Determination of ultratrace elements on silicon wafer surfaces using the Thermo Scientific iCAP TQs ICP-MS

Význam tématu

S rychlým zmenšováním rozměrů polovodičových součástek roste požadavek na ultranízké hladiny kovových nečistot na povrchu křemíkových waferů. Přesné sledování stopových prvků v procesu výroby obvodů je klíčové pro zajištění vysoké výtěžnosti a spolehlivosti moderních čipů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace je ukázat schopnost systému Thermo Scientific iCAP TQs ICP-MS provádět reprodukovatelné stanovení kovových stop na úrovni ng·L⁻¹ v simulovaných VPD vzorcích. Studie demonstruje přepínání mezi různými provozními režimy (horké a studené plazma, jednonásobný a trojnásobný kvadrupól) za účelem potlačení rušení a dosažení velmi nízkých detekčních limitů.

Použitá instrumentace

• ICP-MS Thermo Scientific iCAP TQs
• Spráška dvouprůchodová PFA double pass spraychamber
• Samonasávací PFA mikrokoncentrický nebulizér 100 µL·min⁻¹
• Křemenná hořáková trubice s 2,0 mm i.d. odnímatelným safírovým injektorem
• Platinové kuželky a extrakční čočka pro studené plazma

Použitá metodika

• Vapor Phase Decomposition (VPD): leptání oxidových vrstev směsí HF a HNO₃
• Matice 200 mg·L⁻¹ Si připravená 10 g HF, 10 g HNO₃ a 65 g ultračisté vody
• Kalibrace na standardech 25–100 ng·L⁻¹ gravimetrickým přídavkem
• Měřicí režimy: SQ-KED, SQ-CP-NH₃, TQ-O₂
• Test obnovitelnosti pomocí spike 50 ng·L⁻¹

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity se pohybovaly od 0,1 do 2,3 ng·L⁻¹ pro 26 prvků v křemíkové matrici. Obnovitelnost spike testů dosáhla 90–104 % a reprodukovatelnost byla lepší než 5 % RSD. Režim TQ-O₂ účinně odstraňoval polyatomové interference (např. SiF, Si₂O) u Ti a Ge buď posunem hmotnosti, nebo blokováním hmotnostní brány. Kalibrační křivky vykázaly vynikající linearitu i pro náročné analyty.

Přínosy a praktické využití metody

• Rutinní stanovení stopových kovů na waferech v poloprodukčním i výrobním prostředí
• Flexibilní přepínání režimů pro optimální potlačení rušení
• Vysoká odolnost vůči agresivní matrici s vysokou koncentrací Si a kyselin
• Podpora kontroly kvality v polovodičovém průmyslu

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj reaktivních plynů a pokročilá softwarová automatizace mohou dále snižovat detekční limity. Integrace do výrobních linek a kombinace s předběžnými separačními metodami rozšíří aplikaci na komplexnější vzorky. Adaptace na nové polovodičové materiály a tenkovrstvé struktury představuje další směr vývoje.

Závěr

Systém iCAP TQs ICP-MS prokázal schopnost citlivě a přesně stanovit ultrastopové kovové nečistoty v silikátové matrici na úrovni ng·L⁻¹. Kombinace jednonásobného a trojnásobného kvadrupólu se studenou plazmou nabízí vynikající detekční limity a vysokou spolehlivost analýzy, což je nezbytné pro kontrolu kvality v polovodičové výrobě.

Reference

Seznam literatury nebyl uveden.