Unsur kekotoran dalam bahan silikon kristal terutamanya termasuk kekotoran bukan logam seperti karbon, oksigen, boron, dan fosforus, dan kekotoran logam seperti besi, aluminium, kuprum, nikel, dan titanium. Kekotoran logam biasanya wujud dalam keadaan interstisial, keadaan penggantian, kompleks atau pemendakan dalam silikon kristal, yang sering memperkenalkan elektron atau lubang tambahan, mengakibatkan perubahan dalam kepekatan pembawa dalam silikon, dan pengenalan terus ke pusat aras tenaga dalam. Menjadi pusat penggabungan semula elektron dan lubang, mengurangkan hayat pembawa minoriti, meningkatkan arus kebocoran persimpangan pn; mengurangkan kecekapan pemancar peranti bipolar; menyebabkan lapisan oksida peranti MOS dipecahkan, dsb., mengakibatkan penurunan prestasi peranti silikon.
Oleh itu, pengesanan kandungan kekotoran logam utama dalam bahan silikon kristal amat penting dalam pembangunan dan penggunaan peranti. Kaedah yang paling biasa digunakan untuk pengesanan kekotoran dalam bahan silikon ialah: Spektrometri Jisim Plasma Berganding Secara Induktif (ICP-MS), Spektrometri Jisim Nyahcas Cahaya (GDMS), dan Spektrometri Jisim Ion Sekunder (SIMS). Ambil kaedah SIMS sebagai contoh.
Jongkong polihablur FZ daripadaPAM-XIAMENdigunakan sebagai sampel untuk ujian SIMS, spesifikasi seperti berikut:
1. FZ Silicon Jongkong untuk Menentukan Kandungan Kekotoran Logam
PAM201109 – FZSI
|
Spesifikasi Jongkong Polihabluran FZ. |
|
| Negara | >1700mm |
| Bow | <2mm |
| Ovality | <2mm |
| diameter | 150mm |
| kerintangan | >3,000Ωcm |
| MCC Sepanjang Hayat | >1,000μs |
| Elemen Penderma (P, As, Sb) |
<0.1ppba |
| Elemen Penerima (B, Al) |
<0.03ppba |
| Kandungan Oksigen | <0.2ppma |
| Kandungan Karbon | <0.1ppma |
2. Apakah Spektrometri Jisim Ion Sekunder?
SIMS ialah kaedah untuk analisis komposisi permukaan dan kekotoran bahan pepejal. Prinsip eksperimen adalah untuk membombardir sampel dengan rasuk ion primer di bawah keadaan vakum yang tinggi, menjana ion sekunder dengan sputtering, dan kemudian menganalisis ion sekunder dengan spektrometri jisim. Menyediakan had pengesanan serendah 10-12~10-6tahap, dan sebahagian besarnya tidak terjejas oleh doping kristal.
Spektrometri jisim boleh digunakan untuk mendapatkan maklumat tentang molekul, unsur dan isotop pada permukaan sampel, untuk mengesan taburan unsur atau sebatian kimia pada permukaan dan dalaman sampel. Permukaan sampel diimbas dan dikupas (kelajuan mengelupas sputtering boleh mencapai 10 mikron/jam), dan imej tiga dimensi lapisan permukaan atau komposisi kimia dalaman sampel juga boleh diperolehi. Spektrometri jisim ion sekunder mempunyai kepekaan yang tinggi, yang boleh mencapai susunan ppm atau bahkan ppb, dan juga boleh melakukan pengimejan komposisi kawasan mikro dan pemprofilan kedalaman. Jadi ia adalah cara yang baik untuk analisis kekotoran logam dalam silikon.
3. Langkah-langkah Operasi Kandungan Kekotoran Logam dalam Silikon Diukur oleh SISM
1) Cut each sample (unknown sample, reference sample, blank sample) into small pieces to fit into the sample holder. The reference sample must contain 23Na, 27Al, 39K, 53Fe (or 54Fe) elements and so on or there are multiple reference samples, and each reference sample contains one or more of these elements. These preparations should be done to minimize metal contamination of the sample surface.
2) Load the sample into the SIMS sample holder.
3) Bring the sample holder into the sample compartment of the SIMS instrument.
4) Turn on the instrument according to the instruction manual of the instrument.
5) Set appropriate analysis conditions, which should contain methods to eliminate the mass interference of molecular ions.
5.1) Select the primary ion beam current, the scanning area of the primary beam and the transmission mode of the secondary ion mass spectrometer to obtain a suitable sputtering rate (less than 0.015 nm/s).
5.2) Select the appropriate mass spectrometer conditions to ensure the maximum secondary ion count rate, so that the dead time loss is less than 10%.
6) Ensure that the analysis conditions for metal impurities characterization are suitable and can meet the test requirements of the reference sample and blank sample of known concentration at the same time.
6.1) Ensure that the analysis sputtering rate satisfies: During the dissection process, each monitored element is counted more than or equal to one time per sputtering depth of 0.2 nm.
6.2) Apabila menggunakan suntikan oksigen, untuk menentukan sama ada tekanan kebocoran oksigen adalah sesuai, analisis kedalaman sampel diperlukan untuk memantau kestabilan hasil ion sekunder unsur utama dalam 10 nm pertama (perubahan harus dalam tempoh 20%). Eksperimen pengesahan ini telah dilakukan pada sampel biasa menggunakan kadar sputtering yang sama digunakan untuk ujian kekotoran logam permukaan. Jika terdapat perubahan ketara dalam hasil ion, tingkatkan tekanan kebocoran oksigen dengan faktor 2 setiap kali sehingga ia stabil.
6.3) Tentukan nisbah kecekapan antara pelbagai pengesan yang digunakan semasa ujian (contohnya, pengganda elektron dan pengesan cawan Faraday), berdasarkan instrumen yang digunakan dan keperluan ujian sebenar. Ini dicapai dengan membandingkan isyarat ion sekunder (meminimumkan kehilangan masa mati). Kadar kiraan ion sekunder yang digunakan di sini boleh berbeza daripada kadar kiraan yang digunakan untuk analisis, dan kadar sputtering pada masa ini mungkin berbeza daripada analisis.
Kandungan kekotoran logam dalam kristal silikon dikira seperti jadual yang disenaraikan di bawah. Kami belum menyenaraikan semua data; jika perlu sila hubungivictorchan@powerwaywafer.comuntuk data penuh.
| Kandungan Logam Pukal | <2ppbw |
| Na | 0.4ppba |
| mg | – |
| Al | – |
| K | – |
| Ca | – |
| Fe | – |
| Cu | – |
| Ni | 0.1ppba |
| Cr | – |
| Zn | – |
| Kandungan Logam Permukaan | |
| Fe | – |
| Cu | – |
| Ni | – |
| Cr | – |
| Zn | <0.4ppbw |
| Na | – |
Untuk maklumat lanjut, sila hubungi kami e-mel divictorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.