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上海斯邁歐分析儀器有限公司
主營產(chǎn)品： 氣相色譜、液相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用儀、液質(zhì)聯(lián)用儀、原子吸收光譜儀、紫外分光光度計 |
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硅片中金屬污染物的自動化分析
2025-1-21 閱讀(74)
氣相分解清潔、蝕刻氧化物生長和離子注入過程可能會在半導(dǎo)體器件中引入金屬污染。痕量污染物也可能來自用于生產(chǎn)塊狀多晶硅的石英巖(砂)以及切割晶圓的純單晶硅錠。石英巖中的主要污染元素是鐵、鋁、鈣和鈦，而在將石英巖轉(zhuǎn)化為 98% 純硅的碳熱還原過程中可能引入其他元素。然后利用氣相純化和化學(xué)氣相沉積去除大部分雜質(zhì)，得到純度約為 8 個 9 的二氧化硅。切割和拋光晶圓也可能引入痕量元素，例如來自化學(xué)機械平坦化(或拋光)漿液。受關(guān)注的元素是過渡金屬和堿性元素，但是它們未必均勻分布在晶圓中。鐵可能通過硅塊襯底擴散到表面氧化層中，而鈦雜質(zhì)水平可能因單晶 Si 錠熔化和冷卻過程中的偏析而變化。為確保金屬污染物不會對 IC 器件產(chǎn)生不利影響，必須對晶圓表面中痕量金屬的濃度進行測定。當暴露于大氣中的氧氣和水時，晶圓表面上的裸硅層迅速氧化為SiO2。該自然氧化層的厚度約為 0.25 nm(一個 SiO2 分子)。如果 IC 設(shè)計需要絕緣膜，則在 O2 或水蒸氣存在下將晶圓加熱到 900–1200 °C，從而在晶圓表面上形成更厚的氧化層。該熱氧化層的厚度可達 100 nm (0.1 µm)。對于天然和熱氧化的SiO2，可使用氣相分解 (VPD) 與 ICP-MS 相結(jié)合來測量氧化物層中極低濃度的痕量金屬。
安捷倫ICP-MS 和 ICP-MS/MS 儀器可兼容所有主流的 VPD 系統(tǒng)，包括：– 日本 IAS Inc.– 德國 PVA TePla AG– 韓國 NvisANA Co. Ltd– 日本 NAS GIKEN
將 ICP-MS 與氣相分解相結(jié)合VPD-ICP-MS 是一種經(jīng)過驗證的測量硅片中痕量金屬污染的方法。VPD 晶圓采樣方法具有良好的靈敏度，因為它可將晶圓較大表面區(qū)域氧化層中的金屬濃縮至單個液滴進行測量。該過程(可實現(xiàn)全自動化)包括四個步驟：1. 將硅片置于 VPD 室中，并暴露于 HF 蒸氣中以溶解自然氧化物或熱氧化的 SiO2表面層2. 將提取液滴(通常為 250 μL 的 2% HF/2% H2O2)置于晶圓上，然后以精心控制的方式傾斜，使得液滴在晶圓表面上“掃掠”3. 隨著提取液滴在晶圓表面上移動，它會收集溶解態(tài) SiO2 與所有污染物金屬4. 將提取液滴從晶圓表面上轉(zhuǎn)移至 ICP-MS 或 ICP-MS/MS 系統(tǒng)中進行分析
ICP-MS 或 ICP-MS/MS 與 VPD 聯(lián)用的優(yōu)勢可手動執(zhí)行 VPD，但是經(jīng)驗豐富的操作人員才能從 SiO2 層中獲得一致的溶解態(tài)金屬回收率。VPD 還可以與各種元素分析技術(shù)聯(lián)用，以定量分析金屬污染。但是，使用 ICP-MS 或 ICP-MS/MS 能夠為所有必需的分析物提供高靈敏度和低檢測限優(yōu)勢，同時自動化 VPD 過程可確保一致性并降低污染的可能性。Agilent 7900 和 8900 ICP-MS 儀器均可與 VPD 系統(tǒng)集成，對硅片中的金屬雜質(zhì)進行全自動化分析。兩種系統(tǒng)均可提供分析熱氧化 SiO2 所需的良好的基質(zhì)耐受性，其中提取液滴中的 SiO2 基質(zhì)濃度可高達 5000 ppm(取決于氧化物層的厚度)。8900 還具有 MS/MS 操作的優(yōu)勢，相比任何 ICP-MS，其能提供有效的干擾去除，實現(xiàn)更低的檢測限和更高的準確度。
