一種igbt用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法
2023-05-14 05:48:51
專利名稱：一種igbt用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法
技術領域：
本發明涉及半導體矽拋光片的檢測技術領域，特別涉及一種IGBT用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法。
背景技術：
目前，半導體製造業正逐漸向高運行速度、較小的器件尺寸方向發展。半導體器件的尺寸不斷縮小，晶片中元件密度的不斷增加，元件間距離變得越來越小，甚至小到納米級。然而，在整個生產過程中引入元件間的痕量雜質元素可能使晶片的合格率降低。特定的汙染問題可導致半導體器件不同的缺陷，例如鹼金屬與鹼土金屬(Na，K, Ca, Mg, Ba等) 汙染可導致元件擊穿電壓的降低；過渡金屬與重金屬(Fe，Cr, Ni, Cu, Mn, 1 等)汙染可使元件的壽命縮短，或者使元件工作時的暗電流增大。作為加工器件的原材料，矽拋光片表面的金屬離子將直接影響器件加工的合格率。對矽拋光片進行表面金屬離子測試已被大多數生產商使用。為了實現超微量金屬離子(約1 X 109atom/cm2)的測試，必須通過使用VPD (Vapor Phase decomposition)即化學氣相分解進行矽拋光片表面金屬離子的前處理，然後配合 ICPMS (inductively coupled plasma mass spectrometryTXRF (total reflection X-ray fluorescence 全反射 X 射線螢光光譜儀)或 T0S-SIMS (time of flight secondary ion mass spectrometry 時|、司飛對於二次離子質i||)來實現。目前國內多使用手動VPD進行前處理且多為6英寸或以下尺寸的矽片，即操作人使用真空吸筆吸取矽片背面，將一滴掃描液滴在矽片正面，通過傾斜矽片使掃描液掃過整片矽片後用取液槍將掃描液吸入ICPMS進行測試，這樣在測試過程中不可避免的引入雜質，影響測試效果，而由於8寸矽片表面積更大，其手動VPD過程相比6英寸矽片在環境、人員及操作過程中更有可能引入金屬離子；另外手動VPD無法對整片矽片進行同等程度的掃描，因此無法獲得理想的測試結果。另一方面，對於測試方法，TXRF由於其使用X射線作為螢光的激發源，因此對於輕質金屬元素(如Na、Mg、Al)相應過低，造成無法進行超微量檢測。TOS-SIMS能夠進行全元素的檢測，但由於其在定量標定方面操作過於複雜，因此沒有被廣泛的使用。ICPMS由於其具有全元素檢測、液體樣品檢測和在定量標定方面操作簡單的優點，被公認為最適合作與VPD 配合的元素定量分析設備。眾所周知，矽片的直徑越大，每片矽片所能集成的半導體器件就越多，其成本就越低，所以作為IGBT用外延片的原材料——娃拋光片，也有向大尺寸發展的趨勢。這就需要一種測試手段來實現大尺寸8英寸矽片的全元素、超微量的測試，以滿足半導體製造期間廠商的需求。
發明內容
本發明的目的就是為克服現有技術的不足，提供一種IGBT用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法，來實現大尺寸8英寸矽片的全元素、超微量的測試。本發明是通過這樣的技術方案實現的一種IGBT用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法，其特徵在於利用KoreaExpert公司生產的全自動VPD前處理設備，配合 Agilent公司Agilent 7700系列電感耦合等離子體質譜儀對8英寸(直徑200mm)拋光片的表面超微量金屬Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba、Pb含量進行檢測，所述方法包括如下步驟
步驟1 設置VPD設備參數為
HF VPD 時間 300s ；
掃描速率 10mm/s ；
掃描間距 IOmm ；
掃描範圍 O-IOOmm ；
掃描面積 314. 16 cm2 ；
步驟2 確定VPD試劑規格為
雙氧水(H202) :35士1%，日本多摩化學 AA-IO級；
氫氟酸(HF): 38%，日本多摩化學AA-IO級；
硝酸(HN03) 68%,日本多摩化學AA-IOO級；
超純水電阻率彡18M Ω·αιι，型號Milli-Q Qpod Element ；水質電阻率>18. 2Μ Ω . cm T0C<5ppb
空白標準溶液0. 5wt%硝酸；
標準溶液A 含所需測試金屬離子濃度為Ippb ；
標準溶液B 含所需測試金屬離子濃度為2ppb ；
掃描液HF 1% + H202 4% ；
步驟3 進行VPD前處理，VPD前處理步驟
a)傳送機械手從片盒中取矽片，傳送至定心臺上；定心臺掃描矽片邊緣，定位矽片中心，並使參考面朝向指定位置後傳送至VPD盒；
b)向VPD盒中通入HF氣霧進行VPD前處理，處理後待掃描；
c)吸嘴吸取掃描液；
d)吸嘴使掃描液部分裸露在吸嘴外；
e)吸嘴攜帶掃描液按照一定速率掃描已經過VPD前處理矽片的表面；
f)掃描後，吸嘴將掃描液排入小瓶中；
