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熱點(diǎn)應(yīng)用丨看不見的“質(zhì)量閘門”——單晶硅中的間隙氧含量測試

來源:天美儀拓實(shí)驗(yàn)室設(shè)備(上海)有限公司 更新時(shí)間:2025-07-22 17:45:17 閱讀量:191
導(dǎo)讀:應(yīng)用于新型材料(如,聚合物、半導(dǎo)體、生物傳感等)、制藥行業(yè)、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域的紅外波段信號的檢測和分析。

單晶硅中的間隙氧含量是半導(dǎo)體材料質(zhì)量控制中的關(guān)鍵指標(biāo),適量的間隙氧可提高硅片的機(jī)械強(qiáng)度,防止在后續(xù)高溫工藝中發(fā)生翹曲或開裂;通過測試間隙氧含量及其在熱循環(huán)中的沉淀行為,可反向指導(dǎo)單晶硅拉制工藝參數(shù)優(yōu)化,獲得氧含量適中、沉淀可控的高品質(zhì)硅片;八英寸及以上大直徑硅片中,間隙氧含量的精確控制已成為下游廠商(如晶圓廠)評估硅片質(zhì)量的核心指標(biāo)之一。

間隙氧含量測試不僅是表征單晶硅材料質(zhì)量的“分子級標(biāo)尺”,更是連接晶體生長、工藝優(yōu)化、器件制造和標(biāo)準(zhǔn)化體系的關(guān)鍵紐帶。通過精確控制氧含量,可顯著提升半導(dǎo)體器件的性能、良率和長期可靠性,對推動我國集成電路產(chǎn)業(yè)自主可控具有戰(zhàn)略意義。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))


方法原理


使用經(jīng)過校準(zhǔn)的紅外光譜儀和適當(dāng)?shù)膮⒈炔牧?,通過參比法獲得雙面拋光含氧硅片的紅外透射譜圖。用常溫紅外測試設(shè)備時(shí),利用在波數(shù)1107cm-1處硅-氧吸收譜帶的吸收系數(shù)來計(jì)算硅片中間隙氧含量。


測試條件和步驟


1. 室溫,紅外光譜儀分辨率:2cm-1;掃描次數(shù):64次;

2. 確認(rèn)紅外光束通過測試參比樣品和樣品的中心位置;在相同的測試條件下,測試參比樣品和樣品在900cm-1~1300cm-1波數(shù)范圍內(nèi)的透射光譜;

3. 進(jìn)行參比樣品和樣品的圖譜運(yùn)算(差譜法);

4. 間隙氧含量的計(jì)算:


αp:峰值吸收系數(shù)(cm-1);

αb:基線吸收系數(shù)(cm-1);

x:樣品厚度(cm);

Tp:峰值透射率;

Tb:基線透射率。

α0:間隙氧的吸收系數(shù)(cm-1);

N[0]:間隙氧的含量(原子數(shù))(cm-3);

F0:校準(zhǔn)因子,3.14×1017cm-2


適用范圍


適用于室溫電阻率大于0.1Ω?cm的N型硅單晶及室溫電阻率大于0.5Ω?cm的P型硅單晶中的間隙氧含量的測試。氧含量(原子數(shù))測試范圍從1×1016cm-3到硅中間隙氧的最大固溶度。


注意事項(xiàng)


1. 無氧參比樣品的厚度應(yīng)盡可能與測試樣品的厚度一致(厚度差小于±0.5%),以便消除由硅晶格振動引起的吸收的影響;

2. 測試期間,光譜儀樣品室的溫度應(yīng)恒定在27℃±5℃;

3. 測試過程中,保持環(huán)境干燥、清潔,濕度小于60%,透射光譜在1521cm-1、667cm-1處的透射率保持在98%~102%;

4.  樣品應(yīng)垂直或基本垂直于紅外光束的軸線方向;

5. 測試之前,應(yīng)保證樣品表面無氧化物。


儀器推薦


天美集團(tuán)“愛丁堡分析”品牌旗下IA30緊湊型高精度紅外光譜儀,是一款用途廣泛且免日常維護(hù)的紅外光譜分析儀器,通過搭載不同的附件滿足不同數(shù)據(jù)形式的測試需求,以及樣品的定性和定量分析。IA30紅外光譜儀的堅(jiān)固設(shè)計(jì)與用戶友好的Miracle軟件相結(jié)合,無論是學(xué)術(shù)研究,還是工業(yè)過程控制;無論是經(jīng)驗(yàn)豐富的研究人員,還是新手用戶都能獲得優(yōu)異的使用體驗(yàn)和可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。

應(yīng)用于新型材料(如,聚合物、半導(dǎo)體、生物傳感等)、制藥行業(yè)、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域的紅外波段信號的檢測和分析。

IA30緊湊型高精度紅外光譜儀


參考標(biāo)準(zhǔn)


GB/T 1557-2018《硅晶體中間隙氧含量的紅外吸收測量方法》

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