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引言
通過TXRF直接測量晶片表面的微量元素是快速和非破壞性的。SR-TXRF具有與TXRF相似的特征，但主要由于高通量，檢測限要好得多。VPD-TXRF和VPD-SR-TXRF在不同程度上提高了探測能力。但是，某些元素(如銅)在某些濃度下可能會有回收問題。VPD電感耦合等離子體質(zhì)譜由于溶解了天然氧化物，是一種破壞性技術(shù)，但它可以分析元素周期表中的大多數(shù)元素，尤其是低Z元素。通過使用NIST標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以相對容易地驗(yàn)證定量。所有這些技術(shù)可以相互補(bǔ)充，并為半導(dǎo)體行業(yè)提供全面的分析。
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介紹
超凈硅晶片表面是超大規(guī)模集成電路制造的最關(guān)鍵因素之一，因?yàn)榫庸み^程中不受控制的污染會改變電特性，導(dǎo)致產(chǎn)量損失1。晶片表面上一定濃度的金屬雜質(zhì)會導(dǎo)致嚴(yán)重的器件退化，例如載流子壽命縮短、柵極氧化物的電介質(zhì)擊穿、閾值電壓偏移和pn結(jié)的漏電流。
使用同步輻射作為主要激發(fā)源可以提高TXRF的整體靈敏度。與通過電子轟擊金屬靶產(chǎn)生的常規(guī)x射線源相比，同步輻射是作為儲存環(huán)中循環(huán)或振蕩電子的自然副產(chǎn)品產(chǎn)生的。它包含電磁光譜的所有波長，比標(biāo)準(zhǔn)儀器的x射線發(fā)生器強(qiáng)大100倍或更多。同步輻射的主激發(fā)源與傳統(tǒng)x射線管相比有幾個優(yōu)點(diǎn):高附帶通量與低發(fā)散度相結(jié)合導(dǎo)致更高的熒光強(qiáng)度，因此檢測限更低。由于它的線偏振，入射光束的彈性散射可以減少。已經(jīng)被全反射降低的光譜背景被進(jìn)一步降低。同步輻射的可調(diào)性允許通過增加光子吸收截面來提高特殊元素的靈敏度。
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實(shí)驗(yàn)與討論?
由VPD-TXRF和VPD-電感耦合等離子體-質(zhì)譜進(jìn)行的晶片制備和分析是在潔凈室的超潔凈環(huán)境中進(jìn)行的。在裸硅晶片表面上沉積已知量的銅溶液(例如50 mL)后，發(fā)現(xiàn)液滴的直徑為4-5毫米。在室溫下用氮?dú)獯祾吒蓛舻暮凶又懈稍锖?，干燥點(diǎn)的尺寸減小到直徑小于1毫米。然后用TXRF儀器(原子鐘8030瓦)分析晶片上的干點(diǎn)。基于0.5 cm2的采樣面積計算表面濃度。使用TXRF制造商提供的晶片表面有鎳干點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)晶片來校準(zhǔn)儀器。?
TXRF研究晶片表面銅溶液的干點(diǎn)；在晶片表面上干燥一滴銅溶液。研究發(fā)現(xiàn)，在TXRF對銅干渣的分析中，當(dāng)銅的表面濃度高于一定濃度時，銅的分析結(jié)果通常低于預(yù)期。例如，在0.5 cm2的取樣面積下，沉積在晶片上的含1 ng銅的單個液滴的表面濃度應(yīng)為1890 E10原子/cm2(理論值)。然而，發(fā)現(xiàn)來自五次重復(fù)的平均1612個E10原子/cm2，表明比理論結(jié)果低15%，如圖2所示。同樣，一滴
沉積在晶片表面的0.5納克銅應(yīng)導(dǎo)致940個E10原子/平方厘米的表面濃度。平均767個E10原子/cm2表明比理論結(jié)果低18%。值得注意的是，在較低的表面濃度下，例如0.05納克銅的干點(diǎn)，這種現(xiàn)象不再存在。
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圖2 TXRF的銅結(jié)果與銅干殘?jiān)挠嬎惚砻鏉舛?/span>
用TXRF和電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定晶片表面銅/鎳溶液的干斑；為了進(jìn)一步研究，在晶片表面沉積一滴銅/鎳混合溶液。TXRF分析了干斑。然后用0.5毫升H2O2/HF溶液提取干斑兩次。提取的溶液通過電感耦合等離子體質(zhì)譜進(jìn)行分析。圖3a顯示了TXRF和電感耦合等離子體質(zhì)譜的銅回收率。電感耦合等離子體質(zhì)譜的銅結(jié)果顯示100% = 10%的一致回收率。相比之下，TXRF的銅回收率為80%左右?？紤]到TXRF和電感耦合等離子體質(zhì)譜法的鎳回收率接近100%，如圖3b所示，可以排除在TXRF測量過程中位置錯誤的可能性。發(fā)現(xiàn)我們的發(fā)現(xiàn)與最近的一份報告不同，在該報告中，TXRF的鉻、鐵、鎳、銅和鋅的結(jié)果都低于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。差異的可能性之一可能歸因于不同的干燥條件。
在室溫下用氮?dú)獯祾哌M(jìn)行這項(xiàng)工作；同時使用該報告中的紅外加熱燈干燥混合元素溶液。然而，TXRF銅回收率較低可能是由于干燥過程中的一些未知因素。詳細(xì)的調(diào)查正在進(jìn)行中。
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總結(jié)
我們比較了TXRF技術(shù)、SR-TXRF技術(shù)、電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)和VPD技術(shù)，研究了在晶片表面干燥液滴時的銅濃度。一般來說，通過TXRF直接測量晶片表面的微量元素是快速和非破壞性的。SR-TXRF具有與TXRF相似的特征，但主要由于高通量，檢測限要好得多。TXRF和SR-TXRF對低Z元素的測量正在改進(jìn)，但目前仍處于開發(fā)過程中。VPD-TXRF和VPD-SR-TXRF在不同程度上提高了探測能力。然而，我們發(fā)現(xiàn)一些元素(如銅)在一定濃度以上可能會有回收問題。值得一提的是，TXRF已經(jīng)對晶圓表面的檢測限進(jìn)行了許多調(diào)查，但只有少數(shù)調(diào)查評估了回收率。因此，許多關(guān)于量化的問題仍然是未知的。另一方面，VPD電感耦合等離子體質(zhì)譜是一種破壞性技術(shù)，因?yàn)樗芙饬司系奶烊谎趸?，但它可以分析元素周期表中的大多?shù)元素，尤其是低Z元素，
例如硼、鈉、鎂和鋁。通過使用NIST標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以相對容易地驗(yàn)證定量。所有這些技術(shù)可以相互補(bǔ)充，并為半導(dǎo)體行業(yè)提供全面的分析。