＊支云云 薛心祿,2 王志強(qiáng) 岳玉芳

（1.青海芯測科技有限公司 青海 810000 2.青海省新能源材料與儲能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青海 810000）

引言

電子級多晶硅是生產(chǎn)制造半導(dǎo)體硅片最基礎(chǔ)也是最主要的原材料之一，被稱為電子信息產(chǎn)業(yè)的“糧食”，其純度需達(dá)到11N甚至更高，如此高的純度要求對電子級多晶硅的制備技術(shù)、檢測技術(shù)和質(zhì)量管理都提出了極高的要求。雖然我國電子級多晶硅產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)能夠比肩國際一流水平，但國內(nèi)大多數(shù)能夠生產(chǎn)高純電子級多晶硅企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性仍亟待提升。究其主要原因有電子級多晶硅生產(chǎn)過程雜質(zhì)控制與消除方法和國外仍存有差距、雜質(zhì)對晶圓品質(zhì)的影響機(jī)理方面的研究不夠深入、產(chǎn)品檢測方面的技術(shù)水平需要進(jìn)一步提升等。

當(dāng)前，能夠?qū)﹄娮蛹壎嗑Ч柚械奈⒘侩s質(zhì)元素進(jìn)行檢測的設(shè)備眾多，根據(jù)檢測范圍的不同，主要分為紫外可見分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）法、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法、高分辨電感耦合和等離子體質(zhì)譜（HR-ICP-MS）法等，按照等級要求的不同，高分辨電感耦合和等離子體質(zhì)譜（HR-ICP-MS）法檢測設(shè)備相較其它檢測方法靈敏度更高，且可同時檢測多種元素，檢測效率更高效，但此方法無法有效分析電子級多晶硅中雜質(zhì)元素的存在形式、缺陷的深能級及界面態(tài)。為了解決此問題，本文主要研究用深能級瞬態(tài)譜技術(shù)檢測電子級多晶硅中的痕量雜質(zhì)，同步分析雜質(zhì)元素的存在形式，解決生產(chǎn)產(chǎn)品雜質(zhì)元素來源及控制方法，為電子級多晶硅生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量提供經(jīng)驗(yàn)和思路，同時也可進(jìn)一步推動電子級多晶硅產(chǎn)品和其他中間產(chǎn)品在下游高端市場的應(yīng)用，保障我國集成電路產(chǎn)業(yè)安全與可持續(xù)發(fā)展。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

德國PhysTech公司FD1030。

(2)樣品制備

傳統(tǒng)深能級測試樣品采用上電極為肖特基接觸，下電極是歐姆接觸電極。但對于較厚高阻的樣品可以采用雙肖特基結(jié)進(jìn)行制樣?；驹硎莾蓚€串聯(lián)的肖特基電容，電容由較小電容決定，因此當(dāng)C2＞C1時，整體的電容約等于C1也就是較小的電容。

圖1 樣品制備示意圖

圖2 實(shí)際樣品制備

實(shí)際測試過程中上電極采用In金屬高溫熔化成為肖特基接觸，電極直徑約5mm，下電極采用ZnHg合金形成肖特基接觸，樣品直徑約為20mm，厚度約為2mm。

(3)測試條件

電子級多晶硅樣品測試深能級采用脈沖變溫測試方式，測試模式采用電容測試模式。

(4)測試流程及方法

①變溫深能級測試的流程是首先找準(zhǔn)單個溫度點(diǎn)的瞬態(tài)參數(shù)，也就是下圖中右側(cè)區(qū)域的參數(shù)，單個溫度點(diǎn)的參數(shù)應(yīng)該滿足一個標(biāo)準(zhǔn)的RC放電曲線，然后按照圖中的參數(shù)，進(jìn)行變溫掃描選定溫度區(qū)域內(nèi)的所有瞬態(tài)，程序會根據(jù)所有瞬態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步擬合得到能級的位置和濃度等信息。

②電容深能級測試模式，進(jìn)行變溫深能級測試之前，首先要找準(zhǔn)用于激發(fā)的深能級信號的參數(shù)。因此首先進(jìn)行瞬態(tài)測試。其瞬態(tài)如下圖所示。

