硅晶片:元素杂质的半自动化FT-IR测量

在未来几年，由于半导体需求的增加，硅晶圆的生产预计将会增加。在消费电子和汽车行业尤其如此，硅器件在蓬勃发展的太阳能行业的使用也是如此。

为了产生硅晶片，使用一系列不同的制造方法。

其中最常见的是区别（FZ）和CZOCHRALSKI（CZ）过程。前一种方法 - FZ工艺 - 产生高纯度硅晶片，而后一种方法 - CZ工艺 - 用元素杂质，特别是碳和氧产生晶片。

必须指出的是，CZ工艺比FZ工艺拥有一些关键的优势，包括更快的制造速度，更低的成本，以及晶圆本身的热应力特性。

氧气杂质的存在也可以具有正益处，然后除去痕量金属杂质，用作吸气剂。这有助于解释为什么CZ过程在硅晶片制造方面是行业中最广泛采用的。

确定硅片中碳和氧杂质的水平是很重要的，以确保它们不会太高——这可能导致电活性缺陷和产品失败/拒绝。根据全球标准方法，红外提供了快速简便的测定杂质水平的方法。^{1、2、3、4}

方法和材料欧洲杯足球竞彩

测量系统由PerkinElmer Spectrum 3™FT-IR光谱仪，具有Mapir晶片架和具有自动化软件的光学系统，如图1所示。

图1所示。光谱3 FT-IR和MappIR系统。图片来源:PerkinElmer公司

从2英寸到8英寸(MappIR)或12英寸(Mapp300)的晶圆尺寸范围，系统可以在透射或反射模式下进行分析。

自动化软件促进了自动化的，无人看管的晶片映射，根据预设或用户定义的映射布置，从整个晶片的宽度收集光谱。根据指定的分析方法，计算遵循数据收集。

传输模式用于以4cm的光谱分辨率收集6英寸直径硅晶片的光谱^-1使用32扫描进行数据收集。使用干燥的氮气连续吹扫Spectrum 3和MappIR以消除光谱中大气光谱的干扰。

图2示出了500微米厚的浮子区硅晶片的光谱。

图2。浮子区硅片的红外光谱。图片来源:PerkinElmer公司

在1500厘米以下有几个吸收带^-1由于硅晶格振动，如红外光谱所示。同一FZ晶片和CZ晶片重叠的光谱，在1500cm以下的光谱范围放大^-1如图3所示。

图3。FZ晶圆光谱(红色)和CZ晶圆光谱(黑色)显示光谱差异。图片来源:PerkinElmer公司

光谱分析表明，两种晶圆的光谱存在差异;特别是附加带约1100厘米^-1在CZ光谱中。

标准方法规定从被分析的CZ样品中减去高纯度FZ参考晶片光谱，以便更清楚地看到光谱差异，并对光谱进行计算。这将生成一个频谱(如图4所示)。

图4。CZ- fz晶片光谱的减法谱显示了由于CZ材料中的杂质而产生的带。图片来源:PerkinElmer公司

间质氧气存在导致1107和513厘米的频段^-1，而取代碳的存在则在605 cm处形成带状^-1．然后可以对光谱进行定量分析。图5描述了不同氧浓度的晶圆的光谱。

图5。在减去零氧参考FZ晶片谱后，高（绿色），中（紫色）和低（黄色）氧浓度晶片的光谱。图片来源:PerkinElmer公司

使用线性回归的一系列校准标准或标准校准因子的使用是方便的计算方法。在过去，NIST提供了硅片中氧的标准参考材料进行校准。欧洲杯足球竞彩鉴于这些不再可用，大多数分析现在使用标准校准因子。

图6显示了用于确定碳和氧含量的工作流程如下。

图6。碳氧含量测定工作流程。图片来源:PerkinElmer公司

使用以下计算，可以在峰值1107cm处确定氧气和碳的吸收系数^-1和607厘米^-1分别为:

吸收系数α = (1/d) Ln (T₀/ t）

地点:

T₀计算的基线传输是否在峰值位置
T为在峰值位置测量的透射率
D为样品厚度(cm)

