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多晶矽料块检测技术


多晶矽的制造来源为矽砂,全世界每年生产数千万公吨的金属级多晶矽及冶金级多晶多晶矽,其中只有不到5%的冶金级多晶矽被纯化成电子级多晶矽,其纯度等级达12N以上。而依据SEMI M16与JEITA EM-3601A中均有规范多晶矽形状、尺寸、纯度、表面金属污染、外观及包装等,而我们主要针对多晶矽块「表面金属污染」这个面向进行说明。


当多晶矽块表面存在金属污染,这些受污染的晶块在长晶炉中融化、晶棒成长、晶圆到IC元件的过程中会引发deep-level缺陷,有害于IC元件上的应用(如造成漏电等)。所以在晶棒产出后都会进行监控,确认晶棒是否有金属污染,因为晶棒成长的特性,金属污染常在晶棒外围被发现呈现甜甜圈状(如右图红色区域所示)。


受限于检测技术的关系,这个阶段的污染监控只能明确知道铁污染的程度,对于其他金属污染则无法得知;这种检测技术只限定阻值大于1欧姆以上之晶棒,对于阻值小于1欧姆之晶棒则不适用。因此我们应将监控时机提前至投料前的多晶矽块检验:在投料生产前,先对多晶矽块进行金属污染的确认,以确保晶棒品质。


有个实际案例可以分享:某长晶厂在导入2nd source时,评估某国多晶矽制造商之产品。在前期评估料块时,发现多晶矽表面金属浓度高于原本使用的料块,且后续投料试生产发现,其制成的晶圆在检测上的表现也不如原本使用的料块,最终判定此制造商所生产之多晶料块无法被使用.这样的前期检测验证避免了后续不必要的成本损失,包含了冗长的验证时间以及不良晶棒产出的浪费.


那么我们要如何检测多晶矽块的表面金属呢? ICP-MS可以是个很好的解决方案.首先我们需要准备以下试剂:


  • 超纯水(阻值>18.2 MΩ-cm)

  • 49%的超纯等级氢氟酸(不纯物浓度<10ppt)

  • 31 %的超纯等级过氧化氢(不纯物浓度<10ppt)

  • 69%的超纯等级硝酸(不纯物浓度<10ppt)

  • 蚀刻液(氢氟酸:过氧化氢:硝酸:18DI超纯水)

作业流程如下:

最终可产出完整的数据报告,供客户参照。


每根晶棒从投料到成长完成,所支出的成本(包含人力及物料)非常庞大,如在前段不仔细监控,一旦因原料关系而发生金属污染异常,将会导致莫大损失。


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