圖3 300K對應(yīng)瞬態(tài)測試曲線

瞬態(tài)參數(shù)說明：

Tau：不同參數(shù)擬合下的放電常數(shù)；

NT：測試到的絕對的缺陷密度；

NTS：測試到的相對的缺陷密度，也就是上表面電極下的缺陷密度；

Tauclass：瞬態(tài)曲線對進(jìn)行擬合計(jì)算出來的當(dāng)前數(shù)據(jù)的等級，40以下不可信。

③光激發(fā)方式測試：電子級多晶硅塊屬于電阻較高且缺陷密度較小的材料，可采用光激發(fā)的方式進(jìn)行嘗試。也就是光生深能級瞬態(tài)譜（Optical-DLTS）用于增加信號的強(qiáng)度。激發(fā)光光源為一個532nm綠光LD激光二極管，并結(jié)合電脈沖激發(fā)兩者共同作用以求最大效果。

2.結(jié)果與討論

(1)變溫電容測試結(jié)果

(2)變溫電容測試結(jié)果分析

從圖4可以看出450K之前沒有發(fā)現(xiàn)有效的能夠進(jìn)行擬合的特征峰，450K之后有巨大下降趨勢，可能是熱激發(fā)導(dǎo)致的。由于趨勢在下降過程中沒有結(jié)束，因此不能做為擬合依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子級多晶硅塊的缺陷可能較少，因此進(jìn)一步增加激發(fā)是解決這一問題的可能方法。

圖4 變溫電容測試結(jié)果

(3)光激發(fā)深能級測試結(jié)果

分別測試350K、300K、250K、200K、150K、100K、84K光激發(fā)深能級瞬態(tài)曲線，結(jié)果如圖5～圖11所示。

圖5 350K瞬態(tài)曲線

圖6 300K瞬態(tài)曲線

圖7 250K瞬態(tài)曲線

圖8 200K瞬態(tài)曲線

圖9 150K瞬態(tài)曲線

圖10 100K瞬態(tài)曲線

圖11 84K瞬態(tài)曲線

(4)光激發(fā)深能級測試結(jié)果分析

從圖12～圖14的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用了光生瞬態(tài)譜之后，不同溫度下的瞬態(tài)譜都顯示出較好的瞬態(tài)特性，但變溫測試結(jié)果仍然顯示出較大的噪聲。這說明測試本身并沒有問題，樣品本身確實(shí)不存在過多的可以采用深能級瞬態(tài)譜進(jìn)行探測的缺陷。在多次嘗試后，沒有得到有效擬合數(shù)據(jù)。同時在光激發(fā)的條件下，NT的濃度處于1014cm-3。值得指出的是實(shí)驗(yàn)中在137K時發(fā)現(xiàn)一個相對略微明顯的峰。隨即調(diào)取了該溫度下的瞬態(tài)結(jié)果。能級位置在導(dǎo)帶下Ec-Et=0.26eV濃度約在2×1014cm-3，推測應(yīng)該是Zn元素產(chǎn)生的能級。

圖12 變溫光生瞬態(tài)深能級

圖13 光生深能級數(shù)據(jù)圖譜

圖14 137K對應(yīng)的瞬態(tài)

3.結(jié)語

本論文研究了利用深能級瞬態(tài)譜測試電子級多晶硅中Zn元素含量，完善了芯測公司檢測分析能力，有利于提高新能源分公司電子級多晶硅在國內(nèi)市場中的競爭力，對我國發(fā)展高端電子產(chǎn)業(yè)具有重要意義。但在電子級多晶硅生產(chǎn)過程中經(jīng)常還會檢測出Na、Al、K、Ca、Fe、Cr、Ni、Cu等金屬元素，因此，后續(xù)在Zn元素研究測試的基礎(chǔ)上將開展利用深能級瞬態(tài)譜測試其他金屬元素含量的工作，進(jìn)一步確定金屬雜質(zhì)在多晶硅產(chǎn)品中的含量及存在形式。