在未来几年，由于对半导体的需求增加，预计硅晶片的生产预计会增长。这在消费电子和汽车的行业中尤其如此，以及在蓬勃发展的太阳能电力行业中使用硅装置。
为了产生硅晶片，使用一系列不同的制造方法。
其中两个最常见的是区别（FZ）和Czochralski（CZ）过程。前一个方法 - 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。
然而，必须说的是，CZ过程通过FZ工艺保持一些关键优势，包括更快的制造，较低的成本和晶片本身的热应力性能。
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。
重要的是要确定，以便确保它们不太高的硅晶片的碳和氧杂质的水平 - 这会导致电活性缺陷和产品失效/拒绝。通过红外线提供快速简便的测量，以根据全球标准方法确定杂质水平。1,2,3,4.
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测量系统由一个组成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。频谱3 FT-IR和Mappir系统。图片信用：PerkinElmer，Inc。
在传输或反射模式下，系统可以通过2英寸，从2英寸（Mappir）或12英寸（Mapp300）分析的一系列晶片尺寸。
自动化软件促进了晶片的自动化，无人看管的映射，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。
传输模式用于收集6英寸直径硅晶片的光谱，以4厘米的光谱分辨率-1使用32个扫描进行数据收集。使用干燥的氮气连续吹扫光谱3和Mappir为了从光谱中消除大气光谱干扰。
图2示出了500微米厚的浮区硅晶片的光谱。
图2。浮区硅晶片的红外光谱。图片信用：PerkinElmer，Inc。
有几个吸收带低于1500厘米-1由于硅晶格振动，如红外光谱所示。相同FZ晶片的光谱和CZ晶片覆盖在1500厘米以下的光谱范围内放大-1如图3所示。
图3。FZ晶片谱（红色）和CZ晶片谱（黑色）显示光谱差异。图片信用：PerkinElmer，Inc。
光谱表明，两个晶片谱之间存在差异;特别是，额外的频段约为1100厘米-1在CZ光谱中。
标准方法指定了从分析的CZ样本中的高纯度FZ参考晶片谱的减法，以便更清楚地看到光谱差异并对光谱进行计算。这产生了频谱（如图4所示）。
图4。CZ-FZ晶片光谱的减法谱显示CZ材料中杂质引起的带。图片信用：PerkinElmer，Inc。
间质氧气存在导致带1107和513厘米的条带-1，虽然替代碳存在导致频段在605厘米处-1。然后可以对光谱进行定量分析。图5描绘了具有一系列不同氧浓度的晶片的光谱。
图5。高（绿色），中（紫色）和低（黄色）氧浓度晶片的光谱在减去零氧参考FZ晶片谱后。图片信用：PerkinElmer，Inc。
通过计算方法促进了一系列校准标准的线性回归或使用标准校准因子。过去，硅晶片中的标准参考材料可用于NIST的校准。亚博网站下载鉴于这些不再可用，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。碳和氧含量确定工作流程。图片信用：PerkinElmer，Inc。
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：
吸收系数α=（1 / d）ln（t0./ t）
在哪里：
T.0.是峰值位置计算的基线传输
T是峰值位置的测量传输
D是样品厚度（cm）
以下公式用于计算原子/ cm中的氧气和碳的浓度3.和百万百万原子（PPMA）：
氧原子/厘米3.= 3.14 * 1017.α.
氧气PPMA = 6.28α.
碳原子/厘米3.= 8.2x1016.α.
碳PPMA = 1.64α.
对于图4所示的样本谱，计算下面的值，如表1所示：
表格1。计算值图4.资料来源：PerkinElmer，Inc。
|
氧 |
碳 |
| 吸收系数，α |
2.61 |
0.384 |
| 原子/ cm.3. |
8.1954 x 10.17. |
3.1488 x 10.16. |
| 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，映射了图7所示几何形状的相同晶片上的碳和氧气的浓度。
图7。Auto Pro7软件中测量位置的几何形状。图片信用：PerkinElmer，Inc。
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。晶片上收集的光谱。图片信用：PerkinElmer，Inc。
可以清楚地看到不同测量中氧峰存在不同强度的事实。对于每个点，计算氧气和碳浓度 - 表2中所示。
表2。测量硅晶片中的氧气和碳浓度。资料来源：PerkinElmer，Inc。
| 样本名称 |
氧
专注
（原子/厘米3.） |
碳
专注
（原子/厘米3.） |
| 1115_b_001 |
8.21E + 17. |
3.12E + 16. |
| 1115_b_002 |
7.56E + 17. |
2.96E + 16. |
| 1115_b_003. |
7.59E + 17. |
3.12E + 16. |
| 1115_b_004 |
7.62E + 17. |
3.08e + 16. |
| 1115_b_005. |
7.64E + 17. |
3.15E + 16. |
| 1115_b_006. |
7.67E + 17. |
3.27E + 16. |
| 1115_b_007 |
7.60e + 17. |
3.03e + 16. |
| 1115_b_008 |
7.49e + 17. |
3.44E + 16. |
| 1115_b_009. |
7.60e + 17. |
2.98E + 16. |
| 1115_b_010 |
6.24E + 17. |
3.03e + 16. |
| 1115_b_011 |
6.19E + 17. |
3.10E + 16. |
| 1115_b_012 |
6.26E + 17. |
2.79E + 16. |
| 1115_b_013 |
6.18 + 17. |
2.77E + 16. |
| 1115_b_014 |
6.22E + 17. |
2.96E + 16. |
| 1115_b_015 |
6.26E + 17. |
2.86E + 16. |
| 1115_b_016 |
6.33E + 17. |
2.93E + 16. |
| 1115_b_017 |
6.18 + 17. |
2.94E + 16. |
| 平均值 |
6.99E + 17. |
3.03e + 16. |
| std dev. |
7.53518E + 16. |
1.67278E + 15. |
| RSD％ |
10.78％ |
5.52％ |
虽然碳测量比较一致，但氧气显示在晶片上显着变化。为了避免将晶片切割成较小的单个碎片时，理想的晶片完整的晶片可以一致的测量。
概括
很清楚PerkinElmer光谱3与Mapir晶圆分析系统能够测量硅晶片中存在的杂质水平。这是一个对晶片性能至关重要的参数。
在软件中使用宏，可以自动化数据收集和计算，并且可以根据所需的调节体方法定制计算。
还可以进行其他半导体应用，例如涂层和电介质以及外延膜的测量。
光谱3也亚博网站下载可以将半导体工业中的原料识别，其可以耦合到聚光灯FT-IR显微镜以进行缺陷分析。
参考
- 用短基线红外吸收对硅质间质氧含量的SEMI MF1188-1105试验方法。
- 半MF1391-93（重复的2000）试验方法，用于通过红外吸收进行硅的取代原子碳含量。
- 中华人民共和国国家标准GB 1557-89，GB / T 1558。
- Jeita EM-3503通过红外吸收的用于硅的沉积原子碳含量的标准试验方法。
此信息已采购，从PerkinElmer提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问PerkinElmer。