Metody měření povrchové a objemové kontaminace křemíkových desek

Abstract

Tato práce se zabývá analýzou stopových koncentrací železa, niklu a mědi na povrchu a v objemu křemíkových desek. Snaží se objasnit difúzní charakteristiky jednotlivých kovů, jejich rozpustnost, precipitační chování a elektrické vlastnosti v monokrystalickém křemíku. Metodou adsorpce kovu z cíleně kontaminovaného roztoku je dosaženo rovnoměrné distribuce kontaminantu v povrchové vrstvě křemíkové desky. Elementární povrchová analýza je provedena pomocí rentgenové fluorescenční spektrometrie TXRF a metodou rozkladu z plynné fáze ve spojení s hmotnostní spektrometrií VPD – ICP MS. Měření objemové kontaminace je silně závislé na charakteristikách daného kovu a na schopnosti tvořit elektricky aktivní komplexy, které mohou být detekovány na základě měření životnosti minoritních nosičů náboje. Uvedené metody měření stopových množství kovů jsou běžně používány pro monitorování kovové kontaminace v polovodičovém průmyslu. Cílem práce je stanovení podmínek vhodného difúzního žíhání křemíkových desek pro kvantifikaci elektricky aktivních objemových fází. Na základě výsledků je diskutováno zastoupení kovů v objemu a na povrchu křemíkové desky a měřitelnost jednotlivých kovů v objemu. Je zde testována korelace povrchových a objemových metod.

In this work a trace analysis of iron, nickel and copper on the silicon wafer surface and in the bulk silicon is studied. It attempts to explain metal diffusion characteristics, their solubility, precipitation behavior and electrical properties in a single crystal silicon. A uniform distribution of contaminant through the silicon surface layer was achieved by metal adsorption from intentionally contaminated solution. Surface analysis such as total reflection X – ray fluorescence (TXRF) and vapor phase decomposition pairing with inductively coupled plasma mass spectrometry (VPD – ICP MS) were performed. The bulk contamination measurement is strongly dependent on the metal characteristics and the ability to form electrically active complexes, which can be detected by lifetime measurement techniques. Both surface and bulk techniques of trace analysis are commonly used for monitoring metal contamination in a wafer processing. The goal is to determine suitable diffusion conditions for a thermal annealing process, that will be used to quantify the electrically active impurities in the bulk silicon. The results related to bulk and surface contamination and metal detection capability in the bulk silicon are discussed. Correlations between surface and lifetime techniques are tested here.