결정질 실리콘 재료의 불순물 원소는 주로 탄소, 산소, 붕소, 인과 같은 비금속 불순물과 철, 알루미늄, 구리, 니켈, 티타늄과 같은 금속 불순물을 포함합니다. 금속 불순물은 일반적으로 결정질 실리콘의 틈새 상태, 치환 상태, 착물 또는 침전으로 존재하며, 이는 종종 추가 전자 또는 정공을 도입하여 실리콘의 캐리어 농도를 변화시키고 깊은 에너지 준위 중심으로 직접 도입합니다. 전자와 정공의 재결합 중심이되어 소수 캐리어의 수명을 크게 줄이고 pn 접합의 누설 전류를 증가시킵니다. 바이폴라 장치의 이미 터 효율을 줄입니다. MOS 소자의 산화막 등을 파괴하여 실리콘 소자의 성능을 저하시킵니다.
따라서 결정질 실리콘 재료의 주요 금속 불순물 함량의 검출은 장치의 개발 및 활용에 특히 중요합니다. 실리콘 재료의 불순물 검출에 가장 일반적으로 사용되는 방법은 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), GDMS(Glow Discharge Mass Spectrometry) 및 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)입니다. SIMS 방법을 예로 들어 보겠습니다.
FZ 다결정 잉곳은PAM-하문SIMS 테스트를 위한 샘플로 사용되며 사양은 다음과 같습니다.
1. 금속 불순물 함량 측정을 위한 FZ 실리콘 잉곳
PAM201109 – FZSI
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FZ 다결정 잉곳 사양 |
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| 길이 | >1700mm |
| 활 | <2mm |
| 타원형 | <2mm |
| 직경 | 150mm |
| 저항 | >3,000Ωcm |
| MCC 평생 | >1,000μs |
| 기증자 요소 (P, As, Sb) |
<0.1ppba |
| 수락자 요소 (나,알) |
<0.03ppba |
| 산소 함량 | <0.2ppma |
| 탄소 함량 | <0.1ppma |
2. 2차 이온 질량 분석법이란 무엇입니까?
SIMS는 고체 물질의 표면 조성 및 불순물을 분석하는 방법입니다. 실험 원리는 샘플을 고진공 조건에서 1차 이온빔으로 충격을 가하고 스퍼터링에 의해 2차 이온을 생성한 다음 질량 분석법으로 2차 이온을 분석하는 것입니다. 10만큼 낮은 감지 한계 제공-12~10-6수준이며 결정 도핑의 영향을 크게 받지 않습니다.
질량 분석은 시료 표면의 분자, 원소 및 동위원소에 대한 정보를 얻고 시료 표면과 내부의 화학 원소 또는 화합물의 분포를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 샘플의 표면을 스캔하고 벗겨내고(스퍼터링 박리 속도는 10마이크론/시간에 도달할 수 있음) 샘플의 표면층 또는 내부 화학 조성의 3차원 이미지도 얻을 수 있습니다. 이차 이온 질량 분석기는 ppm 또는 ppb 정도에 도달할 수 있는 높은 감도를 가지며 미세 영역 구성 이미징 및 깊이 프로파일링도 수행할 수 있습니다. 따라서 실리콘의 금속 불순물 분석에 좋은 수단입니다.
3. SISM으로 측정한 실리콘의 금속 불순물 함량의 작동 단계
1) 각 샘플(알 수 없는 샘플, 참조 샘플, 블랭크 샘플)을 샘플 홀더에 맞도록 작은 조각으로 자릅니다. 참조 샘플에는 다음이 포함되어야 합니다.23나,27알,39케이,53철(또는54Fe) 원소 등 또는 여러 기준 샘플이 있으며 각 기준 샘플에는 이러한 요소 중 하나 이상이 포함됩니다. 샘플 표면의 금속 오염을 최소화하기 위해 이러한 준비를 수행해야 합니다.
2) SIMS 샘플 홀더에 샘플을 로드합니다.
3) 샘플 홀더를 SIMS 기기의 샘플 구획으로 가져옵니다.
4) 기기의 사용 설명서에 따라 기기의 전원을 켭니다.
5) 분자 이온의 질량 간섭을 제거하는 방법을 포함해야 하는 적절한 분석 조건을 설정합니다.
5.1) 적절한 스퍼터링 속도(0.015 nm/s 미만)를 얻기 위해 1차 이온 빔 전류, 1차 빔의 스캐닝 영역 및 2차 이온 질량 분석기의 투과 모드를 선택합니다.
5.2) 최대 2차 이온 수율을 보장하기 위해 적절한 질량 분석기 조건을 선택하여 데드 타임 손실이 10% 미만이 되도록 합니다.
6) 금속 불순물 특성 분석을 위한 분석 조건이 적합하고 기준 샘플과 알려진 농도의 블랭크 샘플의 테스트 요구 사항을 동시에 충족할 수 있는지 확인합니다.
6.1) 분석 스퍼터링 속도가 다음을 충족하는지 확인합니다. 해부 프로세스 동안 모니터링되는 각 요소는 0.2 nm의 스퍼터링 깊이당 한 번 이상 계산됩니다.
6.2) 산소 주입을 사용할 때 산소 누출 압력이 적절한지 여부를 결정하기 위해 처음 10 nm에서 주원소의 2차 이온 수율의 안정성을 모니터링하기 위해 샘플의 깊이 분석이 필요합니다(변화는 20% 이내). 이 확인 실험은 표면 금속 불순물 테스트에 사용된 것과 동일한 스퍼터링 속도를 사용하여 일반적인 샘플에 대해 수행되었습니다. 이온 수율에 상당한 변화가 있는 경우 안정될 때까지 매번 산소 누출 압력을 2배씩 높입니다.
6.3) 사용된 기기와 실제 시험의 요구사항을 기반으로 시험 중에 사용된 다양한 검출기(예: 전자 증배관 및 패러데이 컵 검출기) 간의 효율 비율을 결정합니다. 이것은 2차 이온 신호를 비교함으로써 달성됩니다(데드 타임 손실 최소화). 여기서 사용하는 2차 이온 계수율은 분석에 사용된 계수율과 다를 수 있으며, 이때의 스퍼터링율은 분석과 다를 수 있다.
실리콘 결정의 금속 불순물 함량은 아래 표와 같이 계산됩니다. 모든 데이터를 나열하지는 않았습니다. 필요한 경우 연락하십시오victorchan@powerwaywafer.com전체 데이터의 경우.
| 벌크 금속 함량 | <2ppbw |
| 나 | 0.4ppba |
| Mg | – |
| 알 | – |
| K | – |
| 칼슘 | – |
| 철 | – |
| 구리 | – |
| 니켈 | 0.1ppba |
| CR | – |
| 아연 | – |
| 표면 금속 함량 | |
| 철 | – |
| 구리 | – |
| 니켈 | – |
| CR | – |
| 아연 | <0.4ppbw |
| 나 | – |
자세한 내용은 이메일로 문의하십시오.victorchan@powerwaywafer.com 과 powerwaymaterial@gmail.com.