多晶硅纯度检测方法的探讨

-何坚博士,厦门大学机械电子工程系,多晶硅纯度检测方法的探讨,DepartmentofMechanics&Electronics，XiaMenUniversity,China,SOG,ICG,Simine,Purify,每立方厘米的体积内有51022个si原子,Ton,我国多晶硅产量,RD(ResistantDetect)SEMUV/VISXRFICP-AESICP-MSLA-ICP-MSGD-MSSIMSLAI-MS,多晶硅纯度主要检测方法,3-4N5N？4-5N？5N6N7-9N7-8N9N9N6N,7N?,SOG检测级别（B,P)Metal(ppm),100?100100.10.0010.010.00010.00010.1,SOG检测方法,进样方式,固体(直接)固体(处理)液体(消解)固体(处理)液体(消解)液体(消解)固体(直接)固体(直接)固体(直接)固体(直接),价格,$20万,$30万,$80万,$100万,多晶硅纯度主要检测方法的比较,表1.各种检测方法性能方面的比较,表2.各种检测方法使用操作方面的比较:,各仪器检出限比较表（ng/g）表3,ICP-MS主要干扰峰,XRF,ICP-MS,SEM,ThermoFisherScientic(德国不来梅工厂)2005年辉光放电质谱仪GD-MS/ElementGD(￥700万RMB),GD-MS/ElementGD,ChemicalNaturesandDistributionsofMetalImpuritiesinMulticrystallineSiliconMaterials,X-rayuorescencemicroscopy(m-XRF)isusedtolocatemetal-richparticlesandtodeterminetheirspatialdistribution,elementalcomposition,anddimensions.Onceametalprecipitateislocated,itschemicalstatecanbedeterminedviaX-rayabsorptionmicrospectroscopy(m-XAS).,检测酸洗Si表面液,Alumina(99.7%),PBN(99.99%),Theaveragecontaminationlevelsofeachsectorwereobtainedintherangeof10101012atomscm-2underoptimizedconditions.SEMimagesofcratersforLA,eachproducedbyonelasershot(266nm,9mJperpulse),showedthatthedepthsofthecraterswerelargerthanthethicknessoftheSOGlayer,2350A,andthediameterincreasedwiththepoweranddecreasedwithde-focusedbeamdiameter.LimitsofdetectionofLA-ICP-MSwereestimatedat109atomscm-2ontheSiwafersurface,dependingontheelement.,LA-ICP-MS:Acommercial266nmablationsystem(LSX-500,Cetac,Omaha,USA),+asectortypehighresolutionICP-MS(Axiom,ThermoElemen-tal,Franklin,MA,USA),AnalyticaldeterminationofmetalsinindustrialpolymersbylaserablationICP-MS,ICP-MS-InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometryICP-OES-InductivelyCoupledPlasmaOpticalEmissionSpectrometryWDXRF-WavelengthDispersiveX-RayFluorescenceSIMS-SecondaryIonMassSpectrometry,Applicationsofinductivelycoupledplasmamassspectrometryandlaserablationinductivelycoupledplasmamassspectrometryinmaterialsscience,ThemainproblemofLA-ICP-MSisquantificationifnosuitablestandardreferencematerialswithasimilarmatrixcompositionareavailable.ThecalibrationprobleminLA-ICP-MScanbesolvedusingon-linesolution-Basedcalibration,anddifferentprocedures,suchasexternalcalibrationandstandardaddition,havebeendiscussedwithrespecttotheirapplicationinmaterialsscience.,VG9000GD-MS,LAI-TOFMS,(LaserAbalationIonization-TimeofFlightMassSpectrometry),多晶硅纯度检测方案,1.使用现有的LAI-TOFMS未改造前5N级别的检测，改造后达到6N级别的检测；主要改造离子传输系统（1-2万RMB）；现有Laser266nm波长的升级（功率）（2-3万RMB）；主要问题：现有仪器繁忙。2.LA-ICP-MS购买266nmNd:YAGLaser；(20-40万RMB）自行设计一套LA进样系统；（预计2-3万RMB）化学系协商使用ICP-MS；可以达到7-8N级别的检测要求。3.全新研制LAI/GD-(ICP)-TOFMS购买266nmNd:YAGLaser；(20万RMB）自行设计LAI/GD-TOFMS；（35万RMB）可以达到6N级别的检测要求。,2009年1月4日实验数据及分析,Samples:5NSOGSi,5N别多晶硅表面金相图(原始象素2048X1536)(放大600),激光溅射后的多晶硅表面金相图(原始象素2048X1536)(放大600),激光功率:1mJ波长:355nm脉冲宽度:5ns聚焦直径:10um脉冲频率:10/s溅射斑深:6um/10pulse,(LAI-TOFMS谱图),C,N,O,H2O,Si,Si+OH,Fe,Cu,Al,Sample:5NSOGSi,Raw5NSOG,Laser5NSOG,2009年1月18日实验数据及分析,Samples:2N-3NSOGSi?,Sample:2N-3NSOGSi,270pa-2800-L-04-20K.tof,270pa-2800-L-03-20K.tof,270pa-2800-L-02-20K.tof,270pa-2800-N-03.tof,270pa-2800-N-02.tof,270pa-2800-N-01-20K.tof,Conclusion:,激光烧蚀前后的SOGSi成份未见明显变化,Discussion:,1、激光烧蚀后的硅片表面杂质富集层厚度的影响？,由于LA-TOFMS所用laser的聚焦斑的功率密度为量1010w/cm2,溅射斑深是6m/10pulse，所以可能由于激光烧蚀后的硅片表面杂质富集层太薄，而未能区分。由于LA-TOFMS所用laser的聚焦斑的功率密度太高，溅射采样点本身产生了热分馏效应，而掩