g)ICPMS的取液管插入小瓶中進行元素定量分析。本發明的優點及效果利用KoreaExpert公司生產的全自動VPD前處理設備，配合 Agilent公司Agilent 7700系列電感耦合等離子體質譜儀對8英寸(直徑200mm)拋光片的表面超微量金屬 Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba、Pb 含量進行檢測，相對傳統的手動VPD方法，應用全自動VPD系統能夠大大的降低外來金屬離子引入的可能性， 獲得穩定的回收率，提高測試精度。本發明能實現8英寸矽單晶拋光片全元素、超微量的檢測，檢出限均低於lX109atOm/cm2。
圖1為對8英寸拋光片的表面超微量金屬的最低檢出限圖； 圖2為回收率實驗測試結果圖。
具體實施例方式為了更清楚的理解本發明，結合附圖和實施例詳細描述本發明
本發明利用全自動VPD前處理配合ICPMS (電感耦合等離子體質譜儀)實現對8英寸矽單晶拋光片表面超微量金屬離子含量的測試。具體製備過程如下
1)實驗中採用的測試對象為8英寸矽拋光片，直徑200mm，厚度440 μ m，摻P晶向，電阻率5-10 Ω ；使用SC-I和SC-2清洗後使用ADE CR81e掃描顆粒(0. 3um<10顆)，表面無缺陷。2)實驗中採用的試劑規格為雙氧水(H202) :35士 1%，ΤΑΜΑ AA-10級，氫氟酸 (HF) 38%, ΤΑΜΑ AA-10 級；硝酸(HN03) :68%，ΤΑΜΑ AA-100 級；超純水電阻率彡 18M Ω .cm，Milli-Q Qpod Element ；空白標準溶液0. 5wt%硝酸；標準溶液A 含所需測試金屬離子濃度為lppb;標準溶液B:含所需測試金屬離子濃度為2ppb;掃描液HF 1% + H2024%。3)進行VPD前處理①傳送機械手從片盒中取矽片(Wafer)，傳送至定心臺 (Aligner)上；②定心臺掃描矽片邊緣，定位矽片中心，並使參考面朝向指定位置後傳送至 VPD盒(VPD Box);③VPD盒中通入HF氣霧進行VPD前處理，處理後待掃描；④吸嘴(Nozzle) 吸取掃描液(Scan Solution);⑤吸嘴使掃描液部分裸露在吸嘴外；⑥吸嘴攜帶掃描液按照一定速率掃描已經過VPD前處理矽片的表面；⑦掃描後，吸嘴將掃描液排入小瓶(Vial)中； ⑧ICPMS的取液管插入小瓶中進行元素定量分析。採用的VPD設備參數設置如表1所示。表1 全自動VPD設備參數
權利要求
1. 一種IGBT用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法，其特徵在於利用 KoreaExpert公司生產的全自動VPD前處理設備，配合Agilent公司Agilent 7700系列電感耦合等離子體質譜儀對8英寸(直徑200mm)拋光片的表面超微量金屬Na、Mg、Al、K、Ca、 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba、Pb含量進行檢測，所述方法包括如下步驟 步驟1 設置VPD設備參數為 HF VPD 時間 300s ； 掃描速率 10mm/s ； 掃描間距 IOmm ； 掃描範圍 O-IOOmm ； 掃描面積 314. 16 cm2 ； 步驟2 確定VPD試劑規格為 雙氧水(H202) :35士1%，日本多摩化學 AA-IO級； 氫氟酸(HF): 38%，日本多摩化學AA-IO級； 硝酸(HN03) 68%,日本多摩化學AA-100級；超純水電阻率≥18M Ω·αιι，型號Milli-Q Qpod Element ；水質電阻率>18. 2Μ Ω . cm T0C<5ppb空白標準溶液0. 5wt%硝酸；標準溶液A 含所需測試金屬離子濃度為Ippb ；標準溶液B 含所需測試金屬離子濃度為2ppb ；掃描液HF 1% + H202 4% ；步驟3 進行VPD前處理，VPD前處理步驟傳送機械手從片盒中取矽片，傳送至定心臺上；定心臺掃描矽片邊緣，定位矽片中心， 並使參考面朝向指定位置後傳送至VPD盒；向VPD盒中通入HF氣霧進行VPD前處理，處理後待掃描；吸嘴吸取掃描液；吸嘴使掃描液部分裸露在吸嘴外；吸嘴攜帶掃描液按照一定速率掃描已經過VPD前處理矽片的表面；掃描後，吸嘴將掃描液排入小瓶中；ICPMS的取液管插入小瓶中進行元素定量分析。
全文摘要
本發明涉及一種IGBT用8英寸矽拋光片表面金屬離子含量的測試方法，該方法利用KoreaExpert公司生產的全自動VPD前處理設備，配合Agilent公司Agilent7700系列電感耦合等離子體質譜儀對8英寸拋光片的表面超微量金屬Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba、Pb含量進行檢測，相對傳統的手動VPD方法，應用全自動VPD系統能夠大大的降低外來金屬離子引入的可能性，獲得穩定的回收率，提高測試精度，實現對8英寸矽單晶拋光片全元素、超微量的檢測，檢出限均低於1×109atom/cm2，對於大多數元素，擁有96%以上的回收率。
文檔編號G01N27/64GK102565182SQ201110423459
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者呂瑩, 吳曉明, 張晉英, 王國瑞 申請人:天津中環領先材料技術有限公司