下面的公式是用来计算氧和碳在原子中的浓度/厘米^3.百万分之一原子(ppma):

氧原子/厘米^3.= 3.14 * 10¹⁷α
氧气PPMA = 6.28α
碳原子/厘米^3.= 8.2x10¹⁶α
碳ppma = 1.64α

对于图4所示的样本光谱，计算值如下表1所示:

表格1。计算值图4.资料来源：PerkinElmer，Inc。

	氧气	碳
吸收系数，α	2.61	0.384
原子/厘米3.	8.1954 x 10.17	3.1488 x 1016
PPMA.	16.3908	0.62976.

测试的样品是6英寸CZ硅晶片，厚度为500微米，在变速器中测量的双侧抛光（DSP）。

使用AutoPRO7自动化软件，绘制了如图7所示几何形状的同一晶圆上的碳和氧浓度。

图7。在Auto PRO7软件中测量位置的几何形状。图片来源:PerkinElmer公司

光谱在晶片的中心自动收集，并以45度的增量从中心处的20和50mm半径收集，在晶片上产生总共17个测量。光谱在图8中描绘。

图8。在晶圆片上收集光谱。图片来源:PerkinElmer公司

事实上，在不同的测量中，氧的峰值有不同的强度，这可以清楚地看到。对于每个点，计算氧和碳浓度-如表2所示。

表2。被测硅片中的氧和碳浓度。来源:PerkinElmer公司。

样品名称	氧气 专注 (原子/厘米3.）	碳 专注 (原子/厘米3.）
1115年_b_001	8.21 e + 17	3.12E + 16.
1115年_b_002	7.56 e + 17	2.96 e + 16
1115年_b_003	7.59 e + 17	3.12E + 16.
1115年_b_004	7.62 e + 17	3.08 e + 16
1115年_b_005	7.64E + 17.	3.15 e + 16
1115年_b_006	7.67 e + 17	3.27 e + 16
1115年_b_007	7.60e + 17.	3.03E + 16.
1115_b_008.	7.49 e + 17	3.44 e + 16
1115_b_009.	7.60e + 17.	2.98E + 16.
1115_b_010	6.24 e + 17	3.03E + 16.
1115_b_011	6.19E + 17.	3.10 e + 16
1115_b_012.	6.26E + 17.	2.79 e + 16
1115_b_013	6.18 e + 17	2.77 e + 16
1115_b_014	6.22 e + 17	2.96 e + 16
1115_b_015	6.26E + 17.	2.86 e + 16
1115_b_016	6.33 e + 17	2.93 e + 16
1115_b_017	6.18 e + 17	2.94E + 16.
平均值	6.99 e + 17	3.03E + 16.
性病Dev	7.53518 e + 16	1.67278 e + 15
RSD %	10.78%	5.52%

碳的测量结果相对一致，而氧在晶圆上的测量结果却有很大的不同。为了避免晶圆片被切割成更小的独立片时的不一致，理想的晶圆片应该在整个晶圆片上具有一致的测量值。

概括

很明显PerkinElmer Spectrum 3与MappIR晶片分析系统能够测量硅片中杂质的含量。这是一个对晶圆片性能至关重要的参数。

通过在软件中使用宏，数据收集和计算可以自动化，计算可以根据监管机构所需的方法定制。

还可以进行其他半导体应用，例如涂层和电介质以及外延薄膜的应用。

使用光谱欧洲杯足球竞彩3也可以在半导体工业中识别原料，其可以耦合到聚光灯FT-IR显微镜以进行缺陷分析。

参考

1. SEMI MF1188-1105短基线红外吸收对硅间隙氧含量的测试方法。
2. SEMI MF1391-93(重新批准2000)用红外吸收法测定硅原子碳含量的试验方法。
3. 中华人民共和国国家标准GB 1557-89，GB / T 1558。
4. JEITA EM-3503用红外吸收替代硅原子碳含量的标准试验方法。

这些信息已经从PerkinElmer提供的材料中获得、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问PerkinElmer。