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摘要

? ? ? 金屬污染是設(shè)備故障的主要原因。在外延(Epi)晶片的情況下，痕量金屬很可能存在于本體和表面中。一般來說，我們可以使用表面光電壓(SPV)或微光電導(dǎo)衰減(-PCD)對其進(jìn)行批量分析，但是在重?fù)诫s襯底上的外延晶片中的金屬污染，例如p/p+，不能通過這些方法來測量。我們可以使用光致發(fā)光(PL)和局部蝕刻電感耦合等離子體質(zhì)譜(LE/ICP-MS)來分析塊體中的金屬污染。應(yīng)用室溫光致發(fā)光技術(shù)對外延層和外延襯底中的金屬污染進(jìn)行了評估，并且利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法可以對極小的金屬污染提供定性和定量的結(jié)果。利用這些方法還可以得到外延片(p/p+)中微量金屬的深度分布。本文解釋了外延襯底上的微量金屬對器件的影響。

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介紹

? ? ? 晶體缺陷和金屬污染都被認(rèn)為是器件失效的原因。金屬污染比晶體缺陷更能對外延(epi)晶片上微電子器件的性能產(chǎn)生不利影響。因此，評估溶解度或分離誘導(dǎo)的吸雜機(jī)制是否能夠描述痕量金屬在硅中的反應(yīng)路徑是非常重要的。在這篇文章中，我們報(bào)告了一種新的技術(shù)，室溫下的光致發(fā)光技術(shù)，它被設(shè)計(jì)用來評估外延晶片中的金屬污染。

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實(shí)驗(yàn)

? ? ?根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，對65Cu污染組中的一些樣品進(jìn)行了大塊金屬污染分析(圖。1). 室溫光致發(fā)光強(qiáng)度通過使用硅光增強(qiáng)復(fù)合來測量。角度拋光光致發(fā)光測量提供了來自體層中金屬污染的光致發(fā)光強(qiáng)度的深度分布。D-SIMS測量是在CAMECA IMS-6F光譜儀上使用13 keV O+2一次離子進(jìn)行的，但是，它沒有檢測到任何痕量金屬，包括65Cu，因?yàn)樗臋z測限很高，所以進(jìn)行了局部蝕刻(le)程序被利用。用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析了用樂程序制備的樣品。其他樣品(鐵、鎳和63Cu)進(jìn)行了擊穿電壓測試。

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結(jié)果和討論

? ? ? 在外延層生長后，我們測量了所有樣品的表面金屬污染情況。采用D-SIMS、表面PL、APPL和LE/ICP-MS對65個(gè)Cu污染樣品進(jìn)行整體金屬污染分析。測量到的污染與初始污染之間的關(guān)系呈線性關(guān)系。測量的污染與初始污染之比恒定為10%。這是從表面到24μm的4個(gè)6μm步驟的和。采用LE/ICP-MS法從表面到24μm每6步測量銅濃度。這兩個(gè)圖。5和表2顯示了外延晶片中相同深度的APPL強(qiáng)度和大塊銅濃度的NPLs。

? ? ? 外延生長后，用VPD/ICP-MS測定表面金屬雜質(zhì)的濃度。結(jié)果如圖所示8

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圖?5.使用表面PL法（10μm）計(jì)算的歸一化PL依賴于從表面到12μm（LE/ICP-MS）的大塊金屬污染

結(jié)論

? ? ? 我們研究了外延晶片中無窮小的金屬污染。表面金屬分析比大塊金屬分析更容易。我們使用了兩種新的方法，APPL和LE/ICP-MS。應(yīng)用室溫下的PL技術(shù)來評價(jià)外延層和襯底中的金屬污染。LE/ICP-MS可以提供無限小金屬污染的定性和定量結(jié)果。利用這兩種方法，我們可以得到外延晶片中微量金屬的深度輪廓(p/p+)。通過這些方法，得出了無窮小體積金屬污染的精度分析結(jié)果。在銅的情況下，在初始污染時(shí)，外延層表面略有增加。在生長過程中，基質(zhì)表面的銅污染隨外延層表面很少上升，但在界面比表面和整體更多。采用表面金屬分析和BV試驗(yàn)，研究了基底表面故意污染的金屬雜質(zhì)。在表面未檢測到Fe，也不影響B(tài)V失效率。Cu在表面檢測到的量很小，不影響B(tài)V失效率，但Ni的檢測率與初始污染成比例，影響B(tài)V失效率，這意味著epi襯底表面的臨界金屬為Ni。在Cu和Fe中，無論5×1011原子/cm2的污染如何，對BV失效的影響很小。

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