激光誘導(dǎo)擊穿光譜應(yīng)用于硅片中金屬元素的擴(kuò)散分析.pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一種全元素分析技術(shù)?；贚IBS的應(yīng)用研究近年來(lái)仍然為人們所廣泛關(guān)注,目前該技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)藥、等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
　　在半導(dǎo)體行業(yè),晶體管的制造通常是利用金屬沉積于硅片表面。在形成晶體管的過(guò)程中,金屬經(jīng)常容易擴(kuò)散入硅片,這可能導(dǎo)致弱化晶體管的電子性能甚至導(dǎo)致晶體管的損壞。硅芯片的分析一般在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)

2、,分析過(guò)程總是需要幾天的時(shí)間,并且需要一系列復(fù)雜的樣品制備。不符合標(biāo)準(zhǔn)的硅芯片意味著要被淘汰,從而導(dǎo)致了時(shí)間和材料的浪費(fèi)。目前,國(guó)內(nèi)并沒(méi)有高效的硅材料分析方法和標(biāo)準(zhǔn)。LIBS技術(shù)自身具有快速,高效,多種成分同時(shí)檢測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn),因此,利用LIBS技術(shù)準(zhǔn)確判定硅中金屬的擴(kuò)散程度,建立行之有效的測(cè)試方法,具有重要的意義。
　　由于在之前的工作中,硅中磷(P)、氧(O)含量是在真空環(huán)境下利用LIBS測(cè)得的。檢測(cè)環(huán)境要求苛刻,通用性不強(qiáng)。因

3、此,此次檢測(cè)是在大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的。由于LIBS技術(shù)在大氣環(huán)境下存在很多影響其精度的因素,本文首先就環(huán)境氣壓對(duì)檢測(cè)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)表明,氣壓的變化會(huì)影響等離子體的溫度,進(jìn)而影響檢測(cè)樣品離子峰與原子峰的強(qiáng)度比例。不僅如此,氣壓的微弱變化也會(huì)影響激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量測(cè)試的精度。
　　此后,我們改善了檢測(cè)環(huán)境氣壓的穩(wěn)定性,利用LIBS系統(tǒng)檢測(cè)硅片中金屬的擴(kuò)散情況。實(shí)驗(yàn)制備了帶有鋁(Al)、錫(Sn)、錳(Mn)、鍺(Ge)金屬薄

4、膜的硅片,并利用高溫使金屬元素向硅片內(nèi)部擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)分析了Al-Si樣品中Al元素的擴(kuò)散深度情況,其次就其他3種樣品進(jìn)行了LIBS元素?cái)U(kuò)散檢測(cè),并針對(duì)幾種金屬的檢測(cè)效果分析了LIBS對(duì)硅片中金屬擴(kuò)散檢測(cè)的適用性。
　　在Al-Si樣品的測(cè)試中,由于EDS能譜儀的檢測(cè)限低,使用EDS電子能譜幾乎無(wú)法分辨三種樣品在硅片更深位置的濃度區(qū)別。相反,利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀就能清楚的分辨。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面LIBS技術(shù)更加適用于Al在硅片中的擴(kuò)