Os elementos de impureza em materiais de silício cristalino incluem principalmente impurezas não metálicas, como carbono, oxigênio, boro e fósforo, e impurezas metálicas, como ferro, alumínio, cobre, níquel e titânio. Impurezas metálicas geralmente existem em estados intersticiais, estados de substituição, complexos ou precipitações em silício cristalino, que muitas vezes introduzem elétrons ou buracos adicionais, resultando em mudanças na concentração de portadores no silício e introdução direta em centros de níveis de energia profundos. Torne-se o centro de recombinação de elétrons e buracos, reduza bastante a vida dos portadores minoritários, aumente a corrente de fuga da junção pn; reduzir a eficiência do emissor de dispositivos bipolares; fazer com que a camada de óxido dos dispositivos MOS seja quebrada, etc., resultando na redução do desempenho dos dispositivos de silício.

Portanto, a detecção do principal teor de impurezas metálicas em materiais de silício cristalino é particularmente importante no desenvolvimento e utilização de dispositivos. Os métodos mais usados ​​para a detecção de impurezas em materiais de silício são: Espectrometria de Massa de Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-MS), Espectrometria de Massa de Descarga Incandescente (GDMS) e Espectrometria de Massa de Íons Secundários (SIMS). Tome o método SIMS como exemplo.

O lingote policristalino FZ daPAM-XIAMENé usado como amostra para teste SIMS, especificação da seguinte forma:

1. Lingote de Silício FZ para Determinar o Conteúdo de Impurezas Metálicas

PAM201109 – FZSI

2. O que é Espectrometria de Massa de Íons Secundários?

SIMS é um método para a análise de composições de superfície e impurezas de materiais sólidos. O princípio experimental é bombardear a amostra com um feixe de íons primários sob condições de alto vácuo, gerar íons secundários por pulverização catódica e então analisar os íons secundários por espectrometria de massa. Fornece limites de detecção tão baixos quanto 10^-12~10^-6níveis, e não é afetado pela dopagem de cristais.

A espectrometria de massa pode ser usada para obter informações sobre moléculas, elementos e isótopos na superfície da amostra, para detectar a distribuição de elementos químicos ou compostos na superfície e no interior da amostra. A superfície da amostra é escaneada e descascada (a velocidade de descascamento por pulverização pode chegar a 10 mícrons/hora), e uma imagem tridimensional da camada superficial ou composição química interna da amostra também pode ser obtida. A espectrometria de massa de íons secundários possui alta sensibilidade, que pode atingir a ordem de ppm ou até ppb, e também pode realizar imagens de composição de microáreas e perfis de profundidade. Portanto, é um bom meio para a análise de impurezas metálicas no silício.

3. Etapas Operacionais do Conteúdo de Impurezas Metálicas no Silício Medido pelo SISM

1) Corte cada amostra (amostra desconhecida, amostra de referência, amostra em branco) em pedaços pequenos para caber no porta-amostras. A amostra de referência deve conter²³N / D,²⁷Al,³⁹K,⁵³Fe (ou⁵⁴Fe) e assim por diante ou existem várias amostras de referência e cada amostra de referência contém um ou mais desses elementos. Essas preparações devem ser feitas para minimizar a contaminação por metal da superfície da amostra.

2) Carregue a amostra no suporte de amostra SIMS.

3) Coloque o porta-amostras no compartimento de amostras do instrumento SIMS.

4) Ligue o instrumento de acordo com o manual de instruções do instrumento.

5) Estabeleça condições de análise apropriadas, que devem conter métodos para eliminar a interferência de massa de íons moleculares.

5.1) Selecione a corrente do feixe de íons primário, a área de varredura do feixe primário e o modo de transmissão do espectrômetro de massa de íons secundários para obter uma taxa de sputtering adequada (inferior a 0,015 nm/s).

5.2) Selecione as condições apropriadas do espectrômetro de massa para garantir a taxa máxima de contagem de íons secundários, de modo que a perda de tempo morto seja inferior a 10%.

6) Garantir que as condições de análise para caracterização de impurezas metálicas sejam adequadas e possam atender aos requisitos de teste da amostra de referência e da amostra em branco de concentração conhecida ao mesmo tempo.

6.1) Certifique-se de que a taxa de pulverização da análise satisfaça: Durante o processo de dissecação, cada elemento monitorado é contado mais ou igual a uma vez por profundidade de pulverização de 0,2 nm.

6.2) Ao usar injeção de oxigênio, para determinar se a pressão de vazamento de oxigênio é apropriada, é necessária uma análise em profundidade de uma amostra para monitorar a estabilidade do rendimento de íons secundários do elemento principal nos primeiros 10 nm (a mudança deve ser dentro de 20%). Este experimento de confirmação foi realizado em uma amostra típica usando a mesma taxa de pulverização usada para o teste de impureza do metal de superfície. Se houver uma mudança significativa no rendimento de íons, aumente a pressão de vazamento de oxigênio por um fator de 2 a cada vez até que fique estável.

6.3) Determine a relação de eficiência entre os vários detectores usados ​​durante o teste (por exemplo, multiplicadores de elétrons e detectores de copo de Faraday), com base nos instrumentos usados ​​e nos requisitos do teste real. Isso é obtido comparando o sinal do íon secundário (minimizando a perda de tempo morto). A taxa de contagem de íons secundários usada aqui pode ser diferente da taxa de contagem usada para a análise, e a taxa de pulverização neste momento pode ser diferente da análise.

O teor de impurezas metálicas no cristal de silício é calculado conforme a tabela abaixo. Não listamos todos os dados; se necessário entre em contatovictorchan@powerwaywafer.compara os dados completos.

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