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本研究為了將硅晶片中設備激活區(qū)的金屬雜質分析為ICP-MS或GE\AS，利用HF和HNQ混酸對硅晶片進行不同厚度的重復蝕刻，在晶片內表面附近，研究了定量分析特定區(qū)域中金屬雜質的方法。
利用蝕刻plate實現(xiàn)硅晶片的蝕刻方法: 硅晶片為消除表面金屬雜質的影響，將10%HF溶液5 mL滴入擬蝕刻晶片面，將該溶液均勻地滾動，去除表面的金屬雜質，然后定量稱重，將HF和HNQ以l:3（v/v）混合的溶液5ml均勻滴在plate上，用真空tweezer抓住表面已洗凈的晶片擬蝕刻的另一面，將擬蝕刻的一面放上去與plate上的溶液接觸，并合上plate蓋。 20分鐘后，將晶片用真空tweezer抓取并取下，用約20 mg脫離子水沖洗表面的蝕刻溶液，將這些溶液全部收集起來，裝入蒸發(fā)容器，在微波烤箱中蒸發(fā)。
為了分析從表面到深度方向5米的金屬雜質量，需要將晶片稱為1 wn均勻，采用HF和HNO^混合溶液進行蝕刻，在這種混合溶液中，硅被HNQ氧化成SiOz，而SiQ被HF氧化成HzSiFs而被蝕刻。為了將硅晶片表面均勻蝕刻成1 gm厚度，通過改變HF和HNOj的體積比和蝕刻時間，求出了最佳體積比和蝕刻時間。
本實驗采用直徑為200mm的epitaxial硅晶片，Epitaxial晶片表面透過紅外線，單晶硅與沉積的epi.層之間的折射率不同，可以測量epi.層的厚度，將其與蝕刻前、后的重量差進行比較，確定蝕刻厚度，從而確定了蝕刻的均勻性。 圖3給出了HI和HNQ的體積比以及不同蝕刻時間的蝕刻厚度。
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圖3
HF濃度越濃，蝕刻硅晶片1gm厚度所用時間越少，但晶片前表面的蝕刻不均勻。 因此，在設置蝕刻條件時，在該時間不超過30分鐘的合適時間內，不再進行進一步的蝕刻反應，并找到了全表面以1米厚度均勻蝕刻的HF和HNQ組成，將HF和HNQ濃度調稀，長時間蝕刻后可得到均勻的蝕刻結塊，但蝕刻時間在30分鐘以上，時間效率較低，蝕刻時間在30分鐘以內。結果表明，用HF與HNO3體積比為1:3的混合溶液反應硅烷晶片20分鐘時，蝕刻效果比較均勻。
硅晶片蝕刻后的溶液中含有硅烷溶解，蝕刻溶液本身也是過量的酸混合溶液，因此不能直接將其引入裝有MCN的ICP-MS中，因此，為了引入ICP-MS，必須去除蝕刻溶液中的硅和酸。 ?
為了補償樣品前處理過程中可能出現(xiàn)的誤差，分析了底物溶液中雜質的濃度，在不稱樣品的情況下，使所有其他過程相同，用ICP-MS分析的結果在圖6上進行了表征，檢出的元素在0.01 ng/L~0.1 g/L范圍內，這些結果是在8M HNQ溶液中煮沸用于微波烤箱的PFA材質蒸發(fā)容器后，在微波烤箱中長時間用硝酸洗凈得到的。
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圖6
隨著洗凈的進行，可以看到4個蒸發(fā)容器中Fe的濃度都有所下降，這種方法的容器清洗使HNOj的消耗量大、費時，但引起樣品處理過程的}的可能性降到了最低，將表面暴露于HF蒸氣中，分解oxide層，然后將0.2%HF和1%HQz的混合溶液1 mL均勻地放入表面。用ICP-MS進行了測定，測定結果證實，污染表面的Cu濃度為IX 1013 atoms/cn。
污染前和污染后，用蝕刻法對熱處理過的硅晶片進行了分析，污染前Cu的分布在表面區(qū)域1n以內，以較高濃度污染熱處理的晶片內的Cu，雖然在有epi層的正面有微量存在，但大部分分布在l~2p_m內， 并以厚度為單位對該濃度進行了定量。
在這項研究中，硅晶片(半導體基材料)的器件激活區(qū)中的金屬雜質使用蝕刻方法用電感耦合等離子體質譜法進行定量，當用溶液5蝕刻硅晶片20分鐘時血與1: 3的HF和HNOj混合，作為已知濃度的標準溶液的尖峰蒸發(fā)的結果，在用于回收蝕刻溶液的去離子水的蒸發(fā)過程中，以及在微波爐中掩埋在蝕刻桶表面的蝕刻溶液中，銅、鎳、鋅、鉻、鎂、鈦、鉀和鐵的同位素被回收到90-110%的范圍內。使用這種蝕刻方法在背面沉積多晶硅的外延硅
晶圓上的銅，經(jīng)過污染和熱處理后，正面與外延，沉積多晶硅的層和背面用ICP-MS通過連續(xù)蝕刻五次來測量，銅的濃度在每個區(qū)域中被量化，并且銅集中在多晶硅區(qū)域附近。
蝕刻方法的優(yōu)點在于，克服了使用常規(guī)電或物理方法測量硅內部存在的金屬雜質的局限性，并且根據(jù)金屬雜質的器件工藝的熱處理，精確地量化了樣品的特定區(qū)域中的金屬雜質。