硅基半导体内痕量杂质表征分析技术开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

半导体材料在近代的科技发展,尤其是在信息产业的发展上有着举足轻重的地位,元素半导体(Ge)放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页,从此电子设备开始实现晶体管化。采用元素半导体(Si)以后,不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高,而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。目前而言,Si,Ge是所有半导体材料中应用最广泛的两种材料。与锗半导体相比,硅半导体的漏电流要小得多,与砷化镓材料相比,虽然砷化镓材料的性能较好,但由于生产成本和储存量的原因,不能成为主流材料。

随着信息等产业的发展,也对半导体材料提出了更高的要求。电子器件主要利用的是半导体材料的性质,若含有杂质,比如铁、铜、镍、锌、铬等具有较高电活性的过渡金属杂质[15]以及有硼 、磷 、砷等非金属元素,即使含量极少,也将严重影响其电学性能,提高电阻率。因此,降低硅基材料的杂质含量至关重要。随着器件尺寸的日益缩小,对晶体中杂质分布的微区不均匀和尺寸为原子数量级的微小缺陷也要有所限制。但目前,精准定量表征高纯硅中痕量元素的含量、分布、成分是一大技术难点。

近年来 ,随着各种分析技术的不断更新与完善 ,硅基半导体中杂质元素的检测方法也获得了长足的发展,主要包括红外光谱法(infrared spectroscopy, IR)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)、原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry, AAS)、辉光放电质谱法(glow discharge mass spectrometry, GDMS)、电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)等[9]

红外线吸收光谱法[10]是一种针对碳、硼、磷等非金属元素的分析方法,其检验精度可达几十ppb(part per billion,10-9)级,是利用物质分子对红外光区电磁辐射的选择性吸收来进行定量分析。红外线吸收光谱法特征性强、测定快速、试样用量少、能分析各种状态的试样,然而其试样制备复杂。

激光诱导的击穿光谱(LIBS)能够在不需要或尽量减少样品制备的情况下进行快速多元素分析,具有无需样品制备、样品损伤可控、设备易于携带、可现场快速分析等优点[11],但是,在没有任何标准校准的情况下,用于定量测量是不可能的。无标定方法基于局部热力学平衡(LTE)假设,其技术的主要难点在于模型有效性的要求。事实上,LTE只建立在电子密度足够大的等离子体中,因此,无标定激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)主要用于测量足够高浓度的元素。为了对微量元素进行检测,Chia-Ting Chen提出了两步法[4],用以提高CF-LIBS灵敏度从而量化全部的元素组成。两步法是在激光脉冲激励后记录两种不同延迟的光谱。早期测量是在等离子体完全LTE时进行的,用于测量主要和次要元素组分。

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