Hur bestämmer man kol- och syrehalten i en kiselkristall?

Hur bestämmer man kol- och syrehalten i en kiselkristall?

I produktionsprocessen av enkristallkisel introduceras oundvikligen föroreningar som kol och syre på grund av faktorer som råmaterial och metoder, som direkt påverkar prestanda hos enkristallkisel. Till exempel, den glödgade kiselskivan som levereras av oss, visad som Fig. 1, mer information hänvisas tillhttps://www.powerwaywafer.com/what-are-annealed-silicon-wafer%ef%bc%9f.html.

glödgad kiselwafer

Fig. 1 Glödgad kiselwafer med syre- och kolinnehåll

Syrehalten i kisel är nyckeldata som måste bemästras för acceptans, processövervakning och forskning och utveckling av dagens kiselmaterial och enhetstillverkning. Kol är den näst viktigaste föroreningen i kisel efter syre och har ett avgörande inflytande på egenskaperna hos enkristallkisel, speciellt syrets beteende under värmebehandling. Därför är noggrann bestämning och kontroll av syrehalten i kisel enkristall en oumbärlig länk vid tillverkning av kiselmaterial och anordningsbearbetning. Här rekommenderar vi en standardmetod för att mäta det substituerade kolet och interstitiellt syreinnehåll i kiselenkristaller med hjälp av lågtemperatur (LT) Fourier-transform infraröd spektroskopi.

1. Tillämplig omfattning av Fourier Transform Infraröd spektroskopi med låg temperatur

Denna metod är lämplig för bestämning av substitutionskol och interstitiell syreföroreningar i N-typ kiselenkristaller med rumstemperaturresistivitet större än 0,1 Ω*cm och P-typ kiselenkristaller med rumstemperaturresistivitet större än 0,5Ω*cm.

Det effektiva området för denna standard för bestämning av kol- och syrehalt är från 5X1014atomer.cm-3(0,01 pma) till den maximala fasta lösligheten av substituerat kol och interstitiellt syre i kisel. Den faktiska mätstandarden kommer att vara högre än den som anges av standarden.

2. Mätprincip för LT Fourier Transform Infraröd spektroskopi

Kyl kiselenkristallprovet till en temperatur under 15 K. Överför provet direkt med en infraröd stråle, samla in absorptionsspektrumet och använd referensmetoden för att bestämma absorptionskoefficienten för den infraröda absorptionstoppen vid vågnumret 607,5 cm-1genom substitutionskolatomen i kisel. Bestäm kolhalten och absorptionskoefficienten för den infraröda absorptionstoppen för de interstitiella syreatomerna i kisel vid vågtalet 1136,3 cm-1för att bestämma syrehalten.

3. Interfererande faktorer för mätning av kol och syre i kisel

Faktorer nedan kommer att påverka mätningen av kol/kiselsyre i kisel:

1) Interferensfaktorer finns i absorptionsbanden för kol och syre, och det finns vibrationsabsorptionsband av kiselgitter, som kommer att påverka bestämningen av kol och syre. En zonsmält kiselskiva med en kol- och syrehalt på mindre än 5X 1014atomer*cm-3(0,01 pma) bör användas som ett referensprov, och tjockleken på referensprovet och testprovet bör vara så konsekvent som möjligt för att eliminera påverkan från vibrationsbandet för absorption av kiselgitter;

2) Interna reflektioner på flera nivåer kan ge sekundär interferens och baslinjeavvikelse. Sekundär interferens och baslinjedrift kan elimineras genom att ändra provtjocklek, ythantering eller upplösning;

3) Testprovet och referensprovet bör hållas vid samma temperatur som möjligt för att undvika effekten av temperaturberoende gitterabsorption på testresultaten;

4) De infraröda spektrala absorptionstopppositionerna och kalibreringsfaktorerna för substituerat kol och interstitiellt syre varierar med temperaturen, och motsvarande absorptionstopppositioner och kalibreringsfaktorer är också olika vid olika temperaturer, se tabell A;

A.1 Kolabsorptionstoppposition och kalibreringsfaktor

Temperatur / K Carbon Infrared Absorption Peak Position / cm-1 Kalibreringsfaktor (Fc) / cm-2
300 607.2 0,82×1017
78 607.5 0,40×1017
10 607.5 0,37×1017

 

A.2 Topppositioner för syreabsorption och kalibreringsfaktorer

Temperatur / K Carbon Infrared Absorption Peak Position / cm-1 Kalibreringsfaktor (Fc) / cm-2
300 1106 3,14×1017
78 1127 1,32×1017
10 1136 0,20×1017

 

5) Vid låg temperatur kan absorptionen av fria bärare undertryckas i viss utsträckning. För kraftigt dopade kiselenkristaller är koncentrationen av fria bärare dock mycket hög, och det är också svårt att mäta det infraröda absorptionsspektrumet för kisel på grund av inverkan av kraftig bärarabsorption.

4. Instrument

1) Lågtemperatur Fourier transform infraröd spektrometer: med optiska komponenter och detektorer för vågtal 250 cm-1~1300 cm-1, spektrometerns upplösning bör nå 1 cm-1 eller bättre vid en temperatur av 15 K;

2) Provhållare: Den är gjord av metallmaterial med hög värmeledningsförmåga, med små hål och kan blockera allt infrarött ljus som passerar genom provet;

3) Mikrometer eller annan utrustning som är lämplig för att mäta provets tjocklek med en noggrannhet på 0,001 mm.

5. Prover av kisel

1) Skär kiselenkristallen till kiselenkristallprover, slipa båda sidorna och polera båda sidorna till en spegelyta med mekaniska eller kemiska metoder;

2) Tjockleksförändringen av testarean på båda ytorna av det bearbetade provet får inte vara större än 0,05 mm, och ytan ska vara fri från oxidskikt;

3) Tjockleken på det preparerade provet är mellan 2,0 mm och 4,0 mm. Diametern är lämplig för storleken på provhållaren;

4) För polykristallina kiselprover bör kiselenkristaller förberedas i förväg med hänvisning till andra metoder.

6. Steg för mätning av kol- och syrehalt

1) Torka av ytan på provet med absolut etanol;

2) Mät tjockleken på provet enligt bestämmelserna i GB/T 6618, noggrant till 0,001 mm, och registrera provets tjocklek;

3) Ladda provet i provhållaren. Fäst sedan provhållaren i provkammaren;

4) Ställ in instrumentparametrarna och kyl provet till en temperatur lägre än 15K genom den kryostatenhet som konfigurerats av instrumentet;

5) Kör analysprogrammet, skanna den tomma bländaren och samla in bakgrundsspektrumet; skanna referensprovet och samla in referensspektrumet; skanna provet som ska testas och samla in spektrumet för provet som ska testas. Halten av substitutionskol och interstitiellt syre beräknades med referensmetoden. Absorptionstopppositionerna för 10,6 substituerat kol och interstitiellt syre visas i tabell 1. De infraröda spektra visas i figurerna 2 och 3:

Tabell 1 Topppositioner för substituerad kol och interstitiell syreabsorption

Element Toppläge / cm-1
Kol 607.5
Syre 1136.3

 

Fig.2 Lågtemperatur infrarött spektrum av substituerat kol

Fig.2 Lågtemperatur infrarött spektrum av substituerat kol

 

Fig.3 Lågtemperatur infrarött spektrum av interstitiellt syre

Fig.3 Lågtemperatur infrarött spektrum av interstitiellt syre

För mer information, kontakta oss via e-post på [email protected] och [email protected].

Dela det här inlägget