Direct Analysis of Metallic Impurities in SiC and GaN Wafers by LA-GED-MSAG-ICP-MS/MS

Význam tématu

Polovodičové materiály s širokým zakázaným pásmem, jako je SiC a GaN, nacházejí uplatnění v moderní výkonové elektronice díky vysoké propustnosti napětí a odolnosti vůči teplotě. Kontrola stopových kovových nečistot v substrátech je zásadní pro zajištění spolehlivých elektrických vlastností a dlouhodobé stability výkonových zařízení.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout a otestovat inovativní analytickou techniku LA-GED-MSAG-ICP-MS/MS pro přímou kvantitativní analýzu stopových kovů na celých 12palcových vaflích z Si, SiC a GaN. Metoda kombinuje femtosekundový laser, výměnu plynu přes membránu a generování aerosolů s přídavkem kovových standardů, čímž překonává omezení klasického LA-ICP-MS a TRXRF.

Použitá metodika a instrumentace

Pro ablace a transport částic byl použit femtosekundový laserový systém s galvo zrcadlem a pohyblivou x-y-z-θ scénou. Aplabované částice se nasávají do přenosové kapiláry a procházejí Gas Exchange Device (GED), kde se vzduch vymění za argon. Dual-syringe Metal Standard Aerosol Generator (MSAG) přidává do proudu aerosolu konstantní objem 1% HNO3 a kalibrační standardy pro metodu standardního doplňování. Detekci a separaci interferencí zajišťuje trojkvadrupólový ICP-QQQ Agilent 8900 s m-lens a reaktivními plyny (NH3, H2, He). Celý systém lze automatizovat pomocí FOUP portů, robota a aligneru.

Hlavní výsledky a diskuse

• Metoda umožňuje analýzu celého 12" vafle bez objemných komor pro ablaci.
• Potvrzena lineární kalibrace doplňováním standardů přímo za ablačním zdrojem, bez nutnosti podkladových pevných standardů.
• Analýza výskytu kovů (Li, Na, Mg, Al, Cu, Ag, Sn a dalších) ve vzorcích SiC a GaN prokázala dobrou přesnost a nízké detekční limity.
• Provedeno prostorové rozlišení pomocí TRA modulů, identifikace kontinuálních i diskrétních částicových kontaminantů.
• Sledování Pb nanopartiklí na waferu v režimu single nanoparticle s detekcí až 50 ag (cca 10 nm částice).

Přínosy a praktické využití metody

• Zrychlení a zjednodušení kontroly kovových stop ve výrobních linkách polovodičů.
• Podpora kvality (QA/QC) díky možnosti nepřetržitého a plně automatického provozu.
• Detailní zobrazení prostorového rozložení nečistot pro optimalizaci procesů výroby a údržby.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření aplikace na další WBG a heterogenní materiály.
• Vylepšení rozlišení ablace pro mikroskopické a vrstvené analýzy.
• Integrace s datovou analýzou a umělou inteligencí pro prediktivní monitoring výrobních parametrů.

Závěr

LA-GED-MSAG-ICP-MS/MS představuje robustní a citlivou alternativu k tradičním povrchovým a ablačním metodám. Umožňuje přímou kvantitativní analýzu kovových nečistot v celých vaflích Si, SiC a GaN s vysokou přesností, nízkými detekčními limity a možností prostorového rozlišení.

Reference

1. Ichinose T, Kawabata K, Sakai K Automated Surface Analysis of Metal Contaminants in Silicon Wafers by Online VPD-ICP-MS/MS Agilent publication 5994-6135EN
2. Halicz L, Günther D Quantitative analysis of silicates using LA-ICP-MS with liquid calibration J Anal At Spectrom 2004 19 1539–1545
3. Suzuki K, Nishiguchi K, Kawabata K, Yamanaka M Analysis of Metallic Impurities in Specialty Semiconductor Gases Using Gas Exchange Device GED-ICP-MS Agilent publication 5994-5321EN