為了將硅晶片中設(shè)備激活區(qū)的金屬雜質(zhì)分析為ICP-MS或GE\AS，利用HF和HNQ混酸對硅晶片進(jìn)行不同厚度的重復(fù)蝕刻，在晶片內(nèi)表面附近，研究了定量分析特定區(qū)域中消除金屬雜質(zhì)的方法。

利用蝕刻plate實(shí)現(xiàn)硅晶片的蝕刻方法: 硅晶片為消除表面金屬雜質(zhì)的影響，將10%HF溶液5 mL滴入擬蝕刻晶片面，將該溶液均勻地滾動，去除表面的金屬雜質(zhì)，然后定量稱重，將HF和HNQ以l:3（v/v）混合的溶液5ml均勻滴在plate上，用真空tweezer抓住表面已洗凈的晶片擬蝕刻的另一面，將擬蝕刻的一面放上去與plate上的溶液接觸，并合上plate蓋。20分鐘后，將晶片用真空tweezer抓取并取下，用約20 mg脫離子水沖洗表面的蝕刻溶液，將這些溶液全部收集起來，裝入蒸發(fā)容器，在微波烤箱中蒸發(fā)。

為了分析從表面到深度方向5米的金屬雜質(zhì)量，需要將晶片稱為1 wn均勻，采用HF和HNO^混合溶液進(jìn)行蝕刻，在這種混合溶液中，硅被HNQ氧化成SiOz，而SiQ被HF氧化成HzSiFs而被蝕刻。為了將硅晶片表面均勻蝕刻成1 gm厚度，通過改變HF和HNOj的體積比和蝕刻時(shí)間，求出了最佳體積比和蝕刻時(shí)間。

本實(shí)驗(yàn)采用直徑為200mm的epitaxial硅晶片，Epitaxial晶片表面透過紅外線，單晶硅與沉積的epi.層之間的折射率不同，可以測量epi.層的厚度，將其與蝕刻前、后的重量差進(jìn)行比較，確定蝕刻厚度，從而確定了蝕刻的均勻性。圖1給出了HI和HNQ的體積比以及不同蝕刻時(shí)間的蝕刻厚度。

圖1

HF濃度越濃，蝕刻硅晶片1gm厚度所用時(shí)間越少，但晶片前表面的蝕刻不均勻。因此，在設(shè)置蝕刻條件時(shí)，在該時(shí)間不超過30分鐘的合適時(shí)間內(nèi)，不再進(jìn)行進(jìn)一步的蝕刻反應(yīng)，并找到了全表面以1米厚度均勻蝕刻的HF和HNQ組成，將HF和HNQ濃度調(diào)稀，長時(shí)間蝕刻后可得到均勻的蝕刻結(jié)塊，但蝕刻時(shí)間在30分鐘以上，時(shí)間效率較低，蝕刻時(shí)間在30分鐘以內(nèi)。結(jié)果表明，用HF與HNO3體積比為1:3的混合溶液反應(yīng)硅烷晶片20分鐘時(shí)，蝕刻效果比較均勻。

硅晶片蝕刻后的溶液中含有硅烷溶解，蝕刻溶液本身也是過量的酸混合溶液，因此不能直接將其引入裝有MCN的ICP-MS中，因此，為了引入ICP-MS，必須去除蝕刻溶液中的硅和酸。

為了補(bǔ)償樣品前處理過程中可能出現(xiàn)的誤差，分析了底物溶液中雜質(zhì)的濃度，在不稱樣品的情況下，使所有其他過程相同，用ICP-MS分析的結(jié)果在圖2上進(jìn)行了表征，檢出的元素在0.01 ng/L~0.1 g/L范圍內(nèi)，這些結(jié)果是在8M HNQ溶液中煮沸用于微波烤箱的PFA材質(zhì)蒸發(fā)容器后，在微波烤箱中長時(shí)間用硝酸洗凈得到的。

圖2

隨著洗凈的過程，可以看到4個(gè)蒸發(fā)容器中Fe的濃度都有所下降，這種方法的容器清洗使HNOj的消耗量大、費(fèi)時(shí)，但引起樣品處理過程的}的可能性降到了最低，將表面暴露于HF蒸氣中，分解oxide層，然后將0.2%HF和1%HQz的混合溶液1 mL均勻地放入表面。用ICP-MS進(jìn)行了測定，測定結(jié)果證實(shí)，污染表面的Cu濃度為IX 1013 atoms/cn。

污染前和污染后，用蝕刻法對熱處理過的硅晶片進(jìn)行了分析，污染前Cu的分布在表面區(qū)域1n以內(nèi)，以較高濃度污染熱處理的晶片內(nèi)的Cu，雖然在有epi層的正面有微量存在，但大部分分布在l~2p_m內(nèi)， 并以厚度為單位對該濃度進(jìn)行了定量。

在這項(xiàng)研究中，硅晶片(半導(dǎo)體基材料)的器件激活區(qū)中的金屬雜質(zhì)使用蝕刻方法用電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行定量，當(dāng)用溶液5蝕刻硅晶片20分鐘時(shí)血與1: 3的HF和HNOj混合，作為已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的尖峰蒸發(fā)的結(jié)果，在用于回收蝕刻溶液的去離子水的蒸發(fā)過程中，以及在微波爐中掩埋在蝕刻桶表面的蝕刻溶液中，銅、鎳、鋅、鉻、鎂、鈦、鉀和鐵的同位素被回收到90-110%的范圍內(nèi)。使用這種蝕刻方法在背面沉積多晶硅的外延硅晶圓上的銅，經(jīng)過污染和熱處理后，正面與外延，沉積多晶硅的層和背面用ICP-MS通過連續(xù)蝕刻五次來測量，銅的濃度在每個(gè)區(qū)域中被量化，并且銅集中在多晶硅區(qū)域附近。

蝕刻方法的優(yōu)點(diǎn)在于克服了常規(guī)電或物理方法測量硅內(nèi)部存在的金屬雜質(zhì)的局限性，并且根據(jù)金屬雜質(zhì)器件工藝的熱處理，精確地量化了樣品特定區(qū)域中的金屬雜質(zhì)。

　　審核編輯：湯梓紅