為了將硅晶片中設備激活區的金屬雜質分析為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域中消除金屬雜質的方法。

利用蝕刻plate實現硅晶片的蝕刻方法: 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，裝入蒸發容器，在微波烤箱中蒸發。

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1給出了HI和HNQ的體積比以及不同蝕刻時間的蝕刻厚度。

圖1

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2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材質蒸發容器后，在微波烤箱中長時間用硝酸洗凈得到的。

圖2

隨著洗凈的過程，可以看到4個蒸發容器中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的結果，在用于回收蝕刻溶液的去離子水的蒸發過程中，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通過連續蝕刻五次來測量，銅的濃度在每個區域中被量化，并且銅集中在多晶硅區域附近。

蝕刻方法的優點在于克服了常規電或物理方法測量硅內部存在的金屬雜質的局限性，并且根據金屬雜質器件工藝的熱處理，精確地量化了樣品特定區域中的金屬雜質。

　　審核編輯：湯梓紅