 있는 열처리된 실리콘 웨이퍼
실리콘의 산소 함량은 오늘날의 실리콘 재료 및 장치 제조의 승인, 공정 모니터링 및 연구 개발을 위해 마스터해야 하는 핵심 데이터입니다. 탄소는 실리콘에서 산소에 이어 두 번째로 중요한 불순물이며 단결정 실리콘의 특성, 특히 열처리 중 산소의 거동에 결정적인 영향을 미칩니다. 따라서 실리콘 단결정의 산소 함량을 정확하게 측정하고 제어하는 것은 실리콘 재료의 제조 및 소자 처리에 있어 필수적인 연결 고리입니다. 여기에서는 저온(LT) 푸리에 변환 적외선 분광법을 사용하여 실리콘 단결정의 치환 탄소 및 격자간 산소 함량을 측정하는 표준 방법을 권장합니다.
1. 저온 푸리에 변환 적외선 분광법의 적용 범위
이 방법은 실온 저항이 0.1Ω*cm보다 큰 N형 실리콘 단결정 및 실온 저항이 0.5Ω*cm보다 큰 P형 실리콘 단결정에서 치환 탄소 및 격자간 산소 불순물을 측정하는 데 적합합니다.
탄소 및 산소 함량 측정을 위한 이 표준의 유효 범위는 5X10입니다.14원자.cm-3(0.01ppma) ~ 실리콘 내 치환된 탄소 및 격자간 산소의 최대 고용도. 실제 측정 표준은 표준에서 지정한 것보다 높을 것입니다.
2. LT 푸리에 변환 적외선 분광법의 측정 원리
실리콘 단결정 시료를 15K 이하의 온도로 냉각시킨다. 시료를 적외선 빔으로 직접 투과시키고 흡수 스펙트럼을 수집하고 참조 방법을 사용하여 파수 607.5cm에서 적외선 흡수 피크의 흡수 계수를 결정한다.-1실리콘의 치환 탄소 원자에 의해 파수 1136.3 cm에서 실리콘의 격자간 산소 원자의 적외선 흡수 피크의 탄소 함량과 흡수 계수를 결정하십시오.-1산소 함량을 결정합니다.
3. 규소의 탄소 및 산소 측정을 위한 간섭 요인
아래 나열된 요소는 실리콘의 탄소/실리콘 산소 측정에 영향을 미칩니다.
1) 탄소와 산소의 흡수대역에는 간섭인자가 존재하며, 실리콘 격자의 진동흡수대역이 있어 탄소와 산소의 결정에 영향을 미친다. 탄소 및 산소 함량이 5X 10 미만인 영역 융합 실리콘 단일 웨이퍼14원자*cm-3(0.01ppma)를 기준 샘플로 사용하고 기준 샘플과 테스트 샘플의 두께는 실리콘 격자 흡수 진동 대역의 영향을 제거하기 위해 가능한 한 일정해야 합니다.
2) 다중 레벨 내부 반사는 2차 간섭 및 기준선 편차를 생성할 수 있습니다. 샘플 두께, 표면 처리 또는 분해능을 변경하여 2차 간섭 및 기준선 드리프트를 제거할 수 있습니다.
3) 테스트 샘플과 참조 샘플은 테스트 결과에 대한 온도 의존적 격자 흡수의 영향을 피하기 위해 가능한 한 동일한 온도에서 유지되어야 합니다.
4) 적외선 스펙트럼 흡수 피크 위치와 치환된 탄소 및 격자간 산소의 보정 계수는 온도에 따라 다르며 해당 흡수 피크 위치와 보정 계수도 온도에 따라 다릅니다(표 A 참조).
A.1 탄소 흡수 피크 위치 및 보정 계수
| 온도 / K | 탄소 적외선 흡수 피크 위치 / cm-1 | 교정계수(Fc) / cm-2 |
| 300 | 607.2 | 0.82×1017 |
| 78 | 607.5 | 0.40×1017 |
| 10 | 607.5 | 0.37×1017 |
A.2 산소 흡수 피크 위치 및 보정 계수
| 온도 / K | 탄소 적외선 흡수 피크 위치 / cm-1 | 교정계수(Fc) / cm-2 |
| 300 | 1106 | 3.14×1017 |
| 78 | 1127 | 1.32×1017 |
| 10 | 1136 | 0.20×1017 |
5) 저온에서 자유 담체의 흡수를 어느 정도 억제할 수 있습니다. 그러나 고농도로 도핑된 실리콘 단결정의 경우 자유 캐리어의 농도가 매우 높고 캐리어 흡수가 심한 영향으로 실리콘의 적외선 흡수 스펙트럼도 측정하기 어렵다.
4. 악기
1) 저온 푸리에 변환 적외선 분광계: 광학 부품 및 파수 250cm 검출기 포함-1~ 1300cm-1, 분광계의 분해능은 15K의 온도에서 1cm-1 이상에 도달해야 합니다.
2) 샘플 홀더: 열전도율이 높고 작은 구멍이 있는 금속 재료로 만들어졌으며 샘플을 통과하는 적외선을 차단할 수 있습니다.
3) 0.001mm의 정확도로 시료의 두께를 측정하는 데 적합한 마이크로미터 또는 기타 장비.
5. 실리콘 샘플
1) 실리콘 단결정을 실리콘 단결정 샘플로 절단하고 양면을 연마하고 기계적 또는 화학적 방법으로 양면을 경면으로 연마합니다.
2) 처리된 시료의 양면에 대한 시험 영역의 두께 변화는 0.05mm 이하이어야 하고, 표면은 산화층이 없어야 한다.
3) 준비된 샘플의 두께는 2.0mm에서 4.0mm 사이입니다. 직경은 샘플 홀더의 크기에 적합합니다.
4) 다결정 실리콘 시료의 경우 다른 방법을 참고하여 실리콘 단결정을 미리 준비해야 한다.
6. 탄소 및 산소 함량 측정 단계
1) 무수 에탄올로 시료의 표면을 닦는다.
2) GB/T 6618의 규정에 따라 샘플의 두께를 0.001mm까지 정확하게 측정하고 샘플의 두께를 기록합니다.
3) 샘플을 샘플 홀더에 로드합니다. 그런 다음 샘플 챔버에 샘플 홀더를 고정합니다.
4) 기기 매개변수를 설정하고 기기에 의해 구성된 저온 유지 장치를 통해 샘플을 15K 미만의 온도로 냉각합니다.
5) 분석 프로그램을 실행하고 빈 조리개를 스캔하고 배경 스펙트럼을 수집합니다. 기준 샘플을 스캔하고 기준 스펙트럼을 수집합니다. 테스트할 샘플을 스캔하고 테스트할 샘플의 스펙트럼을 수집합니다. 치환 탄소 및 격자간 산소의 함량은 참조법에 의해 계산하였다. 10.6 치환된 탄소와 격자간 산소의 흡수 피크 위치는 표 1에 나와 있습니다. 적외선 스펙트럼은 그림 2와 3에 나와 있습니다.
표 1 치환된 탄소 및 격자간 산소 흡수 피크 위치
| 요소 | 피크 위치 / cm-1 |
| 탄소 | 607.5 |
| 산소 | 1136.3 |
그림 2 대체탄소의 저온 적외선 스펙트럼
그림 3 틈새 산소의 저온 적외선 스펙트럼
자세한 내용은 다음 주소로 이메일을 보내주십시오. victorchan@powerwaywafer.com 과 powerwaymaterial@gmail.com.