[发明专利]硅片表面金属元素的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及元素检测领域，特别是涉及一种硅片表面金属元素的测量方法。

背景技术

在半导体制造业中金属元素对产品的电性能及可靠性有重大影响，因此硅片表面金属元素控制要求越来越高，表面金属杂质含量小于1×10¹⁰atoms/cm²，金属元素测试的准确性显得尤为重要，因为极低的金属玷污控制，迫切需要高灵敏度低检测限测量方法对其进行分析。

全反射X射线荧光（TXRF）技术也用于半导体行业中金属离子测量，因为其测量单点的面积有限，不能准确判定整个硅片表面的金属含量，并且设备价格高。

近年来电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)在半导体行业也有一定的应用；因为设备调试及样品处理复杂，导致分析速度很慢。若直接测试，HF酸和SiO₂反应产生的氟化硅严重干扰测试结果，造成误判等严重后果。

ICP-MS用于硅片表面金属离子测量，因为基体干扰和多原子干扰导致部分元素需要特定条件才能测试，比如Na、K、Fe等元素需要在冷焰模式测量，As需要碰撞池技术测量，其他元素需要热焰模式测量，这样要实现多元素同时测量就需要建立一个复杂的实验方法；而半导体中特有的Si化物基体的影响需要加热赶硅处理样品，或是采用VPD技术处理样品。

传统的硅片表面金属元素的测量通常采用建立多模式ICP-MS分析的方法。然而，这种方法分析速度慢稳定性差。

发明内容

基于此，有必要提供一种分析速度快且稳定性好的硅片表面金属元素的测量方法。

一种硅片表面金属元素的测量方法，包括以下步骤：

提供待检测的硅片，并采用腐蚀液对所述硅片的表面进行腐蚀得到样品液；

将所述样品液气溶胶化，得到样品液的气溶胶；

除去所述样品液的气溶胶中的溶剂分子，得到金属元素的气溶胶；

将所述金属元素的气溶胶电离形成金属元素的等离子体；

检测所述金属元素的等离子体中金属元素的含量。

在一个实施例中，所述除去所述样品液的气溶胶中的溶剂分子的操作通过膜去溶装置实现。

在一个实施例中，所述膜去溶装置包括半渗透膜以及位于所述半渗透膜外的外壳，所述半渗透膜形成管状通道，所述半渗透膜和所述外壳之间形成有空腔，所述外壳上设置有进气孔和出气孔，所述溶剂分子可以通过所述半渗透膜而所述金属元素无法通过所述半渗透膜；

所述除去所述样品液的气溶胶中的溶剂分子的操作具体为：将所述样品液的气溶胶通入所述半渗透膜形成的管状通道内，从所述进气孔通入惰性气体，所述惰性气体将所述半渗透膜形成的管状通道内的溶剂分子吹出并从所述出气孔排出。

在一个实施例中，所述膜去溶装置的操作条件如下：

所述惰性气体的流量为1.5L/min～2.5L/min，所述膜去溶装置的温度为100℃～160℃。

在一个实施例中，所述采用腐蚀液对所述硅片的表面进行腐蚀得到样品液的操作如下：

将所述腐蚀液滴于水平放置的所述硅片表面，反应30s～60s，其中，所述腐蚀液为HF和H₂O₂的水溶液，所述HF和H₂O₂的水溶液中所述HF的质量百分浓度为4.8%～4.9%，所述H₂O₂的质量百分浓度为3.0%～3.2%；

收集腐蚀了所述硅片的腐蚀液，得到所述样品液。

在一个实施例中，所述将所述样品液气溶胶化的操作通过雾化器和雾化室实现，所述雾化室的温度为70℃～110℃。

在一个实施例中，所述将所述金属元素的气溶胶电离形成金属元素的等离子体的操作通过等离子体炬管实现，所述等离子体炬管的操作条件如下：

冷却气的流量为12L/min～14L/min，辅助气的流量为0.6L/min～0.8L/min，载气的流量为0.7L/min～1.1L/min，氮气的流量为16L/min～18L/min，射频功率为1000W～1400W，采样深度为140mm～160mm。

在一个实施例中，所述冷却气为氩气，所述辅助气为氩气，所述载气为氩气。

在一个实施例中，所述检测所述金属元素的等离子体中金属元素的含量的操作通过质谱仪实现。

在一个实施例中，所述金属元素为Na、K、Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和W中的至少一种。